Avec l’apparition d’applications grand-public, comme le Wireless-HD, les fréquences millimétriques nécessitent l’utilisation de technologies CMOS faible coût. Cependant, avant d’être commercialisés, les transmetteurs mmW doivent être suffisamment résistants notamment à la désadaptation d’impédance entre l’amplificateur de puissance (AP) et l’antenne qui peut résulter d’un obstacle dans le champ proche de l’antenne. Une telle désadaptation d’impédance se traduit par l’apparition d’ondes stationnaires qui peuvent engendrer des dommages irrémédiables sur l’AP. Cette thèse propose une architecture innovante de régulation qui vise à protéger l’AP de telles dégradations tout en optimisant ses performances. La désadaptation d’impédance peut être évaluée en intégrant plusieurs détecteurs de puissance entre l’AP et l’antenne. Une boucle de régulation numérique peut ensuite établir une stratégie d’optimisation des performances de l’AP. Cette thèse s’intéresse particulièrement aux circuits de détection de puissance qui captent la désadaptation d’impédance de l’antenne. Réalisé en technologie CMOS 65nm de STMicroelectronics, le détecteur de puissance présente 25dB de dynamique à 60GHz et est capable de détecter jusqu’à 3 :1 de TOS. Ces détecteurs de puissance ont ensuite été intégrés dans un second circuit avec un AP et des convertisseurs (CAN & CNA). Une boucle de régulation agissant sur le gain de l’AP permet ainsi de garder une puissance de sortie constante quelle que soit l’impédance d’antenne tandis qu’une seconde boucle protège l’AP de la destruction. Cette thèse couvre également deux projets développés en parallèle de l’architecture de régulation de TOS. D’abord est proposée une nouvelle architecture de convertisseur analogique numérique logarithmique, basée sur l’architecture d’amplificateur logarithmique à compression progressive. Ensuite, une co-simulation sous ADS d’un AP RF/mmW avec sa boucle de régulation numérique permet de simuler l’AP à TOS régulé. / With the emergence of mass-market applications, such as Wireless-HD, low-cost CMOS technologies are requested to democratize the use of mmW frequencies. However, before being commercialized, mmW transmitters have to ensure sufficient reliability. One major reliability issue lies in the impedance mismatch between the power amplifier (PA) and the antenna, which can result from wave propagation obstacles in the close vicinity of the antenna. Such impedance mismatch generates standing waves, which can cause irreversible damage on the power amplifier. This thesis aims to propose an innovating regulation architecture that could protect the power amplifier from such deterioration and optimize its performance. By integrating several power detectors between the PA and the antenna, the impedance mismatch can be evaluated. Using this information, a digital regulation loop could then elaborate a complete strategy in order to optimize the PA performance. This thesis notably investigates the power detection circuits, which should sense the antenna impedance mismatch. A circuit realization in 65nm CMOS process from STMicroelectronics shows that the power detector provides 25dB dynamic range at 60GHz and is able to detect up to 3:1 VSWR. A second circuit realization integrates a power amplifier, the power detection circuits and data converters (ADC & DAC). The regulation loop acts on the power amplifier gain to keep a constant PA output power whatever the antenna impedance is. A second loop is also integrated, which protects the PA from destruction. This thesis also covers two alternative projects developed simultaneously to the VSWR-regulated PA architecture. First, a novel architecture of Logarithmic-Analog-to-Digital-Converter is proposed, which is based on the progressive compression architecture of logarithmic amplifier. Then the simulation aspect of the VSWR-regulated PA is investigated through an ADS co-simulation of an RF/mmW PA with its mixed-signal regulation loop.

Actuellement, les turboréacteurs sont les principales sources de bruits d’un avion. Afin de supprimer cette source de bruit qui est très incommodante pour l’environnement, les ingénieurs ont conçu durant ces trente dernières années des matériaux permettant de réduire l’émission de bruit provenant des turboréacteurs. Ces matériaux communément appelés liners sont pour l’instant relativement efficaces. Afin de contrôler la qualité de fabrication des liners, l’instigateur du projet Pratt & Whitney Canada (PWC) veut caractériser ces traitements acoustiques en mesurant leur impédance acoustique en tenant compte des conditions réelles de champ acoustique et des conditions aérodynamiques. C’est ainsi qu’a pris naissance mon projet de maîtrise portant sur la conception et la fabrication d’un banc de mesure en vue de la caractérisation de ces liners. En premier lieu, une amélioration de la méthode de caractérisation géométrique et acoustique des liners au niveau de la nacelle du turboréacteur (in situ) a été apportée. En effet, une méthode de mesure par imagerie a été élaborée pour mesurer le taux de perforation et le diamètre de perforation d’un liner au sein même de la nacelle. D’autre part, les fuites acoustiques au sein du tube d’impédance in situ de PWC ont été éliminées. Par ailleurs, une méthode de mesure in situ de l’impédance des liners a été établie. En second lieu, un banc d’essai a été conçu et fabriqué pour mesurer, par méthode inverse, l’impédance des liners sous incidence rasante. Divers matériaux ont été testés afin de valider le banc. Les résultats expérimentaux sont bien proches des résultats numériques. Nous n’avons pas abouti à la partie considérant l’écoulement vu la limitation de puissance de la soufflerie du GAUS néanmoins le concept théorique et la méthode de mesure expérimentale restent bien valables dans le cas d’un écoulement. Nous avons choisi une soufflante pour générer l’écoulement dans le banc et cette partie sera traitée par un autre étudiant.

L'implantation de parois végétalisées dans les zones urbaines est encouragée par les pouvoirs publics car elle contribue à l'amélioration de la qualité de l'air, favorise la biodiversité et atténue les effets d'îlot de chaleur urbain. L'apport acoustique de ces parois végétalisées est mis en évidence par des études récentes. Les phénomènes physiques à l’origine de leur propriétés acoustiques restent cependant insuffisamment compris et font l'objet de ce travail de thèse. Dans ce but, un dispositif expérimental original couplant mesures acoustiques via un tube à impédance et mesures vibratoires à l'aide d’un vibromètre laser à balayage est développé pour caractériser simultanément les propriétés acoustiques et vibratoires des feuillages et substrats qui composent ces parois dans la gamme 100 Hz-1000 Hz. Ce dispositif caractérise les coefficients acoustiques (absorption, réflexion, transmission...), les propriétés physiques effectives (célérité, impédance caractéristique...) et la réponse vibratoire d'échantillons de feuillages (fusain et laurier) et de substrats (perlite, fibre de coco, tourbe de coco). Les résultats obtenus mettent en évidence les propriétés acoustiques de chaque milieu et soulignent le lien étroit entre résonances vibratoires et propriétés acoustiques des parois. Enfin, l'étude acoustique d'échantillons superposant les couches de feuillage et de substrat montre une augmentation du coefficient d'absorption due aux résonances en épaisseur de la paroi et à l'adaptation d'impédance entre l'air et le substrat apportée par la couche de feuillage. Une stratégie d'optimisation de l'absorption acoustique dans une bande de fréquence donnée est également proposée. / Establishment of green walls in urban areas is supported by the public administration as it improves air quality, fosters biodiversity and mitigates urban heat island effects. Contribution of green walls to urban soundscape due to their acoustic properties has also been demonstrated by recent works. However, physical phenomena behind these acoustical properties are not yet fully understood and constitutes the purpose of this thesis. In this work, a new experimental setup coupling acoustical measurements with an impedance tube and vibration measurements with a scanning laser vibrometer is developped to characterize simultaneously acoustical and vibrational properties of foliages and substrates used in green walls in the 100 Hz-1000 Hz frequency range. This setup is used to characterize acoustic coefficients (absorption, reflection, transmission...), effective physical properties (speed of sound, characteristic impedance...) and vibrational response of foliage (spindle and bay) substrate (perlite, coco fiber, coco peat) samples. Results reveal acoustic properties of each medium and highlight the close link between vibrational resonances and acoustic coefficients of walls. Acoustic properties of samples constituted by the superposition of foliage and substrate layers are finally studied. Results demonstrate that the increase of absorption coefficient comes from both wall thickness resonances and impedance matching between air and substrate provided by the foliage layer. A method for optimizing acoustic absorption in a given frequency range is also proposed.

De plus en plus d’applications reposent sur l’utilisation des batteries, que cela soit dans le domaine des transports, du smart grid ou des objets connectés. Par conséquent, l’étude des batteries est devenue une problématique majeure. Une batterie est un système électrochimique complexe qui dépend de nombreux paramètres et dont les performances déclinent avec le temps. Ainsi le développement d’un système de gestion efficient de la batterie (battery management system BMS) pour éviter les dégradations, étendre la durée de vie et optimiser son utilisation est une priorité. Un moyen d’obtenir une représentation intéressante de l’état présent de la batterie est d’estimer son impédance électrochimique. Cette thèse développe des techniques d’identification temps-fréquence de cette impédance, qui peuvent facilement être embarquées dans un véhicule ou un autre appareil. La première méthode développée permet non seulement une estimation précise de l’impédance, mais aussi un suivi de son évolution temporelle contrairement aux techniques classiques de spectroscopie d’impédance électrochimique. Cette méthode basée sur la transformée de Fourier repose sur un moyennage local récursif contrôlé par un seul paramètre. Celui-ci gouverne un compromis entre les performances de l’estimation et celles de la pour- suite. La capacité de cette méthode à estimer l’impédance au cours du temps est d’abord démontrée sur un simulateur, puis sur une batterie Lithium ion, sur laquelle une étude de répétabilité est réalisée, et enfin appliquée pour suivre l’évolution de l’impédance de la batterie d’un drone en cours de vol. La seconde méthode basée sur la transformée en ondelettes est développée afin de répondre à la problématique des phénomènes de longue dépendance telles que les réactions de diffusion limitée qui apparaissent dans les batteries. Des modèles de batteries reposant sur des circuits électriques équivalents incluent souvent des éléments à phase constante (constant phase element CPE) pour prendre en compte ces phénomènes. La méthode basée sur la transformée de Fourier est comparée à celle basée sur le transformée en ondelettes sur un simulateur de CPE grâce à une procédure de Monte Carlo. L’approche par les ondelettes avec son pavage temps-fréquence irrégulier apparaît comme une méthode particulièrement adaptée à ces phénomènes. A partir de l’impédance, quatre différents indicateurs de l’état de la batterie sont ensuite développés. L’estimation de l’état de charge via un filtre de Kalman étendu dans le contexte de l’étude de la batterie du drone pendant un vol est d’abord effectuée. Cette thèse s’intéresse aussi à l’estimation des paramètres du CPE liés aux phénomènes de longue dépendance. Un estimateur de la puissance maximale disponible généralement utilisée dans le secteur des transports est élaboré à partir de la réponse impulsionnelle de la batterie. Afin de prévenir du risque d’emballement thermique l’estimation de l’impédance est utilisée pour connaître l’état thermique de la batterie en estimant sa température interne. / More andmore applications rely on batteries, for instance in the field of transport, of smart grid, of connected objects. Therefore, the development of battery has become a crucial issue. Unfortunately, a battery is a complex electrochemical system which depends of many parameters and whose performance deteriorates over time. Thus the development of an efficient battery management system (BMS) to avoid damages, to extend lifespan and to optimize the use of batteries is a priority. One way to obtain interesting information representative of the present state of the battery is to estimate its electrochemical impedance. This thesis presents time frequency impedance identification methods which can be easily embedded in vehiclesor nomad devices.The first developed method not only allows an accurate impedance estimation but also a tracking of its temporal evolution contrary to classical electrochemical spectroscopy techniques. This method based on Fourier transformrelies on recursive local average controlled by a single parameter, managing a trade-off between tracking and estimation performance. The ability of the method to monitor the impedance over time is demonstrated on a simulator, then on a real lithium ion battery, on which a repeatability study is carried out, and finally applied to follow the impedance evolution of a drone battery during a flight.The second method based on wavelet transformis developed to deal with long-range dependence phenomena such as ion diffusion-limited reactions which occur in the battery. Battery models using electrical equivalent circuit often include Constant Phase Elements (CPE) to account for these phenomena. After compared wavelet to Fourier method on a CPE simulator thanks to a Monte Carlo procedure, the wavelet approach and its irregular time-frequency tiling appears to be an interesting method, specificaly for its minor bias error.To develop a powerful BMS, different battery indicators or parameters are then estimated from the impedance to be able to follow the state of the battery in real time and avoid damages. To optimise the use of battery the state of charge, the CPE parameters, the maximum available power and the internal temperature of the cell are estimated.

À ce jour, quelques biocapteurs ont été proposés pour mesurer rapidement et facilement les caractéristiques et les propriétés des microrganismes individuels membres d'une population hétérogène, mais aucune de ces approches ne s'est avérée être adéquate pour effectuer des mesures directement sur le terrain. Les biocapteurs pour les organismes microscopiques nécessitent généralement une sensibilité ou une spécificité extrême, qui sont difficiles à combiner avec un dispositif général portatif. Cette étude propose un dispositif portatif basé sur la cytométrie de flux d'impédance qui peut détecter et quantifier le diamètre de microbilles de tailles supérieure à 50 µm directement sur le terrain, tout en présentant un faible coût, une taille réduite, une basse consommation de puissance, et une simplicité de conception et d'opération qui maximise le potentiel de l'impression 3D et de la fabrication industrielle de circuits imprimés. Un exemple est offert afin de démontrer les capacités du capteurs pour de larges échantillons, avec un jeu de données contenant 2380 microbilles détectées de tailles entre 50 µm et 90 µm. / To this day, a couple of biosensors have been proposed to quickly and easily measure the features and properties of individual microorganisms member of an heterogeneous population, but none of these approaches were adequate candidates to perform measurements directly in the field. Biosensors for micron-scale organisms generally require extreme sensitivity or specificity, which are difficult to combine with a portable general device. This study proposes a portable device based on Impedance Flow-Cytometry that can detect and quantify directly in the fields the size and velocity of microbeads of size bigger than 50 µm, while boasting a low cost, low size, low power, and simplicity of design and operation utilizing the potential of 3D-printing and industrial PCB fabrication. An example is provided for a Big Data application from a sampled dataset containing 2380 successfully detected microbeads of sizes between 50 µm and 90 µm.

Le monde des capteurs pour l'automobile est en perpétuelle évolution. Il représente aujourd'hui un tiers du marché mondial des capteurs. Les capteurs peuvent ainsi se retrouver dans toutes les parties de l'automobile, même les plus difficile d'accès. Plus particulèrement les capteurs de position linéaire et angulaire ainterviennent à plusieurs endroits:suspensions, injection, arbre à cames, colonne de direction, phares, sièges... Nous avons étudié un moyen de réaliser une détection linéaire de position. Trois types de réalisation ont été retenus du fait qu'ils présentent une variation intrinsèquement linéaire d'inductance ou de mutuelle en fonction de la position d'un aimant lié à la cible. Ces capteurs ont été modélisés par des réluctances. Les effets fréquentiels des capteurs ont été étudiés afin de prédire l'évolution des paramètres (inductance et résistance) en série.

Les Surfaces à Haute Impédance (SHI) ont été largement étudiées pour améliorer toutes sortes de performances des antennes, comme le gain, le facteur de qualité, les formes et dimensions. L'objectif de cette thèse est de modéliser les structures de SHI et de caractériser leurs performances en vue de futures applications aux antennes.Après une brève introduction aux structures SHI et une étude de quelques modèles analytiques fréquemment traités dans la littérature, deux nouvelles méthodes numériques sont proposées pour calculer l'impédance de surface de structures SHI. Ces deux méthodes (dites " méthode du flux de Poynting " et " méthode / ") sont validées sur des structures symétriques, puis mises en service sur des structures de SHI asymétriques. Elles sont également validées par comparaison de résultats analytiques, numériques et expérimentaux.Nous présentons ensuite un modèle équivalent basé sur l'idée de remplacer les structures hétérogènes de SHI par une surface homogène, caractérisée par son impédance surfacique. Ce modèle nous permet d'avoir une prédiction avec un temps de calcul et une occupation de mémoire PC largement réduits.

Les Surfaces à Haute Impédance (SHI) ont été largement étudiées pour améliorer toutes sortes de performances des antennes, comme le gain, le facteur de qualité, les formes et dimensions. L'objectif de cette thèse est de modéliser les structures de SHI et de caractériser leurs performances en vue de futures applications aux antennes.Après une brève introduction aux structures SHI et une étude de quelques modèles analytiques fréquemment traités dans la littérature, deux nouvelles méthodes numériques sont proposées pour calculer l'impédance de surface de structures SHI. Ces deux méthodes (dites " méthode du flux de Poynting " et " méthode / ") sont validées sur des structures symétriques, puis mises en service sur des structures de SHI asymétriques. Elles sont également validées par comparaison de résultats analytiques, numériques et expérimentaux.Nous présentons ensuite un modèle équivalent basé sur l'idée de remplacer les structures hétérogènes de SHI par une surface homogène, caractérisée par son impédance surfacique. Ce modèle nous permet d'avoir une prédiction avec un temps de calcul et une occupation de mémoire PC largement réduits.

Le but de cette thèse est d'exploiter au mieux les résultats du traitement des données sismiques en profondeur pour réaliser une simulation géostatistique de l'impédance acoustique. La base de la prospection géophysique est la sismique réflexion, une méthode qui fournit les coefficients de réflexion des interfaces géologiques. Ces coefficients fournissent des informations sur la structure du sous-sol et permettent d'estimer les propriétés pétro-acoustiques de chacune des couches géologiques. Nous utilisons une méthode d'imagerie (la migration) qui permet d'obtenir des données sismiques migrées en profondeur, dont les variations de réflectivité selon l'angle sont conservées. L'analyse de ces variations est alors effectuée sur les panneaux Iso-X le long de trajectoires définies par la variation de la réflectivité avec l'angle d'incidence. Ces trajectoires permettent d'obtenir une première interprétation structurale (le squelette) à laquelle sont associés des attributs tels l'intercept et le gradient. Un pointé sur ces deux squelettes complémentaires permet de délimiter des couches dans lesquelles la simulation sera effectuée. Après avoir interprété sur les sections sismiques et d'autres attributs des éventuelles anomalies en hydrocarbures, nous proposons de contraindre localement la simulation géostatistique pour reproduire ces anomalies. Pour cela, nous nous servons du lien qui existe entre l'impédance acoustique et l'intercept. Nous obtenons finalement une section en impédance acoustique en profondeur, valable sur la globalité de la section étudiée, et qui tient compte des anomalies d'hydrocarbures importantes pour l'éventuelle exploration et production du réservoir.

L'objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle formulation variationnelle du problème de diffusion électromagnétique avec des conditions au bord 'impédance approximatives. On étudie un conducteur parfait recouvert d'une couche mince diélectrique. L'operator d'impedance est approximé par un rapport de polynômes d'opérateurs différentiels, de sorte que les conditions sur la bord sont présentées comme une équation des polynômes. Nous appelons cette condition d'ordre supérieur IBC (HOIBC). Nous proposons la formulation de ce problème, la discrétisation et les résultats numériques dans le cas bidimensionnel. Aussi, nous élaborons la formulation et différentes méthodes de discrétisation pour le cas tridimensionnel. / The main subject of this thesis is to propose a new variational formulation of electromagnetic scattering problem with approximate impedance boundary conditions. We consider a perfect conductor coated with a thin dielectric layer. The impedance operator is approximated as a ratio of polynomials of differential operators, so that the boundary conditions are presented as an equation of these polynomials. We call this condition as higher order IBC (HOIBC). We propose the formulation of the problem, the discretization and the numerical results in two dimensional case. Also we elaborate the formulation and some different methods of discretization for three dimensional case.