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Cette thèse présente la conception et la microfabrication d’une toute nouvelle configuration de pile à combustible en convection naturelle destinée à l’alimentation des appareils électroniques portables qui ne requiert aucun élément d’emballage externe (Pile à combustible sans emballage ou PLFC). On présente aussi les impacts majeurs de l’intégration d’un système de gestion d’eau complet (SGD) qui draine l’eau en surplus à la cathode pour la redistribuer vers l’anode et vers une surface d’évaporation imitant un réservoir d’hydrogène à base d’hydrures. La PLFC est constituée d’une membrane composite combinant un support mécanique de polymère (polyimide – Kapton®) et des chemins de conduction protonique (Nafion®), de collecteurs de courant métalliques et de couches catalytiques poreuses à base de nanoparticules de Pt/C. Le tout est intégré dans un seul feuillet de 50µm d’épaisseur sur une surface de 1cm[indice supérieur 2]. Des méthodes pour manipuler et graver le Kapton ainsi que pour intégrer le Nafion dans des procédés de microfabrication ont dû être développées. Un modèle analytique décrivant les résistances internes de la PLFC a aussi été réalisé. Ce modèle, combiné aux limites de dimensionnement causées par les méthodes de fabrication, a permis d’établir un processus de conception et de dimensionnement. La PLFC développée a démontré une importante augmentation de puissance volumique d’au moins 97% par rapport aux systèmes existants avec des emballages microfabriqués ou non. L’intégration d’un système de drainage de l’eau par des chemins hydrophiles à la cathode combinée à une redistribution d’eau vers l’anode et une surface d’évaporation a permis de doubler la puissance surfacique de la PLFC tout en stabilisant son fonctionnement. Finalement, on démontre dans cette thèse que dans les piles à combustible fonctionnant en convection naturelle, l’assèchement de l’anode joue un rôle prépondérant et que celle-ci doit être humidifiée, même lorsque la cathode est en surplus d’eau. De plus, en utilisant ce surplus pour alimenter un générateur d’hydrogène à base d’hydrures, on pourrait doubler la densité énergétique du système de pile à combustible.

Détection et quantification d’acides nucléiques par l’intercalation de sondes électro-actives appliquée à l’intégration d’approches d’amplifications isothermes in vitro. Détecter et quantifier la présence d’agents pathogènes à travers leur ADN représente un enjeu majeur dans de nombreux secteurs comme l’analyse biomédicale, l’agroalimentaire ou l’environnement. La technique de PCR optique en temps réel, couplant la réaction d’amplification génique in vitro dite PCR à une détection par fluorescence constitue la méthode standard pour réaliser ces analyses. Cependant, elle nécessite l’utilisation d’un thermocycleur et l’intégration d’une instrumentation optique rendant l’équipement onéreux et encombrant. De plus, les échantillons troubles ou colorés ne peuvent pas être traités. Pour remédier aux problèmes posés par l’optique, une méthode de suivi électrochimique de la PCR au moyen de sondes électroactives interagissant préférentiellement avec l’ADN double-brin a été développée au LEM. Un démonstrateur préindustriel réalisé en partenariat avec la start-up Easy Life Science permet la parallélisation des mesures de PCR électrochimique en temps réel dans les 48 cellules d’un consommable. Dans ce travail, la problématique de la régulation thermique est adressée en remplaçant la PCR par deux méthodes d’amplifications isothermes de l’ADN. La première d’entre elles, la LAMP (Loop Mediated Isothermal Amplification), particulièrement efficace et spécifique, est combinée à une détection électrochimique via l’utilisation d’un panel de sondes redox afin d’obtenir des performances analytiques rivalisant avec les méthodes optiques standards. Une seconde approche d’amplification isotherme présentant un schéma réactionnel plus simple que la LAMP, basée sur le recyclage des produits d’une HCR (Hybridization Chain Reaction), est également proposée. Enfin, un nouveau consommable miniaturisé intégrant, à ce jour, cent cellules électrochimiques de faible volume (≤ μL) ainsi que le potentiostat dédié sont présentés. L’originalité de ce consommable repose sur son processus de fabrication à très bas coût n’utilisant que des empilements de supports sérigraphiés. Fonctionnel à température ambiante, l’objectif à terme sera de l’utiliser pour des réactions d’amplifications isothermes dites « digitalisées » / Nucleic acids detection and quantification via electro-active probes intercalation applied to the integration of in-vitro isothermal amplification reactions. Detection and quantification of pathogenic agents through their DNA has become increasingly important in applications such as molecular diagnostics and food safety control to environmental monitoring. Routinely, these analyses are performed using optical quantitative PCR method by coupling the in vitro DNA amplification reaction PCR with fluorescent detection. However, it requires the use of a thermocycler as well as the integration of optical instrumentation leading to a bulky and expensive apparatus, unable to process turbid or colored samples. In order to circumvent these limitations, an alternative electrochemical monitoring method for PCR, based on the use of electro-active probes preferentially binding to double stranded DNA, has been proposed and developed at the LEM. A pre-industrial demonstrator developed in partnership with the start-up Easy Life Science allows the parallelization of real time electrochemical PCR measurements in a custom-made 48 wells plate. This work deals with the thermic regulation problem by replacing PCR by two alternatives isothermal DNA amplification methods. First, the LAMP (Loop Mediated Isothermal Amplification), known to be highly efficient and specific, is combined to an electrochemical detection through the use of a panel of redox probes in order to obtain analytical performances competing with the standard optical techniques. Secondly an isothermal amplification method with a simpler mechanism than LAMP, based on the recycling of the products of an HCR (Hybridization Chain Reaction), is also proposed. Finally, a new miniaturized plate integrating, to date, one hundred low volume (≤ μL) electrochemical cells as well as the corresponding potentiostat are presented. The novelty of this plate relies on its very low cost fabrication process based on the simple assembly of screen-printed films. Although the results presented were at room temperature, in the long term, it is envisioned to monitor isothermal amplification reactions in a “digital” manner

Le travail effectué dans cette thèse porte sur l'étude et la génération d'opérateurs arithmétiques auto-contrôlables. Cette thèse a été motivée par l'importance que prennent les techniques d'autocontrôle des circuits intégrés pour remédier aux problèmes de fiabilité qui sont majorés par la miniaturisation. Les chemins de données sont des parties logiques essentielles dans les microprocesseurs et les microcontrôleurs. La conception de chemins de données fiables est donc un pas important vers la réalisation de microprocesseurs plus sûrs. Dans un premier temps, nous avons étudié et implémenté des multiplieurs auto-contrôlables basés sur le code résidu. Nous avons montré qu'on peut avoir des multiplieurs sûrs en présence de fautes de type collage logique avec un surcoût très faible, notamment dans le cas des multiplieurs de grandes tailles (de 10 à 15% pour les multiplieurs de taille 32x32). Dans un deuxième temps, nous avons généralisé des solutions auto-contrôlables existantes d'opérateurs arithmétiques basés sur la parité. Les nouvelles versions ont plusieurs bits de parité et permettent d'augmenter sensiblement la couverture de fautes dans le cas des fautes transitoires. <br />Les solutions développées sont toutes intégrées dans un outil informatique.

Des techniques d'injection de fautes ont été utilisées depuis de nombreuses années pour évaluer la sûreté de systèmes ou de composants (matériels ou logiciels). Ces techniques sont fondées sur la création délibérée de fautes dans le système à tester, pendant l'exécution d'une application. Les sorties du système, et potentiellement certains signaux internes, sont enregistrés et ces données sont utilisées à la fin des expériences pour analyser le comportement du système en présence de fautes.<br />Le travail présenté dans cette thèse est focalisé sur des injections de fautes au niveau matériel, dans des circuits digitaux. Dans ce contexte, l'utilisation de prototypes a été proposé pour améliorer et accélérer la réalisation des campagnes d'injection. Les réseaux programmables (et en particulier les réseaux de type FPGA) sont de bons candidats pour implémenter de tels prototypes. La reconfiguration d'un FPGA peut toutefois nécessiter un temps assez long, ce qui peut constituer une limitation des techniques basées sur le prototypage, surtout si de nombreuses reconfigurations sont nécessaires pour réaliser l'injection des fautes. Afin de résoudre ce problème, cette thèse propose de mettre à profit les possibilités de reconfiguration partielle (ou locale) de certains réseaux. En utilisant cette possibilité, seule une partie du réseau doit être reconfigurée lorsque des modifications sont requises, ce qui conduit à des gains de temps notables lorsque seules quelques différences existent entre deux configurations successives.<br />Jusque là, le prototypage matériel n'a été employé que pour exécuter l'application sur des versions de circuits modifiées pour injecter les fautes souhaitées. L'injection elle-même était réalisée grâce à des dispositifs ajoutés dans le circuit et commandés par des signaux externes. Ces modifications étaient introduites soit dans la description de haut niveau (par exemple, VHDL comportemental) soit dans la description au niveau portes, avant d'implémenter le prototype. L'idée développée dans cette thèse est non seulement d'exécuter l'application sur un prototype, mais aussi de réaliser l'injection des fautes directement dans le composant (FPGA) en tirant profit des possibilités de reconfiguration. De cette façon, chaque injection (ou suppression) de faute nécessite une reconfiguration partielle du FPGA. En revanche, la description initiale du circuit n'a pas à être modifiée avant l'implémentation du prototype.<br />Cette thèse démontre la faisabilité d'une telle approche, pour deux types de fautes majeurs (les collages et les inversions de bits asynchrones, qui modélisent les fautes de type "Single Event Upset"). Le processus d'injection utilisant la reconfiguration partielle a été automatisé pour ces types de fautes dans le cas de prototypes implémentés sur des réseaux Virtex. Les avantages et les limitations par rapport aux techniques existantes ont été analysés. Enfin, la thèse conclut sur les principaux paramètres devant être optimisés pour implémenter un environnement d'injection de fautes fondé sur la reconfiguration partielle.

Les interférences dues à la réseaux d'énergie électrique (50 ou 60 Hz), pendant les mesures de biopotentiels est un problème très commun qui doit être bien tracté, pour permettre l'obtention des résultas en haute qualité. De cette façon les médecin peuvent fournir des diagnostiques plus exact sur le comportement d'une fonction physiologique ou pathologique. Dans les cas où ces signaux sont interprétés à l'aide des systèmes numériques (ordinateurs), c'est très important que les interférences dues à la réseaux électrique soient minimisées pour permettre que points critiques de la forme du signal soient déterminés avec une bonne exactitude. Les circuits mixtes reconfigurables pour des mesures, permettent une nouvelle configuration après la fabrication, de manière qu'ils puissent servir à une application donnée. De cette façon, ces circuits sont convenables pour des applications où ses spécifications doivent changer en accord les capteurs utilisés, e les caractéristiques des signaux sur la mesure. Dans cette thèse un circuit mixte reconfigurable est proposé, pour être utilisé dans des systèmes de mesures des biopotentiels, en particulier électrocardiogramme (ECG), électroencéphalogramme (EEG), électromyogramme (EMG) et électroculogramme (EOG). Le circuit incorpore un bloc qui effectue de forme dynamique la compensation du déséquilibre des impédances des électrodes, de manière à minimiser l'interférence de mode commun, due au couplage entre patient et réseau électrique.

Ce projet de recherche s'inscrit dans le champ d'étude des rapports entre le milieu communautaire et le secteur public dans le domaine de la santé mentale. Le système de santé et de services sociaux du Québec vivant actuellement des transformations organisationnelles importantes avec l'implantation des réseaux locaux de services intégrés, cette réorganisation vient modifier les règles du jeu dans les relations entre les acteurs du domaine de la santé et des services sociaux. Notre objectif principal est de mieux comprendre les rapports dynamiques qui s'établissent entre un organisme de suivi alternatif communautaire en santé mentale et les établissements du réseau public sur un territoire donné de l'Île de Montréal dans le processus d'implantation du réseau de services intégrés. Dans un premier temps, cette recherche vise à cerner le contexte local dans lequel se déroule l'intégration de l'organisme au réseau de services. Il s'agit donc de définir les variables contextuelles et les modalités organisationnelles du contexte d'intégration. Dans un second temps, nous procéderons à une analyse stratégique de l'expérience d'intégration en analysant les stratégies de l'organisme face aux établissements publics. La question des rapports interorganisationnels est abordée sous l'angle de l'analyse stratégique inspirée de Crozier et Friedberg (1977). Cette méthode d'analyse permet de mieux comprendre les interactions et d'analyser les stratégies des acteurs en présence dans le processus d'intégration. La méthodologie repose sur une approche qualitative privilégiant la méthode par étude de cas (Yin, 1984) dont le cas en question s'avère être une expérience locale d'intégration en fonction du projet organisationnel et clinique proposé aux organismes communautaires en santé mentale. Afin de cerner le contexte local et de procéder à l'analyse stratégique, l'information colligée provient d'une analyse documentaire, de six entrevues effectuées auprès de représentants de l'organisme et d'une observation participative au conseil d'administration. L'étude de cas du processus d'intégration de l'organisme au réseau local de services a permis de dégager que les stratégies utilisées par l'organisme se divisent en deux catégories : celles qui concernent les attitudes face aux processus d'élaboration des réseaux locaux de services et celles qui portent sur la valorisation et la défense de la pratique du suivi alternatif communautaire. Bien que plusieurs contraintes reliées au processus d'intégration soient identifiées, l'organisme démontre sa capacité à effectuer des choix stratégiques et à exploiter la marge de manœuvre qui lui appartient dans ses rapports avec les établissements publics. Six dimensions sont identifiées autour des enjeux reliés à l'intégration, soit la reconnaissance, la reddition de compte, la formalisation, le financement, la compétition et l'autonomie. Des nombreux enjeux analysés, nous retenons que des relations de pouvoir se retrouvent au cœur de la dynamique relationnelle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Intégration, Santé mentale, Suivi alternatif communautaire, Réseaux locaux de services, Analyse stratégique, Rapports dynamiques.

Cette thèse propose des nouvelles méthodes de conception et de test des systèmes CMOS intégrés, permettant d'augmenter la fiabilité et la tolérance aux pannes en technologies submicroniques profonds, et répondre à l'augmentation des défauts non-décelables au test de fabrication et à la sensibilité accrue aux aléas dus aux rayons cosmiques. Pour améliorer la détection de fautes dans les circuits CMOS complexes, des capteurs de courant intégrés à haute vitesse et sensibilité fonctionnant sous faible tension d'alimentation sont proposés. Les algorithmes de mesure de courants IDDQ, développés parallèlement, sont analysés et optimisés en synergie avec des techniques de conception à faible consommation. L'utilisation de capteurs de courant a été étendue à un test en-ligne qui permet de détecter les fautes permanentes dans les applications critiques, et de corriger les erreurs dans les mémoires SRAM par codage de parité. Cette approche a été validée par des tests sous rayonnement sur des circuits prototypes. Une stratégie de conception de circuits CMOS immunes aux aléas indépendante de la technologie utilisée a été ensuite développée, basée sur des techniques de redondance locale. Sa validation expérimentale par des tests sous rayonnement a été effectuée sur des circuits prototypes réalisés en technologies CMOS commerciales de 1,2 , 0,8 et 0,25 microns. L'analyse des techniques de durcissement implantées a été faite à l'aide de méthodes de test intégré et en utilisant des équipements laser aux impulsions. Des mécanismes d'erreurs et une sensibilité aux aléas liés à la topologie ont été mis en évidence et caractérisés. En réponse, on a élaboré des règles de conception spécifiques, conduisant à un durcissement topologique aux aléas. Une bibliothèque de cellules séquentielles durcies a été développée, en vue de son utilisation dans un modem ASIC dédié à un satellite expérimental qui sera mis en orbite en 2001.

Dans un contexte de développement durable, des méthodologies pour l'optimisation multicritère d'éco-procédés pour la récupération de polyphénols antioxydants à partir de co-produits ont été proposées, tenant compte des rendements en polyphénols totaux, de l'activité antioxydante des extraits obtenus à partir de marc de chicorée ainsi que de la consommation d'énergie de l'équipement durant le temps de traitement. L'étude d'un procédé d'extraction assistée par ultrasons a permis de mettre en évidence les gains en durée de traitement et en énergie grâce à l'application des ultrasons. Un modèle global a été développé comme outil pour l’optimisation multicritère (rendement en polyphénols, activité antioxydante et consommation d'énergie) des conditions d’extraction des polyphénols (intégrant le temps, la température, la composition du solvant et la puissance des ultrasons). Après une étude préliminaire d’enrichissement des extraits en utilisant différents adsorbants, la résine Amberlite XAD 16 a été choisie comme la plus appropriée pour l’adsorption des polyphénols extraits du marc de chicorée. Un procédé intégré permettant d'extraire et de purifier simultanément a permis un enrichissement en polyphénols de 2 à 4 fois des extraits de marc de chicorée. Un modèle permettant l'optimisation multicritère de ce procédé a été proposé en tenant compte de la quantité de polyphénols récupérés, de l'activité antioxydante des extraits et de la consommation d'énergie de l'équipement sur la base des conditions opératoires temps de traitement, débit de la phase aqueuse et ratio marc de chicorée-adsorbant. / In a sustainable context, methodologies for multi-criteria optimization of green processes for the recovery of antioxidant polyphenols from by-products have been proposed, taking into account the total polyphenols yield, the antioxidant activity of the extracts obtained from chicory ground and the energy consumption of the equipment during processing time. Study on ultrasound-assisted extraction has helped to highlight the gains in processing time and energy through the application of ultrasounds. A comprehensive model was developed as a tool for multi-criteria optimization (total polyphenols yield, antioxidant activity and energy consumption) of extraction conditions (including time, temperature, solvent composition and power of ultrasounds). After preliminary studies on extract's enrichment using different adsorbents, the Amberlite XAD 16 resin was chosen as the most suitable for the adsorption of polyphenols extracted from chicory ground. An integrated process for simultaneous extraction and purification allowed enrichment in polyphenols of 2 to 4 times of chicory ground extracts. A model for multi-criteria optimization of this process has been proposed taking into account the amount of recovered polyphenols, the antioxidant activity of the extracts and the energy consumption of the equipment in function of operating conditions: processing time, aqueous phase flow and chicory ground-adsorbent ratio.

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'immunité des circuits intégrés complexes face aux perturbations électromagnétiques. Le début est consacré à la présentation de la compatibilité électromagnétique des circuits intégrés. Une présentation des moyens de maîtrise de la CEM est ensuite donnée. Les principaux thèmes que sont la modélisation, l’optimisation et la mesure sont exposés. L'étude se poursuit par l'établissement d'une méthodologie de construction d'un modèle d'immunité appliquée à un circuit convertisseur. Cette méthodologie s’inspire de la proposition de norme ICIM-CI pour bâtir successivement les différents blocs du modèle d’immunité. Une attention particulière est donnée à la modélisation du mécanisme de défaillance, celui-ci permettant d’obtenir les résultats d’immunité. Les résultats fournis par le modèle sont ensuite comparés puis validés par des mesures sur circuit. Enfin des études complémentaires, portant sur des circuits plus complexes, permettent de proposer des améliorations et perspectives nouvelles pour la démarche de modélisation. / The main objective of this thesis is the study of integrated circuits immunity against electromagnetic interference. The beginning is devoted to the presentation of the electromagnetic compatibility of integrated circuits. The tools enable the mastery of EMC are then presented. The main themes of modelling, optimization and measurement are exposed. The study continues by establishing a methodology for building a model of immunity applied to a converter circuit. This methodology is based on the proposed standard ICIM-CI to build successively the different blocks of the model of immunity. A particular attention is given to the description of the failure mechanism because it leads to the final results of immunity. The results from the model are then compared and validated by measurements on the circuit. Finally further studies on more complex circuits can suggest improvements and new perspectives for the modelling approach.