L'agence spatiale européenne et le CNES étudient la possibilité d’envoyer des microsystèmes dans l’espace, en particulier pour le gain de masse qu’ils représentent. Afin d’améliorer la fiabilité des composants en couches minces dans le temps et leurs performances, il est nécessaire de connaitre leurs propriétés mécaniques. Plusieurs techniques de caractérisation existent, en particulier la nanoindentation qui sollicite les couches minces directement sur substrat. Mais les résultats peuvent être largement influencés par le substrat dans le cas des couches microniques. Les méthodes de traction uniaxiale (CNES) et du gonflement de membranes autoportantes (INL) permettent de s’affranchir des effets du substrat, mais la fabrication de telles structures est complexe et nécessite bon nombre d’étapes technologiques pour retirer le substrat en face arrière. L’objectif de cette thèse est de comprendre le lien qui existe entre les paramètres de fabrication de couches minces métalliques d'or et d'aluminium, leur microstructure, et leurs propriétés mécaniques à l’aide des outils présentés précédemment. Une perspective étant de mieux agir sur les procédés de fabrication afin d’améliorer la fiabilité des composants. Le premier chapitre présente les différentes techniques de dépôt, leur thermodynamique et cinétique, les types de microstructures rapportées dans la littérature, ainsi que la réalisation des structures de test. Le deuxième présente les caractérisations microstructurales, et la corrélation entre les paramètres de dépôt et les propriétés microstructurales est discutée. Le chapitre trois présente les caractérisations mécaniques des couches minces, sur substrat ou autoportantes, par les méthodes de nanoindentation en pointe Berkovich et sphérique, de microtraction et du gonflement de membrane. Le dernier chapitre est consacré aux relations entre les propriétés microstructurales et mécaniques des couches minces métalliques et à l'influence des traitements thermiques. / The European Space Agency and CNES are studying the possibility of sending microsystems in space, especially for the mass gain they represent. To improve the reliability of components, it is necessary to know their mechanical properties. Several characterization techniques exist, especially nanoindentation of thin films on substrates. However, results can be largely influenced by the substrate in the case of micron layers. The methods of uniaxial tension (CNES) and bulge-test (INL) on freestanding specimen are used to eliminate the effects of the substrate, but the fabrication of such structures is complex and requires many technological steps to remove the substrate on the backside. The objective of this thesis is to understand the relationship between manufacturing parameters of thin metal films of gold and aluminum thin films, their microstructure and mechanical properties using the tools described above. The first chapter presents different deposition techniques, their thermodynamics and kinetics, types of microstructures reported in the literature, and the fabrication of test structures. The second presents the microstructural characterization, and correlation between deposition parameters and the microstructural properties is discussed. Chapter three presents the mechanical characterization of thin films on substrate or freestanding ones, by the methods of nanoindentation with Berkovich and spherical tips, microtensile test and bulge test. The last chapter is devoted to relations between microstructural and mechanical properties of thin metal films and the influence of heat treatments.

Un des obstacles majeurs pour démarrer une activité dans le domaine des microsystèmes est le fait que des technologies particulières et donc coûteuses sont nécessairement requises. D'autre part, alors que les outils de CAO pour la microélectronique ont acquis un degré de maturité élevé, où toutes les séquences de fabrication sont simulées et le fonctionnement d'un composant ou systèmes peut être complètement prévu, l'art de la modélisation et de la conception des microsystèmes ne fait que débuter. Le développement de la Microélectronique vers la fin des années 70 a été rendu possible par l'utilisation d'outils CAO et par la mise à disposition de fonderies. Sans apports comparables, les Microsystèmes resteraient des curiosités de laboratoire, des prouesses techniques de chercheurs, mais ne deviendraient pas des produits industriels. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'assurer un accès à la technologie des microsystèmes en adaptant des lignes de production industrielles pour la microélectronique, de développer un environnement de conception et de simulation basé sur des outils existants étendus et de définir une architecture générique de microsystèmes

Il y a à l'heure actuelle un grand besoin d'antennes reconfigurables dans la bande des 60 GHz pour des applications de télédétection et de télécommunications sans fil très hauts débits. Les solutions traditionnelles de reconfiguration sont basées sur des semiconducteurs ou des composants RF-MEMS, qui connaissent un coût, une complexité et des pertes croissantes en bande millimétrique. Dans cette thèse, une approche originale a été développée : elle est basée sur la reconfiguration mécanique d'antennes et dispositifs millimétriques microrubans sur substrat élastomère ultrasouple PDMS grâce à des actionneurs MEMS grands déplacements. Premièrement, les choix de conception, la technique de simulation éléments finis (HFSS), et surtout la microfabrication d'antennes sur membrane PDMS ainsi que les techniques de mesure en impédance et rayonnement sont abordés.Deux axes ont ensuite été étudiés : les antennes accordables en fréquence, et les antennes et composants pour le balayage angulaire (déphaseurs et antennes à balayage mécanique de type scanner). Des procédés technologiques innovants ont été développés (reports de métallisations épaisses biocompatibles et d'aimants permanents en couches minces sur membrane PDMS) et différentes techniques d'actionnement (pneumatique, magnétique, par électromouillage) ont été mises en œuvre. Les performances en terme d'accord en fréquence (8,2 %) et de balayage angulaire (-90/+100°) dépassent l'état de l'art des antennes du même type en bande millimétrique, et ceci en utilisant une technologie peu complexe, ultra bas-coût et prometteuse pour la montée en fréquence.

Les aptamères sont de courts oligonucléotides sélectionnés par le procédé SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment), présentant une affinité et une spécificité élevée pour leur cible. Ce travail porte sur la caractérisation physico-chimique d'aptamères et l'étude de leur affinité avec leur cible, par électrophorèse capillaire, à travers l'exemple d'un aptamère dirigé contre une cible protéique fortement basique, le lysozyme. Après évaluation de différents traitements de surface du capillaire, la modification permanente par l'hydroxypropylcellulose a été retenue afin de limiter l'adsorption protéique tout en restant compatible avec l'analyse de l'aptamère. Le comportement électrophorétique de l'aptamère en présence de différents cations en solution a ensuite été étudié par électrophorèse capillaire d'affinité (ACE), mettant en évidence dans le cas d'un dication une interaction significative pouvant induire un changement de conformation de l'aptamère, et donc susceptible d'influer sur l'interaction avec la cible. Le développement d'une méthode d'analyse frontale électrocinétique en microsystème (FACMCE) avec détection de fluorescence a permis de déterminer les paramètres de l'interaction aptamère-lysozyme, ainsi que l'influence des conditions expérimentales sur l'affinité. Enfin, des nanoparticules magnétiques fluorescentes cœur/coquille ont été fonctionnalisées par l'aptamère puis caractérisées par électrophorèse capillaire de zone (CZE). L'étude par FACMCE de l'interaction entre l'aptamère greffé et le lysozyme a montré une affinité similaire à celle de l'aptamère libre, permettant ainsi d'envisager l'utilisation future de ces objets comme outils de bio-reconnaissance moléculaire.

De nombreux travaux de recherche actuels s'intéressent aux réseaux de capteurs sans fil (RCSF) et à leurs différentes problématiques. L'une d'entre elles est la gestion des données présentes au sein du RCSF. Généralement, les deux grands types de données manipulées sont soit celles collectées à l'aide d'un dispositif de mesure, soit celles gérées par le système d'exploitation. L'objectif de cette thèse est de proposer des solutions à cette problématique. Un microsystème de fichier a ainsi été conçu en prenant comme support un noyau temps réel au fonctionnement hybride à la fois multitâche et basé sur les événements. Ce noyau utilise un concept permettant d'offrir un niveau d'abstraction pour la gestion des processus ou des événements. Ce concept a été repris, au niveau du microsystème de fichiers, dans le cadre de l'accès aux données. L'autre caractéristique principale de ce microsystème de fichiers, par rapport aux systèmes existants, est de réunir, au sein d'un même système, des fonctionnalités de gestion de mémoire et d'interrogation de données. Ces deux éléments, que sont le microsystème de fichiers et le noyau temps réel, associés à un capteur sans fil multi-composant constituent une plateforme adaptative permettant la mise en place d'applications d'acquisition de données environnementales.

Ce mémoire présente la conception, la réalisation et la caractérisation d'un micro-haut-parleur en silicium destiné à des applications électroniques portables, telles que les tablettes et les téléphones cellulaires. L'objectif est d'évaluer le potentiel des microtechnologies pour améliorer la qualité sonore et le rendement électroacoustique, qui sont deux points faibles majeurs des micro-haut-parleurs actuels.En analysant les paramètres dont dépendent le rendement et la qualité sonore, nous montrons que le silicium monocristallin présente des propriétés particulièrement intéressantes pour réaliser la surface émissive et la suspension du transducteur. Une microstructure de la partie mobile est proposée pour satisfaire la double exigence d'une surface émissive très rigide, nécessaire à la qualité sonore, et d'une masse très faible, permettant d'augmenter le rendement. Les aimants et la bobine, qui constituent le moteur électrodynamique, sont également optimisés en utilisant conjointement des modèles analytiques et à éléments finis. La microfabrication du transducteur MEMS est étudiée, étape par étape. Elle repose sur l'utilisation d'un substrat SOI (silicium sur isolant), qui sert de base à la structuration des différents composants, et sur lequel sont rapportés des aimants massifs. La caractérisation électroacoustique des échantillons réalisés montre une très bonne qualité de reproduction sonore. Un niveau sonore de 80 dB à 10 cm est obtenu pour une puissance électrique de 0,5 W, ce qui place le rendement au niveau des micro-haut-parleurs du marché. Ces travaux montrent en outre que les technologies MEMS offrent des possibilités d'augmenter très largement le rendement.

Les champignons sont des biocontaminants courants des environnements intérieurs. De nombreuses études ont démontré leur rôle dans la dégradation des supports que ces microorganismes colonisent tels que les matériaux de construction, les ouvrages ou les œuvres d'art. De plus, ces biocontaminants sont susceptibles d'induire des allergies, des infections, des toxi-infections ou encore des irritations. Depuis 2005, une technique de détection de la croissance fongique, basée sur la recherche de traceurs chimiques spécifiques dans l'air, et un indice de contamination fongique (ICF), ont été développés et validés au cours de différentes campagnes de mesures dans l'habitat, les bureaux, les écoles, les crèches... L'objectivation d'une croissance fongique dans un environnement s'appuie sur des prélèvements par adsorption, une analyse chromatographique au laboratoire (GC/MS) et le calcul de l'ICF. Dans le cadre de la surveillance de la qualité microbiologique de l'air des environnements intérieurs, cette thèse a pour ambition de prolonger ces travaux en développant notamment un système de microcapteurs chimiques adapté à la mesure in situ. Cette recherche repose à la fois sur la méthode de détection fongique développée au CSTB et sur l'expertise scientifique et technique de l'ESIEE en matière de miniaturisation d'instruments de mesure, grâce à l'apport des microtechnologies. Le premier axe de cette étude a consisté à identifier expérimentalement les COV du métabolisme fongique spécifiques d'un développement sur des matériaux du patrimoine. Ces molécules ont permis de consolider l'ICF et de définir deux indices spécifiques à la problématique des sites patrimoniaux, validés dans des châteaux, musées, bibliothèques, grottes ornées... Le second axe porte, d'une part, sur la conception la réalisation et la caractérisation des briques élémentaires du microsystème d'analyse, à savoir un module de préconcentration (adsorption TENAX), un module de séparation (microGC) et un module de détection (capteurs polymères) et d'autre part sur les intégrations et pilotage de ces briques

La transduction électrostatique est utilisée depuis plusieurs décennies dans les fréquences du domaine audible, principalement sous la forme de microphones membranaires. La transposition du même principe de transduction, mais dans un domaine de fréquence au-dessus du MHz, et par l’utilisation de dispositifs micro-usinés, c'est-à-dire produits à l’aide de technologies de photolithographie, a été proposée à partir de la fin des années 1990. Ces transducteurs, désignés sous l’acronyme cMUT (capacitive micromachine ultrasonic transducers), se composent d’un assemblage de transducteurs élémentaires, chacun possédant une partie mobile conventionnellement appelée diaphragme ou membrane, actionnée par la pression électrostatique. Cette thèse s’inscrit dans le développement de transducteurs de ce type destinés au domaine de l’imagerie médicale ultrasonore. Ce secteur d’application utilise actuellement des transducteurs basés sur des céramiques (ou, dans certains cas précis, des polymères) piézoélectriques. Le cMUT est intéressant dans certains sous-domaines d’application des ultrasons médicaux en raison de sa bonne adaptation à une production en grande série, de son intégration plus facile avec des éléments électroniques, de son faible échauffement et de l’absence de matériaux toxiques dans son processus de fabrication. La partie théorique de cette thèse repose sur une approche de modélisation par différences finies. Un modèle basé sur la théorie des plaques minces est développé pour prendre en compte la mécanique du transducteur élémentaire cMUT (c'est-à-dire d’un seul diaphragme). Ce modèle est ensuite complété par l’intégration de l’effet d’un chargement acoustique par un fluide. De façon à modéliser un transducteur entier, il est nécessaire de prendre en compte le couplage acoustique existant entre les différentes membranes. Pour rendre cela possible, un circuit équivalent, permettant de réduire chaque membrane à un système à un seul degré de liberté, est développé. Il est validé en le comparant au modèle de différences finies dans des cas où celui-ci peut être utilisé. Les travaux expérimentaux ont fait appel principalement aux deux techniques de caractérisation suivantes : les mesures d’impédance électrique, et les mesures de déplacement effectuées par interférométrie laser. Ces mesures ont été utilisées dans une double optique. D’une part, dans un objectif de caractérisation, ils ont permis de vérifier la fonctionnalité des dispositifs fabriqués et d’évaluer leurs performances. D’autre part, en comparant différentes configurations entre elles, ils ont rendu possible une validation expérimentale du modèle qui a été mis au point. / Electro-acoustic transduction based on electrostatic force has a long history in the range of audible frequencies, mainly as membrane-based microphones. Starting in the late 1990’s, it has been proposed to use the same principle in the multi-MHz frequency domain, thanks to micro-machined devices – meaning they’re produced through lithography technology. Such transducers, known as cMUT for capacitive micromachine ultrasonic transducers, are made of an assembly of elementary vertically mobile cells, usually designated as membranes, driven by electrostatic force. This PhD work is part of the development of this kind of transducers designed for medical imaging applications. This area currently uses transducers based on piezoelectric ceramics (or piezoelectric polymers for some peculiar cases). CMUT is an interesting alternative for some subdomains of medical ultrasound applications, due to its volume production ability, its easier integration with electronic elements, its low heat dissipation and the absence of toxic materials.

Les champignons sont des biocontaminants courants des environnements intérieurs. De nombreuses études ont démontré leur rôle dans la dégradation des supports que ces microorganismes colonisent tels que les matériaux de construction, les ouvrages ou les œuvres d'art. De plus, ces biocontaminants sont susceptibles d'induire des allergies, des infections, des toxi-infections ou encore des irritations. Depuis 2005, une technique de détection de la croissance fongique, basée sur la recherche de traceurs chimiques spécifiques dans l'air, et un indice de contamination fongique (ICF), ont été développés et validés au cours de différentes campagnes de mesures dans l'habitat, les bureaux, les écoles, les crèches… L'objectivation d'une croissance fongique dans un environnement s'appuie sur des prélèvements par adsorption, une analyse chromatographique au laboratoire (GC/MS) et le calcul de l'ICF. Dans le cadre de la surveillance de la qualité microbiologique de l'air des environnements intérieurs, cette thèse a pour ambition de prolonger ces travaux en développant notamment un système de microcapteurs chimiques adapté à la mesure in situ. Cette recherche repose à la fois sur la méthode de détection fongique développée au CSTB et sur l'expertise scientifique et technique de l'ESIEE en matière de miniaturisation d'instruments de mesure, grâce à l'apport des microtechnologies. Le premier axe de cette étude a consisté à identifier expérimentalement les COV du métabolisme fongique spécifiques d'un développement sur des matériaux du patrimoine. Ces molécules ont permis de consolider l'ICF et de définir deux indices spécifiques à la problématique des sites patrimoniaux, validés dans des châteaux, musées, bibliothèques, grottes ornées… Le second axe porte, d'une part, sur la conception la réalisation et la caractérisation des briques élémentaires du microsystème d'analyse, à savoir un module de préconcentration (adsorption TENAX), un module de séparation (microGC) et un module de détection (capteurs polymères) et d'autre part sur les intégrations et pilotage de ces briques / Fungi are common microbial contaminants of indoor environments. Many studies have demonstrated their role in the partial or total degradation of materials they colonize such as building materials, or works of art. Moreover, those microbial contaminants are likely to lead to allergies, infections, poisoning or irritation. Since 2005, a new technique based on researching specific chemical tracers in the air, was developed and validated during different measurement campaigns. This approach is now applied to various indoor environments (houses, offices, schools, child care centers…) and allows the detection of recent and/or hidden contamination. The purpose of this work is to study and characterize a rapid and continuous air analysing microsystem for detection of fungal contamination in closed spaces. This study falls within the field of monitoring air microbiological quality in indoor environments. In addition to the time saved by the absence of any laboratory analysis, this system must provide a permanent monitoring of environments frequented by people, such as museums, schools, hospitals... This research is based both on the fungal detection method developed by CSTB and on scientific and technical expertise of ESIEE : specialised in design and manufacturing of miniaturized analysis systems obtained using microtechnology. The first step of this study was to define the compounds' nature to be detected for different cases of contamination along with the sampling strategy for the system. The second step focuses on the microstructures design and fabrication to be used in microanalytical system based on gas chromatography and the development of a miniaturised analysis system. So the first part of the study consisted in defining specific fungal contamination tracers for heritage conservation sites. This list allowed to reinforce a fungal contamination index for indoor environments and to define two specific indexes designed for heritage conservation sites. The validation of these different indexes allowed checking their compliance with those types of environments (castles, museums, libraries, decorated caves...) by detecting all cases of contamination, along with the control remediation of former contaminated environments. The second part of the study enabled the design and validation of three main modules constitutive of the microanalytical system based on gas chromatography. A miniaturised analysis system based on three modules has been developed

Pour fabriquer des produits de petites tailles, appelés micro-produits, l'utilisation de systèmes de production de dimensions habituelles conduit à des problèmes difficile à surmonter : coûts d'investissement et de fonctionnement des outils de production et problèmes techniques à cause des éffets d'echelle. Il en résulte une situation non concurrentielle même pour des systèmes automatisés.<br />La solution d'avenir consiste à disposer de systèmes de production dont les dimensions et les coûts sont en rapport avec les produits concernés : c'est le concept de micro-usine (microfactory).<br />L'objectif de cette thèse porte sur la conception et la commande d'une station de micromanipulation dédiée à une micro-usine. Afin d'assurer une flexibilité maximale à la micro-usine, nous proposons d'aborder la problématique de sa conception en développant à son maximum le concept de modularité. Il semble être une clé pour intégrer les spécificités d'un microsystème de production. Cette modularité doit se trouver au niveau de la commande, autant pour les tâches à réaliser que pour le pilotage de la station de micromanipulation.