L'étude au cours de cette thèse a permis d'aborder en partie les défis des communications BANs à 60 GHz. Cette fréquence présente des intérêts pour les applications BANs, principalement la réduction des interférences, la miniaturisation poussée des antennes, la large bande disponible permettant d'utiliser une technique de communication à faible consommation d'énergie. Pourtant, la forte atténuation à cette fréquence et l'influence du corps, rendent l'établissement d'une liaison BAN fiable et efficace en termes d'énergie à 60 GHz un vrai défi. Pour une analyse détaillée de canal de communication à cette fréquence, une antenne planaire a été conçue et utilisée pour des mesures sur le corps. Les mesures on-body montrent que les liaisons courtes et en conditions LOS (Line Of Sight) sont possibles à 60 GHz, les autres liaisons nécessitent le routage en multi-saut. Pour les scénarios off-body considérés, la faisabilité de l'utilisation des BANs à 60 GHz pour des systèmes de faible consommation d'énergie a été démontrée. En comparaison avec une fréquence dans la bande UWB (4 GHz), la probabilité d'interruption de communication à 60 GHz est toujours inférieure (8%) à celle à 4 GHz (15%), en respectant les standards de puissance pour les deux fréquences. Sur le plan analytique, pour franchir les difficultés de séparation antenne-canal sur le corps (ou " de-embedding "), plutôt que de considérer le gain d'antenne, une approche théorique basée sur la méthode des images complexes est présentée pour comparer deux antennes canoniques sur le corps en termes d'efficacité et de bilan de liaison. / The 60 GHz-band is interesting for BAN applications mainly for less interference than at microwave frequencies, further antenna miniaturization, wide available band adapted to low energy consumption communication. Nevertheless, the high attenuation at this frequency and the body influence on the propagation enhance the link budget. The design of a reliable and effective communications between nodes on body or for off-body links at 60 GHz is a real challenge. It requires a detailed analysis of the communication channel. For that, a planar antenna was designed and used for channel measurements on body. The on-body measurements show that short-distance and LOS (Line Of Sight) links are possible. The other links with high attenuation could be recovered by applying multi-hop routing techniques. In addition, the dynamics of the body is taken into account by statistical channel measurement on-body at 60 GHz and off-body at two frequencies, 60 GHz and 4 GHz. For the considered off-body scenarios, by taking into account transmission power standards and receiver sensitivity, regarding low power consumption receivers in the literature, the outage probability at 60 GHz is always lower than 8 % whereas that at 4 GHz is lower than 15 %. In the channel consideration, difficulties arise to separate the antenna from the channel (de-embedding) because of the strong influence of the body presence on antenna parameters. A theoretical approach based on the complex images method has been presented to compare two canonical antennas on the body in terms of efficiency and link budget. This result is useful to estimate the energy consumption and to choose antennas for BANs.

La proximité (= 300 pc du Soleil) et son intense activité de formation d'étoiles, font du complexe de Persée une région unique pour l'étude détaillée des interactions entre les nuages gazeux et les étoiles jeunes. Nous avons étudié au moyen de comptages d'étoiles et ,d'observation de molécules (CO,13 CO ,C18 0, HCO+, H13CO+, NH 3 , HC 3 N) la quasi-totalité du complexe. Dans le nuage moléculaire, nous distinguons 10 condensations (AV ~ 2- 3 mag), de quelques centaines de masses solaires chacune, où se trouvent des coeurs denses (nH2 = 1- 4 10 4 cm- 3 ). Le pourcentage de la masse dans ces coeurs est 2- 5 % de la masse totale. L'émission de 13 CO (J=1-0) est très bien correlée à l'extinction visuelle (dans l'intervalle 1 <= AV <=5 mag ). Cet isotope apparaît comme le traceur privilégié des nuages étendus. Nous mettons en évidence un fort accroissement de la température du gaz au bord nord - est du nuage. Ce chauffage est vraisemblablement dû au champ ultraviolet intense des étoiles 0 et B du voisinage. Le changement systématique de vitesse observé dans le nuage de Persée est expliqué par un mouvement d'expansion. Cet hypothèse s'accorde bien à la distribution à plus grande échelle observée en HI. L'explosion d'une supernova, il y a quelques millions d'années, pourraît être à l'origine de l'expansion.

Nous proposons dans cette thèse de nouvelles structures à faibles pertes en vue de leur utilisation dans les bandes millimétriques. L'hypothèse forte sur laquelle es t construite notre étude est que la présence du silicium permet d'envisager une intégration plus facile des circuits. Pour ce faire nous avons étudié les caractéristiques électriques des lignes inversées silicium-verre à 60 GHz ainsi que la ligne de Goubau sur silicium aux mêmes fréquences. Nous nous sommes focalisés sur l'étude des pertes des lignes. Les simulations présentées jusqu'à 60 GHz ont montré que les qualités de la technologie verre-silicium sont bonnes en termes de paramètres hyperfréquences. Nous proposons donc d'utiliser plutôt le verre pour la partie passive et le silicium pour la partie active. Nous montrons ainsi que cette technologie admet la réalisation des fonctions diverses et qu'elle est susceptible de permettre l'obtention de systèmes intégrés / We propose in this thesis several new structures with low loss for use in millimeter bands. The strong supposition with which is built our study is : the presence of silicon can be considered easier integration of circuits. That the reason why we have been studied the electrical characteristics of glass-silicon lines inverted at 60 GHz and the Goubau line on silicon with the same frequencies. We focus our attention on these studies of losses in lines. The simulations up to 60 GHz showed the qualities of the glass-silicon technology are good in terms of microwave parameters. So we propose to use glass for the passive and silicon for the active part. And we show that this technology allows the realization of various functions and is likely to allow the acquisition of integrated systems

L’évolution actuelle de la société vers un monde de plus en plus numérique et connecté nécessite des liens de communication à la fois haut-débit et bas coûts. A cette fin, les guides d’ondes en plastique proposés ces dernières années visant les bandes de fréquences millimétriques (mm) offrent un compromis performance / coût très attractif.Profitant ainsi de larges bande-passantes de l’ordre de plusieurs gigahertz (GHz), des performances des technologies CMOS avancées aux fréquences mm mais également de tolérances d’assemblage relâchées, des systèmes de communication avec de tels guides d’ondes en plastique pourraient offrir des débits de plusieurs gigabits par seconde (Gb/s) sur des distances de plusieurs mètres de manière abordable.Dans ce travail, la conception d’un guide d’ondes en plastique est tout d’abord présentée en se basant à la fois sur des résultats théoriques et de simulation électromagnétique. Bien que les promesses de faible atténuation aient effectivement été confirmées, certaines limitations du confinement et de la robustesse aux contacts extérieurs sont également apparues. L’ajout d’une mousse protectrice est brièvement investiguée, mais une géométrie innovante de guide présentant des caractéristiques améliorées est principalement détaillée.Des thématiques « systèmes » sont ensuite explorées afin de construire un système de communication utilisant ce nouveau canal de propagation. Une architecture combinant la modulation de phase en quadrature (QPSK) et le multiplexage en fréquence est ainsi introduite. L’interface entre le circuit et le guide d’ondes a par ailleurs été identifiée comme une limitation potentielle à la bande-passante globale du système. Par conséquent, une transition très large-bande a été conçue et testée pour lever ce verrou. De même, en raison des inconvénients des techniques usuelles de démodulation de signaux mm QPSK, une topologie originale utilisant les non-linéarités des oscillateurs à injection a été développée.Enfin, la conception d’un émetteur mm en technologie silicium avancée (CMOS 28 nmFD-SOI) est décrite. Les contributions majeures incluent l’introduction de coupleurs hybrides intégrés à haute-performance ainsi que la réalisation d’un circuit de synchronisation. Celui-ci présente une large plage de capture et permet un fonctionnement à faible bruit de phase lorsque le système est verrouillé sur la cinquième harmonique du signal de référence. Des mesures sur signaux modulés ont également permis de mettre en évidence la capacité de l’émetteur à transmettre des débits très élevés de plusieurs Gb/s. / In a world willfully transitioning to the Digital Age, the thirst for connectivity demands high-speed communication links at low cost. In this context, affordable plastic waveguides have been proposed as a disruptive propagation channel in the millimeter-wave (mmW) range. Benefiting from multi gigahertz (GHz) bandwidths and mmW capabilities of advanced CMOS technologies as well as relaxed assembly tolerances requirements, cost-effective communication systems based on plastic waveguides could offer multi gigabits per second (Gb/s) data rates over several meters distances.In this work, the design of plastic waveguide channels is first discussed using both a theoretical approach and Electromagnetic (EM) simulations. Although low attenuation promises have been confirmed, some limitations are also highlighted, especially as regards confinement ability and robustness to external contacts. Solutions involving foam coating are briefly investigated and an innovative plastic waveguide design demonstrating improved characteristics is introduced.System-level topics are then explored in order to build a communication system using the previously presented channel. A new architecture, which combines Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) and frequency multiplexing, is found to be much more suitable. The transition from the circuit to the plastic waveguide has also been identified as a potential bandwidth bottleneck. Consequently, a wideband microstrip to WR-12 transition has been designed. Another limitation concerning the demodulation of QPSK mmW signals is investigated and an original topology using the non-linearities of Injection Locked Oscillators (ILO) has been developed.Finally, the design of a mmW transmitter in an advanced silicon technology node (CMOS 28 nm FD-SOI) is described. Major contributions include the introduction of high-performance integrated hybrid couplers and the realization of a wide locking range synchronization circuit enabling low phase-noise operation when locked on the fifth harmonic of a reference signal. Measurements on modulated signals have validated the transmitter high data-rate capability of several Gb/s.

Les radars millimétriques en bande W (75-110 GHz) sont en plein essor, grâce notamment aux progrès des circuits intégrés, permettant de réaliser des systèmes compacts à bas coût et haute résolution due à la courte longueur d’onde. Dans un premier temps, ces systèmes ont été utilisés à des fins de détection et de localisation, avec à terme, pour objectif l’identification. Ainsi, des systèmes d’imagerie radar ont été développés, notamment grâce à l’imagerie qualitative, basée par exemple sur l’imagerie radar par synthèse d’ouverture (SAR). Cependant, afin de reconstruire les propriétés électromagnétiques des objets pour une identification complète, il est nécessaire de développer des algorithmes de reconstruction quantitatifs. Le travail présenté dans ce manuscrit est de poser les bases d’un système d’imagerie qualitative et quantitative en gamme millimétrique pour la détection et l’identification des objets sur les pistes d’aéroport par tomographie, tenant compte de la polarisation de l’onde incidente. Au cours de cette thèse, un outil de simulation permettant de la résolution des problèmes direct et inverse, pour les deux types de polarisation à deux dimensions 2D-TE et 2D-TM, basé sur la méthode des moments (MoM) a été développé. La première étape a consisté en la validation du problème direct en effectuant des comparaisons numériques avec des solutions analytiques pour des cibles canoniques. Ensuite, des mesures expérimentales ont été effectuées et comparées aux résultats numériques. Enfin, les résultats des reconstructions obtenus ont permis de valider l’algorithme de reconstruction 2D développé pour l’imagerie quantitative. / Millimeter-wave radar systems in W-band (75-110 GHz) are booming, due to advances in integrated circuits, allowing the fabrication of low-cost and high-resolution compact systems, thanks to the short wavelength. First, these systems were used for detecting and localizing purposes, with the aim of identification. Thus, imaging radar systems have been developed, especially using qualitative imaging, based for example, on Synthetic Aperture Radar (SAR). Nevertheless, in order to reconstruct the electromagnetic properties of objects, for a complete identification, we must develop quantitative reconstruction algorithms. The work presented in this manuscript is to give the basis of a qualitative and quantitative millimeter wave imaging system for detecting and identifying foreign debris on airport runways using tomography, taking into account the polarization of the incident wave. In this thesis, a simulation tool for solving forward and inverse problems, for the two-dimensional polarization cases 2D-TM and 2D-TE, based on the method of moments (MoM) has been developed. The first step was to study the validation of the direct problem by comparing numerical results with analytical solutions for canonical targets. Then, experimental measurements have ben carried out and compared with numerical results. Finally, reconstruction results obtained have validated the reconstruction algorithm developed for quantitative imaging.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'instrumentation continuum de nouvelle génération pour l'astronomie millimétrique depuis le sol (bande atmosphérique à 1.3 mm de longueur d'onde). Un nouveau type de détecteurs remplissant entièrement le plan focal du télescope de 30m de l'IRAM de façon optimale est proposé, basé sur le développement de bolomètres submillimétriques pour le projet européen Herschel. Après une introduction à l'astronomie millimétrique et à ses principaux instruments existants au sol, un modèle numérique simulant le fonctionnement de ces bolomètres est proposé dans le but d'estimer leurs performances (validées ensuite par plusieurs mesures). La transposition du pic d'absorption de 100 microns vers 1.3 mm est ensuite étudiée, donnant lieu à l'invention d'une méthode basée sur l'utilisation de couches anti-reflets (principe confirmé par spectrométrie). Le processus d'observation depuis le sol par une caméra utilisant ces bolomètres est ensuite simulé et montre qu'une très bonne sensibilité par pixel est envisageable (environ 10 mJy.s^0.5)

Ce projet de thèse consiste en l'étude de la dynamique de la galaxie spirale NGC 4414 via une grande mosaïque d'observations de la raie de CO(1-0) avec l'interféromètre du Plateau de Bure, ainsi que des observations multi longueurs d'onde profondes du Télescope Spatial Hubble. Les objectifs de cette thèse sont de déterminer si les bras spiraux de NGC 4414 sont persistants mais aussi d'obtenir une mesure du rapport masse sur luminosité stellaire, le but final étant d'estimer la masse et l'étendue de la matière noire dans NGC 4414. Le modèle de masse est fortement contraint par notre courbe de rotation CO(1-0) à haute résolution et par les observations HST dans les bandes B, V et I. En supposant que le profil de masse stellaire suit le profil de lumière en bande I dans la région centrale pauvre en poussière et en gaz, et au delà de l'anneau moléculaire, et en reproduisant fidèlement la courbe de rotation CO dans la région centrale, la distribution de masse a pu être déterminée précisément et le rapport M/L stellaire mesuré en fonction du rayon galactocentrique. A posteriori, nous avons trouvé que le modèle de masse était équivalent à la distribution de lumière en bande K' avec un rapport M/L constant proche de 0.5 M⊙/L⊙, parce que l'extinction est faible à 2.1 µm. Je montre que l'utilisation d'un rapport M/L constant aux longueurs d'onde optiques, comme c'est le cas pour les modèles de disque maximum, est fortement déconseillé. <br> Les observations interférométriques CO ne nous donne pas seulement une courbe de rotation à haute résolution, elles peuvent permettre de mesurer des mouvements non circulaires, de "streaming", qui peuvent être dus à des bras spiraux, si ceux-ci sont persistants. Aucun signe de mouvement de "streaming" n'a été trouvé, puisque les mouvements non circulaires sont 5 à 10 fois plus faibles que dans la galaxie "grand design" M 51. L'émission de la raie de H2S(1-0) n'a pas été détectée, indiquant une absence de chocs violents. Nous avons mis en évidence une différence structurale majeure entre NGC 4414 et M 51 (et d'autres galaxies du même type) en dépit d'une luminosité, d'une masse de gaz et d'un taux de formation d'étoiles semblables. Le contraste bras-interbras est plus faible dans NGC 4414, comme attendu, mais celui-ci augmente fortement en fonction du rayon dans M 51, alors qu'il reste constant dans NGC 4414. J'aboutis à la conclusion qu'il n'y a pas de structure spirale persistante dans NGC 4414.

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.

L'un des buts majeurs de l'astrophysique moderne est de comprendre la formation du Système Solaire. Puisque les protoétoiles de faible masse sont des soleils en formation, l'étude de ces objets est un des meilleurs moyens d'étudier le processus de formation du Soleil et de son système planétaire. Dans ma thèse, je me suis concentrée sur la chimie des premières phases d'évolution des protoétoiles de faible masse en étudiant les molécules organiques complexes dans des sources de Classe 0, qui représentent les phases les plus jeunes connues. De telles molécules ont été découvertes dans IRAS16293-2422, le prototype des sources de Classe 0, démontrant l'existence des ``hot corinos'', des régions où les manteaux des grains subliment. Certaines de ces molécules ont aussi été observées dans des comètes de notre Système Solaire, soulevant la question de savoir si (et auquel cas, comment) la chimie des Classes 0 affecte la composition chimique de la matière du disque protoplanétaire incorporée dans les comètes et autres corps planétaires.<br />Cependant, il est d'abord nécessaire de déterminer si les hot corinos sont omniprésents dans les protoétoiles de faible masse, ou si IRAS16293-2422 est une exception. Ceci était le premier but de ma thèse. L'approche consistait principalement à observer trois sources de Classe 0 pour chercher des molécules organiques complexes. J'ai ainsi découvert et/ou confirmé trois hot corinos de plus.<br />Le second but était de contraindre la taille de la région d'émission des molécules complexes au moyen d'observations interférométriques des deux hot corinos les plus brillants: cette émission est compacte (<150 AU), avec, dans l'un des cas, une composante étendue provenant de l'enveloppe externe.<br />Le troisième but avait pour lieu de confronter les voies de formation possibles des molécules complexes avec les résultats de mes observations pour essayer de distinguer si ces molécules se forment en phase gazeuse ou à la surface des grains. Bien que mes données ne puissent éliminer aucun des deux cas, elles semblent favoriser le second type de formation. De plus, la comparaison entre hot corinos et leurs homologues massifs, les hot cores (qui montre que les molécules complexes sont relativement plus abondantes dans les hot corinos), soutient également la formation à la surface des grains.

Au cours des dernières décennies, l'observation du ciel dans les longueurs d'onde millimétriques a permis de faire grandement progresser notre compréhension de l'univers, notamment à travers l'étude du fond diffus cosmologique. Pour répondre aux besoins actuels des astronomes, nous proposons dans ce rapport un instrument intégré permettant de réaliser des mesures spectrales large-bande dans le domaine millimétrique. Celui-ci se base sur le concept de SWIFTS (Stationary-Wave Fourier-Transform Spectrometer :spectromètre de Fourier à ondes stationnaire), un instrument opérationnel aux longueurs d'onde visibles et infrarouges. Notre dispositif " SWIFTS millimétrique " utilise des détecteurs à inductance cinétique (KID pour Kinetic Inductance Detectors) comme détecteurs de lumière. Différents aspects de la conception du SWIFTS millimétrique sont abordés dans ce rapport. Le dimensionnement des éléments clés du dispositif est réalisé à l'aide de simulations électromagnétiques. Nous proposons aussi un procédé de fabrication en technologie silicium permettant le dépôt d'antennes sur membrane de nitrure de silicium SiN. Les premières caractérisations permettent de confirmer un fonctionnement adapté des détecteurs en configuration SWIFTS et démontre l'existence d'un couplage entre l'antenne et un des détecteurs aux longueurs d'onde millimétriques ce qui ouvre la voie à un futur démonstrateur. Parallèlement, la technologie développée pour le SWIFTS millimétrique a rendu possible la fabrication de KID sur membrane. L'intérêt est ici d'évaluer la membrane comme un moyen de réduire l'interaction entre les rayons cosmiques et le détecteur dans la perspective d'une utilisation des KID dans l'espace. Des mesures comparatives effectuées sur KID déposés sur membrane et sur substrat démontrent des taux d'événements identiques dans les deux cas. La membrane est donc inefficace pour l'application envisagée. Le temps de relaxation présente en revanche une dépendance avec la présence du substrat.