Dans la présente thèse, nous développons la technique d'impédance bioélectrique pour la mesure de la rigidité artérielle. Notre première étude montre la possibilité d'acquérir le signal d'impédance sur plusieurs sites anatomiques (thorax, bassin, cuisse et mollet). L'analyse tempséchelle des signaux d'impédance sur chacun des sites anatomiques a permis de valider le concept d'invariance temporelle et spatiale du signal d'impédance. L'étude a été réalisée sur 15 sujets sains. Notre deuxième étude porte sur la mesure de la vitesse d'onde d'impédance (VOI) pour l'étude du segment aortique. Les résultats montrent que, sur une population de 71 patients, la VOI présente une forte corrélation (r2=0,86 et P<0,0001 selon le test de Spearman) avec la vitesse d'onde de pouls (VOP). Au vu de ces résultats, nous pouvons conclure que la technique d'impédance bioélectrique est à même d'offrir un indice de la rigidité régionale aortique au même titre que la VOP. La méthode est beaucoup plus simple, rapide, facile à mettre en place et indépendante de son opérateur. Notre dernière étude propose une modélisation mathématique du signal d'impédance. Celui-ci peut être considéré comme une mesure de l'énergie cinétique du flux artériel. Le modèle propose trois nouveaux indices pour la mesure de la rigidité aortique locale : IRA, RP et PEPA, respectivement pour Indice de Rigidité Artérielle, Résistances Périphériques et Propriétés Élastique de la Paroi Artérielle. Nous observons une forte corrélation (r2=0,79 ; P<0,0001 selon le test de Pearson) entre la VOP et l'indice IRA mesuré au niveau de l'aorte sur une population de 50 patients.

Dans le contexte industriel actuel, il existe encore un grand nombre de tâches pénibles qui ne peuvent pas être automatisées, et où le geste humain reste indispensable. L'introduction d'une assistance robotique peut alors être envisagée pour réduire les efforts que l'opérateur doit fournir, et ainsi éviter l'occurrence de troubles musculosquelettiques. En permettant à l'opérateur de manipuler conjointement un outil (ou objet) porté par le robot, il est possible envisager une collaboration sous forme de compensation de gravité, d'augmentation d'effort ou de réalisation de guides virtuels. Les robots industriels peuvent être des candidats pertinents pour ce type de collaboration, car leurs qualités mécaniques sont particulièrement complémentaires à celles de l'homme : ils sont notamment optimisés pour avoir une grande force, rigidité et précision absolue. Cependant les frottements dans les articulations et l'inertie importante de ces robots s'opposent à une interaction physique avec l'opérateur fluide et légère. L'utilisation d'un capteur d'effort au niveau de l'effecteur et d'une boucle d'effort est donc incontournable. On montre que la stabilité d'un système ainsi asservi dépend alors fortement de l'impédance mécanique qu'oppose la main de l'opérateur lorsqu'il manipule l'effecteur du robot. Nous appuierons notre étude sur une modélisation du robot capable de prendre en compte une flexibilité structurelle entre l'actionneur et la mesure d'effort, qui est à l'origine des limites de stabilité. Afin de résoudre le compromis performance/stabilité très contraignant qui en découle, nous proposons une loi de commande en impédance prenant en compte les caractéristiques de la prise de main sur une poignée d'interaction spécialement conçue. Pour caractériser la prise de main, il nous a été nécessaire de développer un capteur capable de cartographier la pression appliquée sur la surface arrondie de la poignée. Nous détaillons l'architecture et le fonctionnement d'un tel capteur, et montrons qu'il peut aussi être employé pour recouvrir le corps du robot. Nous proposons ainsi une solution pour assurer la sécurité de l'utilisateur vis-à-vis des autres parties mobiles du robot, peu sensibles aux interactions physiques avec l'opérateur ou avec son environnement. Nous complétons notre étude en considérant une interaction tripartite où le robot amplifie les efforts que l'opérateur applique sur l'outil. En adaptant les outils théoriques communément employés dans le domaine de la téléopération, nous menons une étude approfondie sur les limites de stabilité et de performances de ce dispositif. L'ensemble de ces travaux reposent sur des développements théoriques appuyés par des expérimentations sur un robot industriel réel.

Ce travail traite du développement de conditions aux limites (CL) pour prendre en compte des matériaux absorbants dans les codes CAA. L'approche temporelle est nécessaire pour reproduire la propagation d'un bruit large bande par un seul calcul. La traduction de la relation d'impédance vers le domaine temporel est premièrement réalisée par une transformée de Fourier discrète très coûteuse en stockage de données. Des simulations de tube d'impédance montrent que la prise en compte du cisaillement de l'écoulement est nécessaire suivant le nombre de Mach. On s'attache ensuite à réduire ce stockage en utilisant les propriétées de la transformée en z. En vue de sa généralisation, la formulation de la relation d'impédance est rendue 1D suivant la normale à la paroi en chaque point de maillage. Ce traitement curviligne basé sur les métriques du code de calcul permet une application locale non génératrice de fréquences parasites. Des simulations de diffraction et de propagation en présence d'absorbant montrent un coût de stockage faible et un temps CPU identique au traitement d'une paroi rigide. Enfin une étude de l'absorption acoustique dans les résonateurs est effectuée en vue d'une extension des CL à des niveaux acoustiques plus élevés.

Deux méthodes de caractérisation des qualités d' émission) des instruments de musique à anche validées. Ces méthodes consistent, d' une part à simuler les auto-oscillations résultant du couplage acoustiques (justesse, timbre, facilité simple sont développées et partiellement étudier le résonateur seul, d' autre part à entre le résonateur (supposé linéaire) et l' excitateur (non-linéarité supposée localisée à l' entrée du bec). Nous nous limitons à évaluer la fréquence fondamentale et le spectre de la pression interne au bec des instruments étudiés. Dans tout le document, nous supposons ces grandeurs représentatives de la justesse et du timbre. Pour la validation, nous comparons, pour des instruments réels, ces grandeurs aux grandeurs mesurées sur l' instrument en situation de jeu. Pour obtenir de telles conditions, nous avons réalisé une bouche artificielle, reproduisant l' embouchure du musicien avec stabilité et reproductibilité. Nous présentons une revue bibliographique et isolons un modèle physique élémentaire. Par analyse de ses solutions, on vérifie que la fréquence fondamentale de l' oscillation se déduit des fréquences de résonances au seuil linéaire grâce à un terme correctif. Celui-ci est la correction de longueur. Il est représentatif de l' embouchure et indépendant du doigté. Nous calculons les solutions discrètes du modèle à l' aide de l' impédance d' entrée mesurée ainsi que des paramètres équivalents à l' embouchure. La valeur de la fréquence d' échantillonnage est fixée par les caractéristiques de l' impédance d' entrée du résonateur. Ceci permet de minimiser les erreurs numériques de la fonction de réflexion "discrète". Les valeurs de la fréquence d' échantillonnage s' avèrent faibles vis à vis de la fréquence propre de l' anche. La transformation bilinéaire corrigée est choisie pour obtenir une anche "discrète" aux caractéristiques proches celles de l' anche "analogique". Les impédances d' entrées et les fréquences fondamentales de la pression dans le bec sont mesurées pour tous les doigtés des deux premiers registres de la clarinette et du saxophone alto. Les fréquences de résonance et les fréquences fondamentales sont comparées pour chacun des doigtés, une correction de longueur caractéristique de l' embouchure est estimée pour chaque registre. La comparaison des pressions simulées et mesurées dans le bec montre que la simulation permet de détecter les "notes difficiles" pour les doigtés de gorge de la clarinette. Cette détection est satisfaisante si on applique de faibles pressions d' alimentation au modèle. Le phénomène d' enroulement de l' anche sur la table du bec, omis dans le modèle physique, serait ici une des causes principales de ce désaccord. Une première approche théorique de ce phénomène est proposée à l' annexe A.

Pour réduire les nuisances sonores produites par un avion, les traitements acoustiques se doivent d'être réalisables par des matériaux caractérisés par des impédances complexes réglables.<br />L'objet de cette thèse est l'étude et le contrôle d'un modèle de perturbations aéroacoustiques d'un écoulement porteur stationnaire et subsonique, le système régi par les équations d'Euler linéarisées (EEL). Le but est de contrôler les phénomènes de propagations aéroacoustiques, générés dans un domaine (a priori infini) et localisés sur un observatoire spatio-temporel, en utilisant comme variables de contrôle des paramètres locaux d'impédances complexes caractérisant la frontière d'un obstacle solide situé à l'intérieur du domaine. En utilisant dans le cadre de l'aéroacoustique la théorie des systèmes de Friedrichs, et en classifiant les conditions aux limites admissibles à adjoindre au système des EEL, nous montrons le caractère bien posé sur un domaine spatio-temporel borné, d'un problème direct régissant les phénomènes physiques mis en jeu, ainsi que d'un problème adjoint rétrograde, étape indispensable à la résolution de problèmes inverses. <br />La méthode d'approximation choisie pour résoudre ces problèmes est une méthode de type Galerkine discontinue reposant sur un flux-splitting décentré en espace, combinée avec un schéma de type Runge-Kutta pour l'approximation temporelle. Comme toujours en propagations d'ondes, la simulation de l'espace libre est primordiale. Dans cette optique, une méthode PML adaptée aux EEL est proposée et numériquement validée.<br />Enfin, une attention toute particulière est portée à la signification physique de ce travail. Un modèle d'homogénéisation de matériaux poreux est utilisé, permettant de relier les variables de contrôle à des paramètres physiques caractérisant la faisabilité expérimentale de matériaux absorbants. Les résultats numériques obtenus sur un modèle académique de prise d'air, illustrent la nécessité de la mise en place de cette méthodologie pour résoudre les problèmes inverses en aéroacoustique dans toutes leurs complexités.

Les transformateurs de courant débitent généralement dans une charge de faible impédance. Si cette condition n'est pas remplie, l'induction dans le tore et le courant magnétisant ne sont plus négligeables. Ce mémoire traite ce cas de figure avec en plus des courants éventuellement non sinusordaux et avec une composante contin!le. Un modèle analytique s'étoffe au fur et à mesure afin de tenir compte de ces spécificités. - D'abord nous analysons le comportement de la chaîne de mesure avec des courants sinusoidaux, nous développons un modèle analytique non linéaire de l'impédance magnétisante et évaluons l'importance des flux de fuite. Ensuite nous étendons ce modèle d'impédance magnétisante aux types de courants cités. Notre modèle, analytique, est alors robuste en fréquence. Enfin nous enrichissons notre modèle en tenant compte de la non-linéarité des matériaux. n est alors valable quelque soient les conditions de fonctionnement Une étude sur la caractérisation des matériaux magnétiques soumis à une excitation dissymétrique clôt ce mémoire.

Nous proposons d'explorer dans le cadre de la thèse des solutions originales permettant d'obtenir des caractéristiques de rayonnement peu dépendantes du support de l'antenne. Les antennes étudiées et conçues visent à être utilisées pour des applications GNSS et plus précisément pour des applications multi-bandes du GNSS. Nous les développerons donc en respectant un cahier des charges associé. Deux axes de recherche indépendants sont explorés. Le premier montre les propriétés naturelles d'une antenne composée de plusieurs structures rayonnantes. Nous associons ainsi une structure hélicoïdale équivalente à un dipôle magnétique et un plan métallique équivalent à un dipôle électrique. La taille et les performances de l'antenne ainsi réalis ée sont comparables par bien des aspects aux antennes que l'on trouve actuellement dans le commerce pour les applications GNSS. L'antenne réalisée est une antenne mono-bande en polarisation rectiligne ; ce qui n'est pas en accord avec les spécifications de l'application envisagée. Pour compléter cette première étude et satisfaire les exigences d'applications GNSS multi-bandes, nous nous orientons vers une autre technologie qui est exposé dans le second axe. Dans le second axe, nous associons une antenne électrique et un plan ré ecteur particulier : une Surface Haute Impédance. L'association de ces deux éléments permet en théorie de réduire l'épaisseur qu'aurait un dispositif classique composé d'une antenne électrique et d'un plan réflecteur métallique. Nous commençons donc par étudier la particularité du plan réflecteur choisi, c'est-à-dire la Surface Haute Impédance. Cette surface étant composé de motifs périodiques nous étudierons le motif qui permet d'obtenir les caractéristiques les plus proches de celles de l'application visée. Nous débutons par une étude en monobande suivi de l'étude d 'un motif bi-bande. Le motif mono-bande conçu en simulation présente une très bonne bande-passante (13%) au vue de sa taille minimale (2,5mm). Le motif bi-bande réalisé par imbrication de motifs mono-bande permet d'obtenir en simulation des performances conformes aux attentes dans deux bandes GNSS choisies. L'étude de cette surface se poursuit par une phase de mesure. Le but de l'étude étant de pouvoir placer une antenne au-dessus de la surface fabriquée, une collection d'antennes sera développée afin de régler la surface haute impédance et dans le même temps de tester le dispositif complet. Ainsi dans un premier temps, nous utiliserons des dipôles pour tester et régler la Surface Haute Impédance. Dans cette partie le couplage entre l'antenne et la surface haute impédance placée en-dessous sera notamment étudié. Dans un deuxième temps, afin d'obtenir une polarisation circulaire nous utiliserons d'autres antennes supportant cette polarisation (dipôle croisé et spirale). Dans chaque phase de mesure, le réglage antenne et Surface Haute Impédance sera optimisé et divers paramètres de réglage seront identifiés. Pour les deux axes de recherche, ce sont non seulement le rayonnement que nous cherchons à maîtriser mais aussi la taille de la structure. Ainsi les structures réalisées sont les plus compactes possibles surtout en terme de finesse. Nous concluons sur les performances des antennes réalisées par rapport au cahier des charges et aux autres antennes existantes et exposons les perspectives du travail réalisé.

La manipulation des membranes des cellules en suspension ou dans des tissus au moyen d'impulsions électriques constitue un sujet de recherche majeur au cœur du bio-électromagnétisme. A ce jour les impulsions de quelques microsecondes voire millisecondes ont été principalement étudiées. Elles n'affectent que la membrane plasmique des cellules. Les impulsions nanosecondes de fort niveau de champ (de l'ordre de quelques MV/m) ouvrent la voie vers la manipulation des organelles intra-cellulaires. En outre, elles constituent un nouvel outil pour l'étude des mécanismes de la perméabilisation. Les travaux de cette thèse ont été principalement consacrés aux effets des impulsions de 10 ns sur la membrane plasmique. Des protocoles expérimentaux permettant d'appliquer de façon reproductible et contrôlée les impulsions sur des objets vivants ont été définis. Des moyens de mesure (D-dot et B-dot) adaptés aux hautes tensions et hautes fréquences ont été développés et mis en œuvre, permettant un contrôle en temps réel des impulsions délivrées.Différentes approches ont permis de mettre en évidence la perméabilisation des cellules par des impulsions de 10 ns. Ces techniques regroupent notamment le suivi de bio-impédance dans les tissus et l'internalisation de molécules cytotoxiques non perméantes dans des cellules en suspension et in vivo sur des tumeurs. Les expériences conduites ont permis de mettre en évidence la plus grande efficacité des basses fréquences de répétition dans la perméabilisation d'un tissu végétal (la pomme de terre). De plus l'influence de la conductivité du milieu extracellulaire sur le niveau de perméabilisation a été investiguée. Ces expériences ont permis de mettre en évidence l'importance de la dynamique d'établissement et de relaxation de la différence de potentiel transmembranaire dans l'efficacité de la perméabilisation.Enfin un microscope CARS (Coherent Anti-stokes Raman Scattering) plein-champ a été développé. Sa conception a été pensée en vue de l'étude des effets des impulsions ultra-courtes sur le vivant à l'échelle moléculaire. A ce jour il permet d'obtenir des images de cellules en CARS en 3 ns.

La Magnéto-Impédance Géante (GMI pour Giant Magneto-Impedance) présente un certain nombre d’avantages, tels la haute sensibilité, la haute résolution de détection, la large bande passante et la flexibilité de l’élément sensible qui rendent cette technologie très prometteuse pour la réalisation de capteurs de courant flexibles, sans contact, capables de mesurer à la fois les courants continus (DC) et alternatifs (AC).Ce travail de thèse vise à explorer la faisabilité d’un capteur de courant flexible à base de GMI, en portant une attention particulière sur l’impact des paramètres d’influence qui conditionnent largement les solutions de mise en œuvre du capteur.Les effets de la température et des contraintes mécaniques de flexion et de torsion, qui s’appliquent dans un environnement de mesure réel, sont caractérisés en prenant en compte les grandeurs intrinsèques du fil nécessaires à la réalisation d’un capteur industriel. L’impact de la mise en œuvre et du conditionnement électronique vis-à-vis de ces grandeurs d’influence est aussi étudié. Les effets des perturbations magnétiques externes et de l’excentration du conducteur sous test dans la boucle de mesure sont quantifiés et une solution de blindage est proposée. Enfin, le prototype de capteur obtenu à l’issue de ces travaux est présenté, ainsi que ses performances, en dégageant les pistes d’optimisation et d’amélioration. / The GMI effect displays several advantages, such as high sensitivity, high detection resolution and bandwidth, and mechanical flexibility. These advantages predispose this technology to the implementation of flexible contactless current sensors measuring both DC and AC currents.This thesis work aims at exploring the feasibility of a flexible GMI current sensor. A particular attention to the impact of influence parameters which largely condition the design solutions of the sensor has been paid.The effects of temperature and mechanical constraints such as bending and torsion, which apply in a real measuring environment, are characterized by taking into account the intrinsic features which are necessary to the design of the sensor. The impact of the general measuring configuration and electronics are also studied. The effects of magnetic disturbances and of the position of the current-carrying conductor in the measuring loop are quantified and an adequate shielding method is proposed. Finally, the sensor prototype obtained at the end of this work is described with its performances and the possible optimization and enhancement ways.

La présente étude a été réalisée dans le cadre d'une collaboration entre le groupe de recherche GREM3 du laboratoire LAPLACE de Toulouse et la société de recherche contractuelle SINAPTEC située à Lille. SINAPTEC conçoit et développe des systèmes ultrasonores piézoélectriques résonants pour un grand nombre d'applications industrielles et a pour volonté d'améliorer sa compréhension des phénomènes mis en jeu ainsi que les performances et les fonctionnalités de sa technologie actuelle. L'objectif de cette étude est d'exploiter la sensibilité des transducteurs piézoélectriques résonants afin de leur conférer une fonction de capteur en vue de mieux contrôler leur action sur le milieu à traiter par le suivi de l'évolution de l'impédance électromécanique. Actuellement, pour le pilotage et le contrôle des transducteurs US de puissance dédiés aux applications en milieu liquide - qui font l'objet de la présente étude - plusieurs difficultés se posent. Tout d'abord la première difficulté, inhérente à la nature même des transducteurs piézoélectriques de puissance, est la dérive de leurs caractéristiques avec l'échauffement. L'échauffement dans le transducteur provoque une dérive de sa fréquence de résonance et de ses propriétés mécaniques qui est partiellement solutionnée par un asservissement en fréquence (et/ou en puissance) mais il n'en reste pas moins qu'une dégradation des performances de l'actionneur est observée. La deuxième difficulté réside dans le fait que le transducteur plongé dans une charge liquide est difficile à contrôler car l'application des ondes ultrasonores de puissance dans ce milieu provoque l'apparition de microbulles de vapeur, c'est le phénomène de cavitation qui est extrêmement complexe et fortement non linéaire. L'objectif est donc de trouver une méthode simple, peu consommatrice en ressources pour être implémentée dans la nouvelle génération de générateurs électroniques de SINAPTEC et qui permette d'extraire des informations pertinentes sur le milieu liquide - comme l'intensité de la cavitation par exemple - mais aussi sur l'état du transducteur et son évolution pendant qu'il fonctionne à forte puissance dans des conditions normales d'utilisation. Le principe de la méthode proposée repose sur le calcul de l'impédance de charge du transducteur en fonctionnement et son suivi en « temps réel »par mesure des signaux électriques et à partir de ses caractéristiques à vide. Pour montrer la faisabilité d'une telle méthode, une modélisation analytique par le modèle des matrices de transfert ainsi qu'une modélisation numérique, à l'aide du logiciel ANSYS, ont été réalisées afin de qualifier l'effet de la charge liquide en régime stable et cavitant sur l'impédance électrique du transducteur. Deux transducteurs ont été modélisés : un système ultrasonore standard de SINAPTEC, classiquement utilisé pour les applications en milieu liquide, et un transducteur spécialement conçu pour être plus sensible à la charge et plus facilement pilotable. Cette modélisation a été complétée par des expérimentations afin de confirmer la faisabilité de la méthode en milieu cavitant. La modélisation ainsi que les expérimentations ont permis de confirmer que les propriétés du milieu liquide en contact avec le transducteur sont corrélées à l'impédance électrique de ce dernier (et à sa fréquence de résonance). De ce fait, il devient alors possible, en suivant/observant l'impédance électrique du transducteur, de déterminer certaines propriétés du milieu et ainsi permettre un meilleur suivi de l'action du transducteur sur sa charge. / This study is the result of a collaboration between the research group GREM3 of the LAPLACE Laboratory in Toulouse and SINAPTEC, a research company located in Lille. SINAPTEC designs and develops resonant piezoelectric ultrasonic systems for many industrial applications and wants to improve the performance and functionality of its current technology. The objective of this study is to exploit the sensitivity of resonant piezoelectric transducers to use them as sensors in order to better control their action on the medium to be treated by monitoring the evolution of their electromechanical impedance. ABSTRACT : Currently, several difficulties arise for the control of high power ultrasonic transducers dedicated to applications in liquid media - which are the subject of this study. The first difficulty - inherent in the nature of piezoelectric transducers- is the shift of their characteristics with heating. Heating in the transducer causes a drift of the resonance frequency and its mechanical properties which is partially solved by a frequency control loop, but a performance degradation of the actuator is still observed. The second difficulty lies in the fact that the transducer immersed in a liquid load is difficult to control because the application of high power ultrasonic waves in the medium generates micro-bubbles in the liquid: it is the phenomenon of cavitation, extremely complex and highly non-linear. The objective is to find a simple method, to be implemented in the next generation of electronic generators of SINAPTEC, that allows to extract relevant information on the liquid medium (such as the intensity of cavitation for instance) but also on the state of the transducer and its evolution during operation at high power under normal conditions of use. The principle of the proposed method is based on the calculation of the transducer load impedance while functioning by measuring electrical signals and using its unloaded characteristics. To show the feasibility of such an approach, the analytical model of the transfer matrices as well as a finite element model ( using ANSYS software) were implemented to characterize the effect of stable and cavitating liquid loads on the electrical impedance of the transducer. Two transducers were modeled: a standard ultrasound system of SINAPTEC, typically used for applications in liquid media, and a transducer specifically designed to be more sensitive to the load and more easily controllable. These model were complemented by experiments to confirm the feasibility of the method in a cavitating environment. Modeling and experiments have confirmed that the properties of the liquid in contact with the transducer are correlated with the electrical impedance of the latter (and its resonance frequency). Thus, it becomes possible to determine certain properties of the medium by monitoring the electrical impedance of the transducer and it should allow a better control of the action of the transducer on the load.