La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs industriels légèrement flexibles utilisés pour la robotisation de procédés d'usinage et de soudage FSW. Le premier objectif est la modélisation des robots et des procédés. Les modèles développés concernant la cinématique et la dynamique de robots 6 axes à architecture série et à flexibilité localisées aux articulations. Les paramètres du modèle dynamique et les raideurs sont identifiés avec la méthode à erreur de sortie qui donne une bonne précision d'estimation. La norme relative du résidu du modèle après identification est de 3,2%. Le deuxième objectif est l'amélioration des performances de la robotisation des procédés. Un simulateur a été développé qui intègre le modèle dynamique du robot flexible, les modèles de procédés et le modèle du contrôleur de robot y compris les lois de commande en temps réel des axes et le générateur de trajectoires. Un observateur non-linéaire à grands gains est proposé pour estimer l'état complet du robot flexible ainsi que les efforts d'interaction. Ensuite, un compensateur basé sur l'observateur est proposé pour corriger les erreurs de positionnement en temps réel. La validation expérimentale sur un robot industriel Kuka, montre une très bonne estimation de l'état complet par l'observateur. Un soudage FSW précis grâce à la compensation en temps réel de la flexibilité du manipulateur a pu être effectué avec succès. / The problem addressed in this thesis concerns the control of industrial robot manipulators which are slightly flexible and used for machining and FSW processes. The first objective is to model the robots and processes. The developed models concern the kinematics and dynamics models of 6-axis robots with serial architecture and flexibility localized at joints. The dynamic model parameters and a part of the joint stiffnesses are identified with the approach of output error which gives a satisfy estimation accuracy. According to identification, the RMS residue of the model is 3.2%. The second objective is to improve the robotization performance of manufacturing processes. A simulator was developed that contains the dynamic model of the flexible robot, the process models and the model of the robot controller including control laws in real time of axes and the trajectory generator. A nonlinear high-gains observer is proposed to estimate the complete states of robot system as well as the operation wrenches. Then the observer-based compensator is proposed to correct the positioning errors in real time. The experimental validation of industrial robots shows a satisfactory estimating performance of the observer. A precise FSW welding owing to the real-time compensation for the flexibility of manipulator has been done successfully.

L’amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’eau (WUE) s’avère un élément clé afin d’augmenter la durabilité des plantes cultivées lors de périodes de sécheresse. Dans ce contexte, cette thèse a étudié la relation entre la conductance du mésophylle au CO2 (gm), un élément contraignant l’assimilation en carbone, et l’hydraulique chez des peupliers hybrides, espèces à forte croissance et haute transpiration. Il a été démontré, à l’aide d’une méthode améliorée, que gm reste constante durant les premières étapes d’un stress hydrique jusqu’à un seuil de conductance stomatique (gs) d’environ 0,15 mol m−2 s−1. En diminuant expérimentalement les limitations causées par les stomates, gm et la conductance hydraulique des feuilles n’ont pas été altérées, suggérant une isolation hydraulique partielle du mésophylle. L’application d’acide abscissique (ABA) exogène et la cavitation du xylème ont mis en évidence le délai de réaction de gm par rapport à gs, suggérant également l’isolation hydraulique du mésophylle. L’isolation hydraulique serait en cause et entrainerait un délai dans l’acheminement de l’ABA, retardant ainsi la fermeture d’aquaporines et entrainant une déviation de l’eau vers la voie apoplastique et une diminution irréversible de gm. Toutefois, une diminution de la turgescence résultant de la cavitation entraine une diminution de gm réversible par pressurisation d’eau dans le xylème, suggérant un effet réversible au niveau de la membrane plasmique. Ces deux mécanismes peuvent également être observés lors d’un stress hydrique de plus longue durée. Ainsi, la diminution de gm est retardée de quelques jours par rapport à gs, suggérant un effet de l’ABA endogène. Toutefois, une variation diurne de gm après plus d’une semaine de stress suggère une réaction au changement journalier de turgescence. La variation de réponse de gs entre différents génotypes de peupliers et le délai de réaction de gm permettent d’augmenter le ratio gm/gs, et ce dernier est corrélé positivement à l’efficacité de transpiration, une composante foliaire de WUE. Ainsi, le ratio gm/gs serait un trait à favoriser dans l’amélioration de WUE afin d’augmenter la résilience des plantes cultivées à la sécheresse, surtout dans un contexte de changements climatiques où la fréquence et l’intensité des périodes de séchesse sont prédits d’augmenter. / Increasing water use efficiency (WUE) is a key objective to improve the sustainability of cultivated plants to drought. In that context, this thesis has studied the relation between leaf hydraulics and mesophyll conductance to CO2 (gm), a component that restricts carbon assimilation, in hybrid poplar clones, plants with high growth rates and transpiration. It was first shown, using an improved measurement method, that gm remained constant during the early stages of water stress and declined only below a stomatal conductance (gs) threshold of ~0.15 mol m−2 s−1. Removing stomatal limitations experimentally did not improve gm or leaf hydraulic conductance (Kleaf), which suggests a partial hydraulic isolation of the mesophyll. Furthermore, adding xylem-fed abscisic acid (ABA) or inducing xylem cavitation again showed a delayed gm response and hydraulic isolation of the mesophyll. Two mechanisms would be at play. First, in the case of ABA, hydraulic isolation would delay its delivery and eventually induce mesophyll aquaporins gating and a shift towards the apoplastic water pathway, thus decreasing gm. However, it is only with a decline in turgor caused by xylem cavitation that pressurizing water allows for a full restoration of gm, which suggests a reversible change at the plasma membrane level. Those two mechanisms can be observed during a longer water stress period. Thus, the delay in gm decline by a few days compared to gs suggests an ABA response and the partial hydraulic isolation of the mesophyll. After more than a week of water stress, diurnal changes in gm indicate a daily turgor variation. The variation in gs response to drought and the delay in the decline of gm increase the gm/gs ratio, which is positively correlated to transpiration efficiency, a foliar component of WUE. Thus, the gm/gs ratio was used to discriminate between five poplar genotypes, and the results suggest that it should be improved to increase WUE and the resilience of cultivated plants to drought, which is more than ever critical since drought events are predicted to increase in frequency and intensity under climate change.

Cette thèse s’intéresse à la commande et l’observation d’une classe de systèmes linéaires à commutations (SLC). La classe considérée regroupe les systèmes pouvant être représentés par un modèle Hamiltonien à ports. Récemment, plusieurs travaux ont utilisé la théorie des systèmes dynamiques hybrides pour traiter les problèmes de stabilité, de commandabilité et d’observabilité des systèmes linéaires à commutations. Cependant, certains verrous scientifiques demeurent et nécessitent d’être levés tels que la synthèse d’observateurs pour des SLC présentant des modes de fonctionnement inobservables ou la commande hybride de systèmes possédant un nombre réduit d’entrées de commutations et un nombre élevé de variables d’état à contrôler. Dans ce travail, nous nous intéressons à la synthèse d’observateurs s’appuyant sur la modélisation moyenne et la modélisation hybride de SLC ayant une topologie Hamiltonienne à ports particulière. Ce formalisme possède les outils nécessaires pour établir des preuves de stabilité des erreurs d’observation. Dans un premier temps, nous proposons un observateur non linéaire reposant sur le modèle moyen de la classe des SLC considérée. Ensuite, nous traitons le problème de synthèse d’un observateur hybride où nous proposons un observateur commuté prenant en compte les modes de fonctionnement inobservables. Le problème de la commande des SLC est abordé par la suite. Au départ, la théorie de Lyapunov est utilisée pour proposer deux lois de commandes : La première est synthétisée à partir du modèle moyen et la deuxième exploite le modèle hybride. Une commande optimale hybride est élaborée en utilisant le principe du maximum de Pontryagin et une approche utilisant la recherche d’arcs singuliers. Finalement, une commande prédictive hybride est établie à partir d’un modèle discrétisé du système. Des résultats de simulation et une mise en œuvre expérimentale sur un convertisseur DC-DC SEPIC sont donnés pour montrer l’efficacité des méthodes proposées. L’étude d’un tel circuit est motivée par sa topologie particulière qui contient à la fois un mode de fonctionnement observable et un mode de fonctionnement inobservable. En outre, il possède une seule entrée de commutations et quatre variables d’état ce qui lui vaut la réputation être difficile à commander. / This thesis is dedicated to the control and the observation of a class of switched linear systems (SLS). This class contains the systems that can be represented by a port-Hamiltonian model. A lot of works have been studied SLS for several years using an average modeling approach. Recently, various works have shown that hybrid system theory allows to cope with stabilization, controllability, and observability problems of switched linear systems. However, several problems are still open and need more development such as the design of hybrid observers for SLS that have unobservable modes or the control of systems with reduced number of switching inputs and numerous variable states to control. In this work, we are interested in the design of state observers for a particular class of SLS using both the average and the hybrid port-Hamiltonian models. This formalism has the necessary tools to study and establish the stability of the observation errors. At the beginning, a nonlinear observer based on the average modeling is proposed. Next, a hybrid observer is designed for switched linear systems. This observer takes into account the unobservable operating modes of the system. The second point of our work concerns the design of control laws for the considered class of SLS. At first, two Lyapunov-based control laws have been established using either an average model or a hybrid model of the system. A hybrid optimal control based on the maximum principle of Pontryagin and the computation of singular arcs has been also proposed. Finally, a hybrid predictive control based on a discrete model of the system is synthesized. Simulation results and an experimental implementation on a SEPIC converter are given to show the efficiency of the proposed methods. Our motivation to study such a converter is mainly due to its particular topology that includes observable and unobservable subsystems. It is also known to be difficult to be controlled because only one switching input is used to control four state variables.

Le processus de somme de fréquences optiques est utilisé dans certaines applications pour convertir des signaux de longueurs d’onde infrarouges vers le domaine de longueurs d’onde visibles. Cela permet de bénéficier de technologies plus performantes notamment en terme de détection et de propagation. Les travaux menés dans cette thèse s’intéressent à l’étude de phénomènes optiques parasites générés par ce processus non linéaire dans des cristaux de niobate de lithium périodiquement polarisés (PPLN) pour des applications de conversion de fréquences en régime de comptage de photons. La première partie de ce manuscrit montre l’intérêt du processus de somme de fréquences optiques dans le contexte technologique de la détection infrarouge en régime de comptage de photons, via le concept de détection hybride. Les éléments théoriques et l’état de l’art associés à la détection hybride seront également présentés dans cette première partie. La deuxième partie traite d’une étude comparative entre différents cristaux de PPLN pour la détection hybride à 1550 nm. Pour cela, une analyse expérimentale détaillée des processus parasites est effectuée. Les résultats de cette étude sont utilisés pour des applications en astronomie et en microscopie. Enfin, la troisième partie traite d’une application de la somme de fréquences en interférométrie stellaire. Les résultats de caractérisation des cristaux de PPLN sont mis à contribution dans l’optimisation d’un instrument pour l’astronomie appelé interféromètre à somme de fréquences. Les résultats d’observation sur le site astronomique du Mont Wilson ainsi que les perspectives de cette instrument y sont présentés. / The sum frequency generation process is used in differents applications to convert signals from infrared wavelengths to the field of visible wavelength. This allows to benefit of more efficient technologies in terms of detection and propagation. This thesis describes the study of noise phenomena generated by this process in crystals of periodically poled lithium niobate (PPLN) for frequency up-conversion applications in photon counting regime. The first part of the manuscript shows the advantage of sum frequency generation process in the technological environment of the infrared detection on single photon counting regime, using the concept of hybrid detection. The theoretical elements and the state of the art associated with hybrid detection will also be presented in this first part. The second part deals with a comparative study between different PPLN for hybrid detection at 1550 nm. A detailed experimental analysis of the noise process is performed. The results of this study are used for applications in astronomy and microscopy. The third part deals with an application of the sum frequency in stellar interferometry. The results of PPLN’s characterization are involved in optimizing an instrument for astronomy called sum frequency interferometer. The results of observation on the astronomical site of Mount Wilson and the prospects of this instrument are presented.

Envisagée à partir des 15 à 30 années à venir dans l'industrie aéronautique, la propulsion hybrideélectrique permet d'intégrer de nouvelles briques technologiques offrant des degrés de libertésupplémentaires pour améliorer les performances des aéronefs, limiter l'utilisation de ressourcesfossiles et réduire l’impact environnemental des avions. Aujourd'hui, la technologie hybrideélectrique est principalement appliquée aux transports terrestres, aux voitures, aux bus et auxtrains, mais aussi aux navires. La faisabilité pour le transport aérien doit encore être établie etl'amélioration des performances des aéronefs reste à démontrer. Cette thèse vise à évaluer lesgains énergétiques apportés par l'hybridation électrique d'un avion régional de 70 places. Toutd'abord, les opportunités d'économie d'énergie sont identifiées à partir de l'analyse desrendements propulsifs et aérodynamiques d'un avion bi-turbopropulsé conventionnel. Les gainspotentiels provenant de la variation de la taille des moteurs principaux et de nouvelles gestions depuissance par l'utilisation de batteries sont étudiés. De plus, les possibles améliorationsaérodynamiques émanant de nouveaux positionnements des hélices sont considérées. Pourchaque sujet, des analyses simplifiées fournissent une estimation d'économie d'énergie. Cesrésultats sont ensuite utilisés pour sélectionner quatre systèmes propulsifs électrifiés qui sontétudiés plus en détail dans la thèse: un hybride parallèle, un turboélectrique avec propulsiondistribuée, un turboélectrique partiel à hélices hypersustentatrices, et un tout-électrique.L'évaluation des avions hybrides électriques sélectionnés est d'autant plus difficile que ledimensionnement des différentes composants, les stratégies de gestion d'énergie et les profils demission que l'on peut imaginer sont nombreux et variés. En outre, le processus global deconception de l'avion et les outils d'évaluation doivent être adaptés en conséquence. L'outilinterne de conception par optimisation multidisciplinaire d'Airbus nommé XMDO, qui inclut laplupart des modifications requises, est finalement sélectionné et développé au cours de la thèse.Par exemple, de nouveaux modèles paramétriques de composants (voilure soufflée, moteurélectrique, turbine à gaz, hélice, etc...) sont créés, une formulation générique pour résoudrel'équilibre du système de propulsion est mise en place, et les modèles de simulation de décollageet d'atterrissage sont améliorés. Afin d'évaluer l'efficacité énergétique des avions hybridesélectriques, un avion de référence équipé d'un système propulsif conventionnel est d'abordoptimisé avec XMDO. Différents algorithmes d'optimisation sont testés, et la consistance de lanouvelle méthode de conception est vérifiée. Par la suite, les configurations hybrides électriquessont toutes optimisées selon les mêmes exigences de conception que l'avion de référence. Pourles composants électriques, deux niveaux de technologie sont définis selon la date d'entrée enservice de l'aéronef. Les résultats d'optimisation pour le turbo-électrique et le turbo-électriquepartiel sont utilisés pour mieux appréhender les gains aérodynamiques potentiels identifiés enpremière partie de thèse. Les optimisations pour l'hybride parallèle, comprenant différentsscénarios de recharge batterie, mettent en évidence les meilleures stratégies de gestion d'énergielorsque des batteries sont utilisées comme sources d'énergie secondaire. Tous les résultats sontfinalement comparés à la référence en termes de consommations de carburant et d'énergie, pourles deux niveaux de technologie électrique. La dernière partie de la thèse se concentre sur l'aviontout électrique. Elle vise à identifier l'énergie spécifique minimale requise pour les batteries enfonction de la distance maximale à parcourir. Une étude de sensibilité est également réalisée enfonction de la date d'entrée en service pour les autres composants électriques / Envisioned in the next 15 to 30 years in the aviation industry, hybrid-electric propulsion offers theopportunity to integrate new technology bricks providing additional degrees of freedom to improveoverall aircraft performance, limit the use of non-renewable fossil resources and reduce the aircraftenvironmental footprint. Today, hybrid-electric technology has mainly been applied to groundbased transports, cars, buses and trains, but also ships. The feasibility in the air industry has to beestablished and the improvement in aircraft performance has still to be demonstrated. This thesisaims to evaluate the energy savings enabled by electric power in the case of a 70-seat regionalaircraft. First, energy saving opportunities are identified from the analysis of the propulsion andaerodynamic efficiencies of a conventional twin turboprop aircraft. The potential benefits comingfrom the variation of the size of prime movers and the new power managements with the use ofbatteries are studied. Also, possible aerodynamic improvements enabled by new propellerintegrations are considered. For each topic, simplified analyses provide estimated potential ofenergy saving. These results are then used to select four electrified propulsion systems that arestudied in more detail in the thesis: a parallel-hybrid, a turboelectric with distributed propulsion, apartial-turboelectric with high-lift propellers and an all-electric. Evaluating the selected hybrid-electric aircraft is even more challenging that the sizing of the different components, the energymanagement strategies and the mission profiles one can imagine are many and varied. Inaddition, the overall aircraft design process and the evaluation tools need to be adaptedaccordingly. The Airbus in-house Multidisciplinary Design Optimisation platform named XMDO,which includes most of the required modifications, is eventually selected and further developedduring the thesis. For examples, new parametric component models (blown wing, electrical motor,gas turbine, propeller, etc…) are created, a generic formulation for solving the propulsion systemequilibrium is implemented, and simulation models for take-off and landing are improved. In orderto evaluate the energy efficiency of the hybrid-electric aircraft, a reference aircraft equipped with aconventional propulsion system is first optimised with XMDO. Different optimisation algorithms aretested, and the consistency of the new design method is checked. Then, all the hybrid-electricconfigurations are optimised under the same aircraft design requirements as the reference. Forthe electrical components, two levels of technology are defined regarding the service entry date ofthe aircraft. The optimisation results for the turboelectric and the partial-turboelectric are used tobetter understand the potential aerodynamic improvements identified in the first part of the thesis.Optimisations for the parallel-hybrid, including different battery recharge scenarios, highlight thebest energy management strategies when batteries are used as secondary energy sources. All theresults are finally compared to the reference in terms of fuel and energy efficiencies, for the twoelectrical technology levels. The last part of the thesis focuses on the all-electric aircraft, and aimsat identifying the minimum specific energy required for batteries as a function of the aircraft designrange. A trade study is also carried-out in accordance with the service entry date for the otherelectrical components

Cette thèse s'intéresse à la commande et l'observation d'une classe de systèmes linéaires à commutations (SLC). La classe considérée regroupe les systèmes pouvant être représentés par un modèle Hamiltonien à ports. Récemment, plusieurs travaux ont utilisé la théorie des systèmes dynamiques hybrides pour traiter les problèmes de stabilité, de commandabilité et d'observabilité des systèmes linéaires à commutations. Cependant, certains verrous scientifiques demeurent et nécessitent d'être levés tels que la synthèse d'observateurs pour des SLC présentant des modes de fonctionnement inobservables ou la commande hybride de systèmes possédant un nombre réduit d'entrées de commutations et un nombre élevé de variables d'état à contrôler. Dans ce travail, nous nous intéressons à la synthèse d'observateurs s'appuyant sur la modélisation moyenne et la modélisation hybride de SLC ayant une topologie Hamiltonienne à ports particulière. Ce formalisme possède les outils nécessaires pour établir des preuves de stabilité des erreurs d'observation. Dans un premier temps, nous proposons un observateur non linéaire reposant sur le modèle moyen de la classe des SLC considérée. Ensuite, nous traitons le problème de synthèse d'un observateur hybride où nous proposons un observateur commuté prenant en compte les modes de fonctionnement inobservables. Le problème de la commande des SLC est abordé par la suite. Au départ, la théorie de Lyapunov est utilisée pour proposer deux lois de commandes : La première est synthétisée à partir du modèle moyen et la deuxième exploite le modèle hybride. Une commande optimale hybride est élaborée en utilisant le principe du maximum de Pontryagin et une approche utilisant la recherche d'arcs singuliers. Finalement, une commande prédictive hybride est établie à partir d'un modèle discrétisé du système. Des résultats de simulation et une mise en œuvre expérimentale sur un convertisseur DC-DC SEPIC sont donnés pour montrer l'efficacité des méthodes proposées. L'étude d'un tel circuit est motivée par sa topologie particulière qui contient à la fois un mode de fonctionnement observable et un mode de fonctionnement inobservable. En outre, il possède une seule entrée de commutations et quatre variables d'état ce qui lui vaut la réputation être difficile à commander.

Ce mémoire de thèse présente deux nouvelles approches pour l'analyse et la commande des systèmes non-linéaires complexes, comme les systèmes dynamiques à commutation de la classe des convertisseurs d'énergie électrique. Ces systèmes ont plusieurs modes de fonctionnement et ont un point de fonctionnement désiré qui, en général, n'est le point d'équilibre d'aucun des modes. Dans cette classe de systèmes, la commutation d'un mode de fonctionnement à un autre est commandée selon une loi qui doit être synthétisée. Par conséquent, la synthèse de commande implique l'étude des conditions qui permettent à un cycle limite stable de s'établir au voisinage du point de fonctionnement désiré, puis de la trajectoire de commande qui permet de l'atteindre en respectant les contraintes physiques de comportement (courant maximum supporté par les composants,. . .) ou les contraintes de temps (durée minimum entre deux commutations,. . .). Le cycle limite sera qualifié d'hybride car il est composé de plusieurs dynamiques(deux dans ces travaux).La première méthode développée s'appuie sur les propriétés géométriques des champs de vecteurs et est une extension d'une partie des travaux de thèse de Manon au LAGEP. Une condition nécessaire et suffisante d'existence et de stabilité d'un cycle limite hybride composé d'une séquence de deux modes de fonctionnement dans IR2 est présentée. Ce cycle définit la région finale à atteindre par le système depuis son état initial, par une trajectoire déterminée de manière optimale selon un critère donné (durée totale, énergie dépensée, . . .). La méthode proposée est appliquée aux convertisseurs d'énergie Buck et Buck-Boost alimentant une charge résistive. Une extension à IRn a été proposée et démontrée. Elle est illustrée sur un système non-linéaire dans IR3.La deuxième méthode est développée dans IR2 et basée sur la théorie de Lyapunov, bien connue en automatique pour étudier la stabilité des systèmes non-linéaires et concevoir des commandes stabilisantes.Il s'agit de déterminer par une approche géométrique, une fonction de Lyapunov quadratique commune aux deux modes de fonctionnement du système, qui permette d'obtenir un cycle limite hybride stable le plus proche possible du point de fonctionnement désiré et une commande stabilisante directe des interrupteurs

Ces dernières années, la photonique sur silicium est apparue comme une solution prometteuse pour la fabrication en grande série d'émetteurs-récepteurs optiques répondant aux besoins des centres de données en termes d'augmentation du débit et de coûts réduits. Plusieurs plateformes de photonique sur silicium ont été démontrées en utilisant la technologie Si standard. Bien que ces plateformes diffèrent à bien des égards, elles manquent toutes d'une source de lumière intégrée monolithiquement. Pour résoudre ce problème, l'approche la plus couramment proposée consiste à coller un empilement InP sur une plaque SOI afin de fabriquer un laser hybride III-V/Si. Cependant, aucune des démonstrations n'a été réalisée avec un empilement d’interconnexions métalliques BEOL (Back-End Of Line) standard, empêchant ainsi une intégration électronique-photonique appropriée. Pour résoudre le problème topographique posé par cet ajout de couches, un nouveau schéma d'intégration, appelé intégration Back-Side, a été développé et est présenté dans ce document.Tout d'abord, le contexte de cette étude, un état de l’art ainsi que la présentation du Back-Side est abordé. La nouveauté apportée par cette intégration, à savoir le collage du III-V sur la face arrière du SOI après la structuration de celui-ci, y est alors détaillé.Le bon fonctionnement d’un élément essentiel à la puce photonique, le réseau de couplage, est ensuite abordé à travers des simulations, sa fabrication et des caractérisations optiques. Nous avons prouvé que, sous certaines conditions, ce dispositif possède les mêmes performances mesurées en Back-Side qu’en Front-Side.Le principe de fonctionnement d’une cavité oscillante puis les différents modules composants le laser hybride sont détaillés. Le laser étudié est une cavité hybride DBR (Distributed Bragg Reflector) III-V/Si. Afin d'augmenter le confinement du mode dans le MQWs (Multi Quantum Wells) et donc d'assurer un gain optique élevé, le mode optique est progressivement transféré entre le guide III-V et le guide silicium du laser hybride par des épanouisseurs adiabatiques, structurés dans le SOI de part et d’autre de la zone de gain, pour être enfin réfléchi par les miroirs DBR dans le silicium.Enfin, son processus de fabrication est explicité avant que ses caractérisations opto-électroniques ne soient finalement présentées. Les lasers à pompage électrique ont été testés dans des conditions de courant continu et la lumière générée a été collectée à travers un réseau de couplage par une fibre optique externe multimode. Les pertes de couplage ont été mesurées supérieures à 10 dB. La puissance de sortie est de 1,15 mW à un courant d'injection de 200 mA. Le seuil laser est de 45 mA, ce qui correspond à une densité de courant de 1,5 kA / cm2 et la résistance série des contacts laser est d'environ 9 Ω. La tension de seuil est de 1,45 V. Les spectres lasers reflètent un fonctionnement mono-fréquence, pour différents courants d'injection, avec une longueur d'onde centrale correspondant à la longueur d’onde de Bragg des miroirs. Un SMSR (Side Mode Suppression Ratio) de plus de 35 dB a été mesuré, ce qui prouve la bonne pureté spectrale de ce laser. Un décalage de la longueur d'onde de 4 nm a été observé en injectant un courant de 20 mA dans des chaufferettes métalliques au-dessus des DBRs.L'intégration monolithique d'un laser DBR hybride en face arrière d'une plaque SOI, entièrement compatible CMOS, a été démontrée pour la première fois, la mise en place d'interconnexions électriques compatibles CMOS et de sources optiques sur une même puce a pu être réalisée. Ce dispositif ouvre la voie à un émetteur-récepteur optique entièrement intégré sur une plateforme Si. / Recently, Silicon Photonics has emerged as a solution for the mass manufacturing of optical transceivers addressing datacenter’s needs in terms of increasing data-rate and reduced cost. Several Silicon-Photonics platforms have been demonstrated using standard Si technology. While these platforms differ in many regards, they all lack a solution for a monolithically integrated light source. To solve this problem, the most commonly proposed approach consists in bonding an InP-stack onto a Si-wafer in order to fabricate a Hybrid III-V/Si laser. However, none of those demonstrations have been made with a standard CMOS-BEOL, preventing a proper electronic-photonic integration. To solve the topographical problem induced by the additional layers, a new integration scheme, called Back-Side, has been developed and is presented in this document.First, the context of this study, a state of the art as well as the presentation of the Back-Side is discussed. The innovation brought by this integration, namely the bonding of the III-V on the back side of the SOI after the structuring of the latter, is then detailed.The correct behavior of a key element to the photonic chip, the grating coupler, is then treated through simulations, fabrication and optical characterizations. We have proved that, under specific conditions, this device has the same measured performances in Back-Side and in Front-Side.The principle of an optical oscillator and then the various modules composing the hybrid laser are then detailed. The implemented laser is based on a hybrid DBR (Distributed Bragg Reflector) III-V/Si cavity. In order to increase the mode confinement in the MQWS (Multi Quantum Wells) and hence ensure a high optical gain, the optical mode is gradually transferred between the III-V waveguide and the silicon waveguide of the hybrid laser by adiabatic tapers, patterned on both sides of the gain zone, to finally be reflected by the mirrors DBR in the silicon.Finally, its manufacturing process is explained before its opto-electronic characterizations are presented. The electrically pumped lasers have been tested under continuous-wave current conditions and the generated light has been collected through the grating coupler to a multi-mode fiber. The fiber coupling losses has been measured to be higher than 10 dB. The output power is up to 1.15 mW at an injection current of 200 mA. The lasing threshold is 45 mA which corresponds to a current density of 1.5 kA/cm2 and the series resistance of the laser contacts is approximately 9 . The threshold voltage is 1.45 V.The laser spectra reflect its single-wavelength laser operation, for different injection currents, with a central wavelength corresponding to the Bragg wavelength of the mirrors. A Side Mode Suppression Ratio (SMSR) of more than 35 dB has been measured. A 4 nm wavelength shift has been observed when injecting 20 mA into both metallic heaters above DBRs.The monolithic integration of a fully CMOS compatible hybrid DBR laser on the backside of a SOI wafer being demonstrated for the first time, implementing CMOS compatible electric interconnects and optical sources on a same chip has could be achieved. This device opens the route to a fully integrated optical transceiver on a Si platform.

Pour les systèmes de communication par satellite, des filtres avec de très bonnes performances électriques sont indispensables afin de rejeter les signaux indésirables dans de nombreuses parties de la chaîne de communication. Les technologies fort-Q peuvent répondre à cette exigence mais elles conduisent souvent à des dispositifs encombrants. D'autre part, les technologies compactes faible-Q souffrent généralement d'une dégradation des performances électriques en termes de pertes d'insertion, de sélectivité et de platitude. Pour répondre à une demande croissante concernant la réduction de la taille, il est essentiel de développer des filtres hyperfréquences compacts avec des performances électriques améliorées.Pour le filtre de réception, le défi est de concevoir un filtre passe-bande compact avec une réponse plate dans la bande passante et une forte réjection hors bande. Les pertes d'insertion ne sont pas cruciales et peuvent être compensées par un amplificateur en laissant ainsi un espace pour la conception de filtre à pertes. Un tel filtre accepte des pertes supplémentaires, qui peuvent être distribués dans le réseau afin de fournir une transmission plate dans la bande passante et une forte sélectivité hors bande.Dans le cadre de cette thèse, des nouvelles méthodes de synthèse de dispositifs de filtrage ont été étudiées et développées dans le but d’améliorer les performances tout en conservant un encombrement réduit. Ces méthodes ont été validées pour la conception de filtres de récepteur dans la charge utile de satellites de télécommunication dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire Xlim, le Centre National d’Etudes Spatiales et Thales Alenia Space. / For satellite communication systems, high performance filters are needed in order to reject unwanted signals in many parts of the communication chain. High quality factor (Q) technologies can meet this requirement, but they often lead to bulky devices. On the other hand, compact technologies are generally low Q and suffer from a degradation of electrical performances in terms of insertion loss, selectivity and flatness. To meet a growing demand concerning size reduction, it is essential to develop compact microwave filters with improved electrical performances.For a receive filter, the challenge is to design a compact bandpass filter with a flat response in the passband and a sharp transition in the passband edges. The insertion loss is not crucial and it can be compensated by the amplifier, leaving a room to the design of a lossy filter. Such a filter accepts additional losses, which can be distributed in the network in order to provide a flat transmission in the passband and a sharp selectivity.In this thesis, new synthesis methods for filtering devices have been studied and developed to improve performances while maintaining a small footprint. These methods have been validated for the design of filters for a receiver in payload satellites as part of collaboration between the Xlim laboratory, the France National Space Centre and Thales Alenia Space.

Digitalisierung hat sich in Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft als der Change Maker schlechthin etabliert. Infrastrukturen, Arbeitsweisen und Kompetenzen stehen im Vordergrund vieler Debatten und bestimmen mehr und mehr die Zukunftsfähigkeit ganzer Branchen. Wir haben uns offenbar auf den permanenten Wandel bei zunehmender Beschleunigung eingelassen. Aber: Wo geht die Reise tatsächlich hin? Konstituieren sich Gemeinschaften ausschließlich im Wechselspiel hybrider Realitäten? Sind große Datenmengen Bedrohung oder Chance? Können wir diese überhaupt verarbeiten oder bedarf es dafür grundlegend veränderter Werkzeuge und Methoden – wie Visual Analytics, Virtuelle Rekonstruktion, Virtual Engineering, virtueller Assistenten und kooperativer VR? Waren IT-Innovationen bis vor kurzem etwas für Digital-Experten*innen so sind hybride Gemeinschaften in virtuellen Realitäten mittlerweile Alltag. Doch worauf müssen sich Führungskräfte einstellen? Digitalisierung bedeutet neue Möglichkeiten für Öffnung, Transparenz und Partizipation. Kommt es in diesem Zuge auch zu einem Revival humanzentrierter Managementaktivitäten? [... aus der Einleitung]:Gemeinschaften in Neuen Medien. Von hybriden Realitäten zu hybriden Gemeinschaften XXIX Communities in New Media. From hybrid realities to hybrid communities XXXIV A Eingeladene Vorträge 1 A.1 Interaktive Online Formate zur Wissensteilung: Systematisierung und Handlungsempfehlung für geeignete IT-Tools 1 A.2 Von der Hand in den Kopf in die Stadt 9 B Erfahrungen mit digitaler Praxis 10 B.1 Den Gottesdienst von zu Hause mitfeiern 10 B.2 Konzeption und Evaluation des Kompetenzzentrums Medien 19 B.3 Supporting Learning in Art History – Artificial Intelligence in Digital Humanities Education 28 B.4 Detecting Treasures in Museums with Artificial Intelligence 36 C Digitale Entwicklung in Wirtschaft und Industrie 49 C.1 Triebkräfte der digitalen Partizipation: Was Online-Community-Mitglieder zur proaktiven Beteiligung motiviert 49 C.2 Online-Panel: Communities und Netzwerke als Treiber des digitalen Wandels: Erfahrungen, Perspektiven und Ausblick 60 C.3 Digitale Innovationen im Handwerk 65 C.4 Online-Panel: Conversational Platforms als strategisches Digitalisierungsinstrument 75 D Partizipation 80 D.1 Ein systematisch gestalteter Softwareprototyp zur Erhöhung der Partizipationsbereitschaft 80 D.2 Gamification as a Means to Improve Stakeholder Management in Urban Planning Participation 90 D.3 The Right Reaction: Entwicklung und Evaluation eines emotionsbasierten Software-Prototypen 99 E Cases of digitizing higher education – a global perspective 110 E.1 EdTec Implementation in a global higher education network. Empirical data from a field study in South Asia 110 E.2 Use-Case Studie eines auf der Nutzung von Handlungsfehlern basierenden AR-Lernsystems zur kritischen Reflexion der technischen Umsetzbarkeit 126 E.3 Organizational models in virtual teaching cooperation – documentation and evaluation of organisational didactics in a collaborative higher education project 133 E.4 Ein Fall für zwei Hochschulen: Entwicklung eines modularen Manuals zur Gestaltung von Fallstudienseminaren im virtuellen Raum 144 F Future learning in der beruflichen Bildung 150 F.1 Potenziale für das technologiebasierte Lehren und Lernen in der Weiterbildung 150 F.2 Mediennutzungskonzepte an Berufsschulen – Webseitenanalyse zur Selbstdarstellung der digitalen Kompetenz 164 F.3 Spielend leicht Veränderungen lernen – Serious Games in der Schulungsumgebung von Unternehmen 173 F.4 Game-Based Learning in der beruflichen Bildung 179 G Methoden und Technologien des Assessments 186 G.1 Itempool-Management mit Microsoft Excel: Eine UX-Studie 186 G.2 KiWI-Kompetenzmodellentwicklung in der Wirtschaftsinformatik 195 G.3 „Nichts als die Wahrheit?“ – eine empirische Untersuchung des Zusammenhangs zwischen persönlichkeits- und nutzerbezogenen Faktoren und der Suggestibilität für Fake News im Internet 204 G.4 Decision-making style and trusting stance at the workplace: a socio-cultural approach 217 H Exploring Digital Realities empirically 226 H.1 Who gets the fame, who is to blame? Empirical exploration of responsibility attribution in HCI 226 H.2 VibTacX: A taxonomy for vibro-tactile patterns 236 H.3 Das Robot Impression Inventory – Ein modulares Instrument zur Erfassung des subjektiven Eindrucks von Robotern 244 H.4 Augmented Reality Passenger Information on Mobile Public Displays 250 I Teaching in Open Education 258 I.1 Parcours on Gamification – Ein Train-the-Trainer-Konzept zur Steigerung der Gamification-Readiness 258 I.2 Lehren mit OER: Förderung von Kompetenzen für Lehrende an Hochschulen für offene Bildung auf spielerischem Weg 264 I.3 Digitale Lehr und Lernunterstützung an deutschen Universitäten – Anforderungen und Rahmenbedingungen für die Implementierung einer Mentoring Workbench 279 I.4 Nach dem sog. MOOC-Hype: Welche kritischen Fragen an die Hochschullehre bleiben 289 I.5 Conducting Oral Examinations Virtually using MS Teams – An Insightful Experience Report 294 J Digitale Lern- und Spielkulturen 299 J.1 Spielerischer Zugang zu MINT-Studiengängen – das Serious Game des Learn&Play Projekts als Anwendungsbeispiel 299 J.2 Entwicklung und Evaluation digitaler Lernspiele – Wissenschaftliche Befunde jenseits des Entertainment 306 J.3 Ausgespielt? Zu Risiken und Nebenwirkungen von Gamification 318 K Betriebliche Weiterbildung 332 K.1 Leading Digital Change – Management of Hybridity and Change in Education and Social Service Institutions 332 K.2 Use Cases of Enterprise Social Software in Consulting: A Practice Perspective 342 K.3 Betriebliche Weiterbildung in sächsischen Klein- und Kleinstunter nehmen – arbeitsplatzintegriert und digital gestützt? 353 K.4 Wie „Change Maker“ Visionen für den digitalen Wandel an Bildungs einrichtungen des Handels entwickeln und umsetzen – ein Praxisbeispiel 364 L Digitalisierung im Lehramtsstudium 370 L.1 Anknüpfungspunkte zur Integration informatischer Inhalte und Kompetenzen in der Grundschule am Beispiel sächsischer Lehrpläne 370 L.2 Digitalisierungsbezogene Kompetenzen von Lehrenden in den Lehramtsstudiengängen – Entwicklung eines Kompetenzrahmens 377 L.3 DigiBlock – E-Learning im Blockpraktikum A im Lehramt an berufsbildenden Schulen 385 M Lehren und Lernen 391 M.1 Jump starting e-learning: the impact of COVID-19 on perceived learning success – A real-time case study 391 M.2 Online-Lehre im Lockdown: Analyse des Nutzungsverhaltens von kollaborativen Werkzeugen durch Studierende und Lehrende im Fachhochschul- und Berufsschulkontext 403 M.3 Teaching in a crisis? Guidance for digital education in Pandemic Times 413 M.4 Mit dem MINTcoach auf Mission 422 M.5 Onboarding in Virtuellen Kollaborativen Umgebungen – Implikationen für Lehre und Betrieb 432 M.6 Modulare Selbstlernangebote auf Basis von Videotutorien zur Vermittlung digitaler Forschungsmethoden in den Geisteswissenschaften – Forschungsstand und curriculare Perspektiven 441 N Wissenskollaboration im betrieblichen Kontext 452 N.1 Digitalisierung als Treiber in der beruflichen Bildung – Entwicklung eines Instruments zur Erfassung von Indikatoren für die Akzeptanz von virtuellen Lernortkooperationen 452 N.2 Digitaler Wissenstransfer in der beruflichen Bildung – Potentiale eines Online-Berichtsheftes 470 Autorenverzeichnis 476 / Digitisation has established itself as the change maker par excellence in business, science and society. Infrastructures, working methods and skills are at the forefront of many debates and increasingly determine the future viability of entire industries. We have obviously embraced the permanent change with increasing acceleration. But: Where is the journey really going? Do communities constitute themselves exclusively in the interplay of hybrid realities? Are large amounts of data a threat or an opportunity? Can we process them at all or do we need fundamentally different tools and methods – such as visual analytics, virtual reconstruction, virtual engineering, virtual assistants and cooperative VR? Until recently, IT innovations were something for digital experts*, but hybrid communities in virtual realities are now part of everyday life. But what do managers have to prepare for? Digitalisation means new opportunities for openness, transparency and participation. Will this also lead to a revival of human-centred management activities? [... from the introduction]:Gemeinschaften in Neuen Medien. Von hybriden Realitäten zu hybriden Gemeinschaften XXIX Communities in New Media. From hybrid realities to hybrid communities XXXIV A Eingeladene Vorträge 1 A.1 Interaktive Online Formate zur Wissensteilung: Systematisierung und Handlungsempfehlung für geeignete IT-Tools 1 A.2 Von der Hand in den Kopf in die Stadt 9 B Erfahrungen mit digitaler Praxis 10 B.1 Den Gottesdienst von zu Hause mitfeiern 10 B.2 Konzeption und Evaluation des Kompetenzzentrums Medien 19 B.3 Supporting Learning in Art History – Artificial Intelligence in Digital Humanities Education 28 B.4 Detecting Treasures in Museums with Artificial Intelligence 36 C Digitale Entwicklung in Wirtschaft und Industrie 49 C.1 Triebkräfte der digitalen Partizipation: Was Online-Community-Mitglieder zur proaktiven Beteiligung motiviert 49 C.2 Online-Panel: Communities und Netzwerke als Treiber des digitalen Wandels: Erfahrungen, Perspektiven und Ausblick 60 C.3 Digitale Innovationen im Handwerk 65 C.4 Online-Panel: Conversational Platforms als strategisches Digitalisierungsinstrument 75 D Partizipation 80 D.1 Ein systematisch gestalteter Softwareprototyp zur Erhöhung der Partizipationsbereitschaft 80 D.2 Gamification as a Means to Improve Stakeholder Management in Urban Planning Participation 90 D.3 The Right Reaction: Entwicklung und Evaluation eines emotionsbasierten Software-Prototypen 99 E Cases of digitizing higher education – a global perspective 110 E.1 EdTec Implementation in a global higher education network. Empirical data from a field study in South Asia 110 E.2 Use-Case Studie eines auf der Nutzung von Handlungsfehlern basierenden AR-Lernsystems zur kritischen Reflexion der technischen Umsetzbarkeit 126 E.3 Organizational models in virtual teaching cooperation – documentation and evaluation of organisational didactics in a collaborative higher education project 133 E.4 Ein Fall für zwei Hochschulen: Entwicklung eines modularen Manuals zur Gestaltung von Fallstudienseminaren im virtuellen Raum 144 F Future learning in der beruflichen Bildung 150 F.1 Potenziale für das technologiebasierte Lehren und Lernen in der Weiterbildung 150 F.2 Mediennutzungskonzepte an Berufsschulen – Webseitenanalyse zur Selbstdarstellung der digitalen Kompetenz 164 F.3 Spielend leicht Veränderungen lernen – Serious Games in der Schulungsumgebung von Unternehmen 173 F.4 Game-Based Learning in der beruflichen Bildung 179 G Methoden und Technologien des Assessments 186 G.1 Itempool-Management mit Microsoft Excel: Eine UX-Studie 186 G.2 KiWI-Kompetenzmodellentwicklung in der Wirtschaftsinformatik 195 G.3 „Nichts als die Wahrheit?“ – eine empirische Untersuchung des Zusammenhangs zwischen persönlichkeits- und nutzerbezogenen Faktoren und der Suggestibilität für Fake News im Internet 204 G.4 Decision-making style and trusting stance at the workplace: a socio-cultural approach 217 H Exploring Digital Realities empirically 226 H.1 Who gets the fame, who is to blame? Empirical exploration of responsibility attribution in HCI 226 H.2 VibTacX: A taxonomy for vibro-tactile patterns 236 H.3 Das Robot Impression Inventory – Ein modulares Instrument zur Erfassung des subjektiven Eindrucks von Robotern 244 H.4 Augmented Reality Passenger Information on Mobile Public Displays 250 I Teaching in Open Education 258 I.1 Parcours on Gamification – Ein Train-the-Trainer-Konzept zur Steigerung der Gamification-Readiness 258 I.2 Lehren mit OER: Förderung von Kompetenzen für Lehrende an Hochschulen für offene Bildung auf spielerischem Weg 264 I.3 Digitale Lehr und Lernunterstützung an deutschen Universitäten – Anforderungen und Rahmenbedingungen für die Implementierung einer Mentoring Workbench 279 I.4 Nach dem sog. MOOC-Hype: Welche kritischen Fragen an die Hochschullehre bleiben 289 I.5 Conducting Oral Examinations Virtually using MS Teams – An Insightful Experience Report 294 J Digitale Lern- und Spielkulturen 299 J.1 Spielerischer Zugang zu MINT-Studiengängen – das Serious Game des Learn&Play Projekts als Anwendungsbeispiel 299 J.2 Entwicklung und Evaluation digitaler Lernspiele – Wissenschaftliche Befunde jenseits des Entertainment 306 J.3 Ausgespielt? Zu Risiken und Nebenwirkungen von Gamification 318 K Betriebliche Weiterbildung 332 K.1 Leading Digital Change – Management of Hybridity and Change in Education and Social Service Institutions 332 K.2 Use Cases of Enterprise Social Software in Consulting: A Practice Perspective 342 K.3 Betriebliche Weiterbildung in sächsischen Klein- und Kleinstunter nehmen – arbeitsplatzintegriert und digital gestützt? 353 K.4 Wie „Change Maker“ Visionen für den digitalen Wandel an Bildungs einrichtungen des Handels entwickeln und umsetzen – ein Praxisbeispiel 364 L Digitalisierung im Lehramtsstudium 370 L.1 Anknüpfungspunkte zur Integration informatischer Inhalte und Kompetenzen in der Grundschule am Beispiel sächsischer Lehrpläne 370 L.2 Digitalisierungsbezogene Kompetenzen von Lehrenden in den Lehramtsstudiengängen – Entwicklung eines Kompetenzrahmens 377 L.3 DigiBlock – E-Learning im Blockpraktikum A im Lehramt an berufsbildenden Schulen 385 M Lehren und Lernen 391 M.1 Jump starting e-learning: the impact of COVID-19 on perceived learning success – A real-time case study 391 M.2 Online-Lehre im Lockdown: Analyse des Nutzungsverhaltens von kollaborativen Werkzeugen durch Studierende und Lehrende im Fachhochschul- und Berufsschulkontext 403 M.3 Teaching in a crisis? Guidance for digital education in Pandemic Times 413 M.4 Mit dem MINTcoach auf Mission 422 M.5 Onboarding in Virtuellen Kollaborativen Umgebungen – Implikationen für Lehre und Betrieb 432 M.6 Modulare Selbstlernangebote auf Basis von Videotutorien zur Vermittlung digitaler Forschungsmethoden in den Geisteswissenschaften – Forschungsstand und curriculare Perspektiven 441 N Wissenskollaboration im betrieblichen Kontext 452 N.1 Digitalisierung als Treiber in der beruflichen Bildung – Entwicklung eines Instruments zur Erfassung von Indikatoren für die Akzeptanz von virtuellen Lernortkooperationen 452 N.2 Digitaler Wissenstransfer in der beruflichen Bildung – Potentiale eines Online-Berichtsheftes 470 Autorenverzeichnis 476