Ce mémoire traite de l'élaboration d'une nouvelle filière technologique pour micro-commutateurs parallèles capacitifs micro-ondes sur membrane diélectrique. Les micro-commutateurs sont des ponts à air métalliques actionnés électrostatiquement et structurés par un micro-usinage de surface. Un micro-usinage de volume est réalisé pour obtenir une membrane sur laquelle les circuits fabriqués sont faibles pertes. Le chapitre I présente le procédé technologique global utilisé. Dans un premier temps nous détaillons les briques de base constituant chacun des procédés des deux faces de la plaquette, la face supérieure pour le micro-commutateur et la face inférieure pour la membrane. La fin de ce chapitre est consacrée à l'optimisation de l'enchaînement de ces deux procédés afin d'assurer une bonne compatibilité technologique de l'ensemble des étapes. Le chapitre II traite de l'analyse mécanique des ponts métalliques. Les modèles analytiques de la littérature concernent en général des ponts plats à encastrements parfaits. C'est pourquoi nous avons tout d'abord exposé les résultats de simulations d'un micro-commutateur suivant différentes configurations. L'analyse de son comportement permet d'anticiper certains problèmes liés à sa conception. Une seconde partie est consacrée à la mesure des raideurs mécaniques de différents modèles de ponts métalliques. A la fin du chapitre nous présentons une méthode permettant d'évaluer le module d'Young et la contrainte initiale moyenne en utilisant les mesures précédemment effectuées. Le chapitre III concerne la caractérisation micro-onde de démonstrateurs. Dans une première partie le comportement des micro-commutateurs est évalué à l'aide d'outils analytiques. Nous pouvons ainsi anticiper les problèmes de réalisation et estimer l'influence de chaque paramètre du micro-commutateur sur son comportement. Une deuxième partie est consacrée aux caractérisations micro-ondes d'un micro-commutateur sur silicium massif et sur membrane. Pour finir, ce dernier est intégré dans un démonstrateur plus complexe lui-même intégré dans un système participant à une tête de réception.

Les travaux présentés traitent de l'intégration des composants passifs pour la conversion et le stockage de l'énergie dans un contexte général de l'électronique nomade. Le développement de la micro-électronique conduisant à la miniaturisation des circuits électroniques a permis le boom de l'électronique nomade (smart phones, tablettes, appareils photos numériques, etc.) et l'émergence des réseaux de capteurs communicants (intelligence ambiante). Les enjeux des années à venir sont : toujours plus de fonctionnalités et l'augmentation de l'autonomie énergétique de ces différents objets. La miniaturisation et l'approche de l'intégration hétérogène 3D font partie des solutions pour lever les verrous technologiques associés à ces défis. Concernant les circuits de puissance assurant la conversion et la gestion de l'énergie, la taille des convertisseurs est définie par l'encombrement des éléments passifs les constituant. Je présenterai les travaux réalisés depuis 2005 au LAAS-CNRS permettant l'intégration sur silicium de composants passifs (bobines, condensateurs) pour ces systèmes de gestion de l'énergie. Les travaux sont axés sur la conception, le développement des topologies et des filières technologiques pour micro-bobines (L) et condensateurs intégrés (C). Ainsi, pour des condensateurs à forte densité (au-delà des 500 nF.mm-2), les technologies de gravure du silicium ont été explorées associées à la synthèse et la caractérisation de matériaux à forte permittivité diélectrique. En ce qui concerne les micro-bobines, pour répondre au cahier des charges des convertisseurs fonctionnant autour du watt, les développements se concentrent sur l'intégration du noyau magnétique ainsi que les technologies de dépôts épais d'isolants et de métaux. A long terme, pour produire des alimentations toutes intégrées sur puce, l'intégration et l'empilement de puces multi-fonctionnelles sont à concevoir. Nous montrerons quelques pistes d'intégration : puce passive (contenant bobine et condensateur sur le même substrat), ou co-intégration passif-actifs au sein de la filière d'intégration fonctionnelle. Dans un deuxième volet, nous aborderons la thématique de l'autonomie énergétique des microsystèmes (capteurs ou autre). De nombreux travaux de recherche ont émergé depuis le début des années 2000 sur les microsystèmes de récupération de l'énergie ambiante : solaire, thermique, mécanique, acoustique. Etant donné la nécessité d'un stockage tampon de l'énergie récupérée, la solution la plus pertinente est d'utiliser un supercondensateur, élément de stockage présentant des durées de vie quasi-illimitées. Je présenterai les activités de recherche liées à l'intégration de micro-supercondensateurs sur silicium. Les premiers dispositifs à base de charbon actif et autres carbones nanostructurés ont montré des performances intéressantes : près de 250 mJ.cm-2 d'énergie et 200 mW.cm-2 de puissance. Finalement, les perspectives de recherche sur ces thématiques seront proposées et discutées.

Depuis 1996, mes activités de recherche se sont inscrites dans les champs des nanosciences, de la physique des semi-conducteurs, des micro/nanotechnologies, et des MEMS/NEMS (Micro/Nanosystèmes électromécaniques). En particulier, j'ai rejoint en octobre 2000 le groupe Microsystèmes Silicium de l'IEMN sur le sujet des résonateurs micro-électromécaniques et de leurs applications pour le traitement du signal en gamme RF et IF. Cette activité a permis de développer les techniques de caractérisation électrique des dispositifs ainsi que leur modélisation électromécanique. A partir de 2002, j'ai étendu mes activités dans le domaine des MEMS vers les micro-actionneurs et les micro-capteurs, dont les applications concernent les nanotechnologies et la biologie. Je me suis appliqué au développement d'actionneurs électrostatiques pour un fonctionnement en milieu liquide, et au développement de capteurs capacitifs et piézorésistifs aux performances ultimes pour des applications nanométriques. Depuis 2007, l'activité de recherche se concentre sur l'utilisation des résonateurs MEMS en tant que nouvelle génération de sondes de microscopie à force atomique (AFM) à hautes performances. Cette activité est actuellement soutenue par le Conseil Européen de la Recherche (ERC) dans le cadre d'un financement Starting Grant dont je suis le bénéficiaire. En 2009, nous avons démontré le concept des sondes MEMS AFM en obtenant les premières images de microscopie, et en 2010 nous avons obtenu des images d'origamis d'ADN à la cadence rapide d'une image par seconde. Le travail de recherche se focalise maintenant sur le développement des sondes afin d'en améliorer les performances en termes de fréquence de vibration, de résolution en force et de vitesse d'acquisition. Un autre aspect concerne l'utilisation de ces sondes pour l'analyse rapide du comportement dynamique de nanobiosystèmes en milieu liquide. Ces travaux s'inscrivent dans une vision à plus long terme visant à développer des solutions à base de MEMS et de NEMS pour l'instrumentation scientifique et la nanocaractérisation multimodale.

Le but du travail est de montrer la faisabilité du tissage de filament de très faible diamètre (de l'ordre de 10 à 25 -tm) et de matières différentes (cuivre, or, polyester...). Les essais du comportement mécanique (traction, fatigue) du micro filament de cuivre ont montré la possibilité du tissage de ce type du filament à cette échelle. A partir de ces résultats, il est possible d'entrevoir des solutions techniques de tissage pour réaliser des tissus à partir de ces filaments. Ce travail a permis donc de concevoir les différentes parties de la machine de micro tissage : système d'alimentation des fils de chame, système de formation de la foule, système d'insertion du fil de trame, système de mouvement du peigne, système d'appel et de stockage du tissu. Le système de formation de la foule de type Jacquard représente le cœur de la machine à tisser. Il lève un verrou technologique persistant depuis de très nombreuses années. Les résultats prometteurs des micros actionneurs fluidiques ont permis de montrer la faisabilité du micro tissage. Ils ont permis également de valider le procédé de la fabrication d'un bloc des plusieurs actionneurs capable de séparer les filaments de chaîne pour former la foule. Le logiciel de contrôle et de dessin conçu permet à la fois de réaliser des armures et de les compiler en format convenable pour pouvoir les transmettre à la carte de contrôle. Cette dernière permet de contrôler les différentes parties de la machine à tisser.

Les travaux de cette thèse ont porté sur la conception, la réalisation et la caractérisation de matrices de micro-propulseurs à propergol solide intégrés sur silicium. Ces structures sont dédiées la stabilisation de drone miniature et pouvant aussi être utilisées pour la propulsion des Micro/Nano-Satellites. Les travaux se sont effectués dans le cadre d'un projet financé par la Direction Générale pour l'Armement (DGA) en collaboration entre le LAAS-CNRS et la société PROTAC du groupe THALES. Le principe de fonctionnement d'un micropropulseur repose sur l'initiation thermique d'un matériau pyrotechnique de type propergol introduit dans la cavité des micropropulseurs. Une fois soumis à une polarisation de type courant, une résistance micro-usinée sur une membrane diélectrique très fine chauffe le propergol par effet Joule jusqu'à initié de l'auto-combustion. Les gaz générés vont traverser la micro-tuyère et fournir la poussée. Après avoir évalué les besoins en propulsion pour la stabilisation d'un drone miniature en vol, nous avons opté pour la micropropulsion à propergol solide qui présente de nombreux avantages pour l'application visée : c'est une technologie simple, nécessitant peu de puissance de fonctionnement (quelque 100mW) et qui est adaptable facilement au besoin de la mission. Les forces générées sont réglables entre quelques 100µN jusqu'au N en modifiant seulement - pour un type utilisé de propergol - la dimension du col de tuyère. Au cours de ce manuscrit de thèse, nous présenterons tout d'abord les spécifications de la DGA qui ont guidées nos conceptions, nous présenterons ensuite la technologie de fabrication et d'assemblage mis en œuvre au sein de la centrale technologique du LAAS. Et en fin, les résultats de caractérisation qui valident le fonctionnement et la gamme de poussée accessible par cette technologie seront donnés.

Le développement des technologies microsystèmes a permis l'apparition de composants capables de manipuler et d'effectuer des mesures sur des microobjets, en utilisant des techniques variées. Ces travaux présentent une contribution aux outils de manipulation de microobjets, en s'appuyant sur des actionneurs en résine SU8 et des microcanaux gravés dans le silicium.<br />Le premier système proposé est une microsonde en silicium polycristallin et en résine SU8 dotée d'une pointe, dont la fonction est de descendre dans un microcanal et effectuer des mesures électriques sur des microobjets. Après une phase de conception, un compterendu de la fabrication et des tests sont proposés.<br />Cette première étape permet de poursuivre sur un système d'extraction de microobjets d'un milieu liquide vers un milieu sec. Celuici comporte un système de convoyage diélectrophorétique et un actionneur en résine SU8 et or. La conception, la fabrication, et les tests ont permis finalement de démontrer le potentiel en terme d'automatisation d'un tel microsystème.

This thesis conducts numerical and experimental studies of the nonlinear electrokinetic motion of heterogeneous particles in microfluidic systems and their corresponding applications in laboratory-on-a-chip (LOC) systems. Induced-charge electrokinetic (ICEK) phenomena flow is generated by applying an external electric field to a conducting particle immersed in an aqueous solution. As a result of this field, micro-vortices form around the conducting particle. Using this phenomenon, many shortcomings of classical electrokinetics (e.g. poor mixing, leakage, back flow problem) can be improved. This thesis proposes and investigates a complete 3-D numerical multi-physics method to calculate the induced zeta potential on the conducting surface of a heterogeneous object. To model the ICEK motion of a heterogeneous particle in a DC electric field, the moving grid technique is used to conduct the particle-fluid simulation. It was numerically shown that the vortices form near the conducting surface of a particle. Both transitional and rotational motions of heterogeneous particles are investigated. A set of novel experiments are designed and conducted to investigate several aspecs of ICEK. It is demonstrated for the first time that four vortices form around a conducting sphere in contact with an aqueous solution while the DC electric field is applied. The motions of heterogeneous particles are experimentally studied. The speed of a heterogeneous particle is compared with the same size non-conducting particle under the same experimental conditions and it is shown that the heterogeneous particle moves significantly faster than the non-conducting particle. It is also shown that the micro-vortices on the conducting section of the heterogeneous particle act like an engine and push the particle to move faster. These experiments verify the results of our simulation studies. We introduce three applications for induced-charge electrokinetic phenomena in ths thesis: ICEK micro-valve, ICEK micro-mixer, and ICEK micro-motor, which can be used in microfluidics and lab-on-a-chip devises. This ICEK micro-valve significantly improves many shortcomings of other micro-valves reported in the literature (such as leakage, considerable dead volume and complicated fabrication processes). Our ICEK micro-mixers take the advantages of induced micro-vortices and boost the mixing process in a micro-channel. As a result well mixed homogeneous (100%) mixture could be obtained at the downstream of the mixer. Our proposed no-contact ICEK micro-motor rotates as long as the DC electric field is being applied. This thesis develops a new understanding of several ICEK phenomena and applications related to heterogeneous particles. The 3D numerical model developed in this thesis along with the experimental studies are capable of describing the ICEK motion of a heterogeneous particle and is a considerable step to calculate the ICEK phenomena for real-world applications. This thesis, for the first time, experimentally visualized and verified the induced micro-vortices around conducting particles under applied DC electric field. The proposed ICEK micro-mixers, valve and motor can be used in various LOC devices and applications.

International entrepreneurship (IE) is “a combination of innovative, proactive and risk-seeking behaviour that crosses national borders and is intended to create value in organizations”. The IE literature has been concerned with entrepreneurial behaviour in multiple countries and cross-border studies of entrepreneurship and international activities of small and medium-sized enterprises (SME). Due to the potential for SMEs to serve as significant sources of export, considerable research has been conducted regarding their internationalization. However, despite attempts to integrate concrete frameworks of international entrepreneurship, some primary issues have not been adequately addressed and IE researchers are faced with challenges including insufficient micro-data for advancing quality research. The main objective of this thesis is to study and explore the limitations on researchers to access governmental data regarding small firms operating internationally and use it for scientific purposes. Despite company data being compiled and publicly available in some countries, such as Germany, other countries, including Canada, have not made any such efforts in a coherent way. There is a significant disconnect in the Canadian context between internationalization and firms’ data. This shortcoming may stem from various sources, including the legal framework in Canada for accessing data and a lack of sufficient financial support and expertise to gather and integrate such data. Furthermore, the type of data available to the research community through statistical institutions were identified and analyzed, as were access methods. With the increasing interest of researchers in accessing data gathered by the government, the formation of anonymized records or anonymized micro-datasets has acquired great importance. Therefore, the primary approach is to explore the extent to which data regarding firms’ characteristics and internationalization activities are currently available to the research community, as well as to ensure the confidentiality of official statistics, most notably in the Canadian context. The research resulted in the confirmation of data availability in Canada through government and statistical organizations. The latter bodies can provide researchers and research organizations access to some data but limitations arise in providing micro-datasets to researchers due to confidentiality issues; these constraints were identified and further analyzed. Moreover, this research has studied methods to overcome these limitations and assess the shortcomings in micro-data in order to advance quality research. Methods and recommendations were introduced and studied to allow researchers access to essential data and information while maintaining confidentiality.

Le lancement d'une fusée fait appel à de nombreux équipements pyrotechniques chargés de réaliser des fonctions clés comme l'allumage des moteurs, la séparation et la neutralisation des étages, la découpe de la coiffe et la libération de la charge utile, et enfin, l'autodestruction du lanceur en cas de problème. Traditionnellement, les systèmes pyrotechniques utilisés sont basés sur des ordres détoniques transmis et distribués grâce à des lignes et des relais pyrotechniques intégrant donc des explosifs. Ces chaines et systèmes pyrotechniques basés sur des ordres détoniques sont certes robustes et fiables mais présentent l'inconvénient d'être lourds, volumineux, délicats et couteux dans leur mise en œuvre en raison du caractère dangereux inhérent à tout explosif et système les intégrant. Dans ce contexte, Dassault-Aviation, le CNES et le LAAS ont proposé une nouvelle solution technologique de systèmes pyrotechniques basée sur des ordres non plus détoniques mais électriques et codées intégrant des micro systèmes de mise à feu pyrotechniques codés sécurisés et intelligents. Ces derniers, appelé dans le projet µIFI pour Micro Initiateurs à Fonctions Intégrés intègrent dans quelques cm3, outre une adresse numérique permettant de les identifier pour communiquer, un micro initiateur électro-pyrotechnique, des sécurités électriques, une barrière de sécurité mécanique déplaçable par un micromoteur, un stockage local d'énergie et une électronique numérique. Ce travail de thèse a consisté à concevoir, réaliser et caractériser un Micro Initiateur à Fonction Intégré. Après avoir évalué les différentes technologies existantes, nous avons conçu puis fabriqué les différents éléments constitutifs du µIFI permettant de répondre au cahier des charges du spatial. Après fabrication, chacun de ces éléments ont été caractérisés pour valider leur fonctionnalité et leur conformité au cahier des charges. Un important travail s'est porté essentiellement sur deux points. Le premier concerne la conception et la mise en œuvre d'une technologie MEMS innovante pour réaliser une puce d'initiation optimisée à base de nanothermite Al/CuO déposée sur une plateforme en SU-8 qui a permis d'atteindre des performances d'initiation electro-pyrotechnique jusqu'ici jamais atteinte. Le deuxième point concerne le travail important et délicat d'interfaçage mécanique et électrique des différents éléments constitutifs du µIFI : les puces d'initiation MEMS, un micromoteur brushless permettant de sécuriser mécaniquement l'initiateur dans un volume de moins de 0,5mm3, une électronique numérique, une capacité de stockage de l'énergie et les connectiques associées. Ce fut un défi technologique important de par la complexité du système à intégrer dans moins de 3 cm3 et assurant un fonctionnement avec une fiabilité exemplaire. Ce travail de thèse a permis des avancées technologiques certaine et constitue la première étape d'un processus d'innovation très important dans le domaine de la pyrotechnie spatiale.

La micro-robotique est une extension de la robotique à l'échelle micrométrique, c'est-à-dire autour de la résolution de l'÷uil humain soit environ 100 m. Sa naissance remonte aux années 90 à la suite de l'émergence des MEMS et MOEMS, une dizaine d'années plus tôt. Elle développe des solutions pour les applications de caractérisation de structures et de leur assemblage en produits composés, ou pour les applications de chirurgie minimalement invasive. Nos travaux sont dans le prolongement de la micro-robotique. Ils portent sur la micro vision robotique, une thématique mariant judicieusement la micro-robotique et la micro-vision, c'est-à-dire la vision arti cielle à l'échelle micro-métrique. Nous avons identi é et élucidé trois problématiques : l'imagerie avec les problèmes de modélisation et d'étalonnage, la synthèse d'images virtuelles avec les problèmes de calcul de microscopes virtuels exploitables, et l'asservissement visuel avec les problèmes de suivi robuste et précis d'informations dans les ux d'images, et les problèmes de calcul de lois de commande robustes et précises. Les développements ont été validés sur des applications d'instrumentation scienti que et industrielle : manipulation de micro-structures en vue de leur caractérisation ou de leur assemblage en structures 3D évoluées. Ces travaux vont se poursuivre sur une application de chirurgie minimalement invasive : pilotage de la position d'un spot laser en vue d'intervention sur les tissus du larynx. Puis ils vont s'étendre aux échelles inférieures, c'est-à-dire entre 10 m et 10 nm : la micro-nano et la nano visions robotiques. Les problématiques démeurent inchangées mais de nouveaux développements sont nécessaires pour prende en compte les propriétés spéci ques des imageries (microscopes électroniques) et des robots. Les applications ciblées par ces nouvelles thématiques sont la fabrication, la caractérisation et l'assemblage des micro-nano structures pour les systèmes opto-électroniques ou acousto-optiques.