Th. doct.--Sci. de la terre--Paris 7, 1991. / 1992 d'après la déclaration de dépôt légal. Bibliogr. p. 205-208. Résumé en anglais et en français.

Th. univ.--Math.--Paris 6, 1994. / Bibliogr. p. XIX-XXI. Notes bibliogr.

Th. doct.--Math.--Paris 6, 1995. / Bibliogr. p. 478-481. Résumé en français. 1995 d'après la déclaration de dépôt légal.

Th. 3e cycle--Électronique--Toulouse--I.N.P., 1984. N°: 219.

Th. doct.-ing.--Sci. de la terre--Paris 6, 1981.

Th. 3e cycle--Électronique--Lille 1, 1978. N°: 702.

Avec l’apparition d’applications grand-public, comme le Wireless-HD, les fréquences millimétriques nécessitent l’utilisation de technologies CMOS faible coût. Cependant, avant d’être commercialisés, les transmetteurs mmW doivent être suffisamment résistants notamment à la désadaptation d’impédance entre l’amplificateur de puissance (AP) et l’antenne qui peut résulter d’un obstacle dans le champ proche de l’antenne. Une telle désadaptation d’impédance se traduit par l’apparition d’ondes stationnaires qui peuvent engendrer des dommages irrémédiables sur l’AP. Cette thèse propose une architecture innovante de régulation qui vise à protéger l’AP de telles dégradations tout en optimisant ses performances. La désadaptation d’impédance peut être évaluée en intégrant plusieurs détecteurs de puissance entre l’AP et l’antenne. Une boucle de régulation numérique peut ensuite établir une stratégie d’optimisation des performances de l’AP. Cette thèse s’intéresse particulièrement aux circuits de détection de puissance qui captent la désadaptation d’impédance de l’antenne. Réalisé en technologie CMOS 65nm de STMicroelectronics, le détecteur de puissance présente 25dB de dynamique à 60GHz et est capable de détecter jusqu’à 3 :1 de TOS. Ces détecteurs de puissance ont ensuite été intégrés dans un second circuit avec un AP et des convertisseurs (CAN & CNA). Une boucle de régulation agissant sur le gain de l’AP permet ainsi de garder une puissance de sortie constante quelle que soit l’impédance d’antenne tandis qu’une seconde boucle protège l’AP de la destruction. Cette thèse couvre également deux projets développés en parallèle de l’architecture de régulation de TOS. D’abord est proposée une nouvelle architecture de convertisseur analogique numérique logarithmique, basée sur l’architecture d’amplificateur logarithmique à compression progressive. Ensuite, une co-simulation sous ADS d’un AP RF/mmW avec sa boucle de régulation numérique permet de simuler l’AP à TOS régulé. / With the emergence of mass-market applications, such as Wireless-HD, low-cost CMOS technologies are requested to democratize the use of mmW frequencies. However, before being commercialized, mmW transmitters have to ensure sufficient reliability. One major reliability issue lies in the impedance mismatch between the power amplifier (PA) and the antenna, which can result from wave propagation obstacles in the close vicinity of the antenna. Such impedance mismatch generates standing waves, which can cause irreversible damage on the power amplifier. This thesis aims to propose an innovating regulation architecture that could protect the power amplifier from such deterioration and optimize its performance. By integrating several power detectors between the PA and the antenna, the impedance mismatch can be evaluated. Using this information, a digital regulation loop could then elaborate a complete strategy in order to optimize the PA performance. This thesis notably investigates the power detection circuits, which should sense the antenna impedance mismatch. A circuit realization in 65nm CMOS process from STMicroelectronics shows that the power detector provides 25dB dynamic range at 60GHz and is able to detect up to 3:1 VSWR. A second circuit realization integrates a power amplifier, the power detection circuits and data converters (ADC & DAC). The regulation loop acts on the power amplifier gain to keep a constant PA output power whatever the antenna impedance is. A second loop is also integrated, which protects the PA from destruction. This thesis also covers two alternative projects developed simultaneously to the VSWR-regulated PA architecture. First, a novel architecture of Logarithmic-Analog-to-Digital-Converter is proposed, which is based on the progressive compression architecture of logarithmic amplifier. Then the simulation aspect of the VSWR-regulated PA is investigated through an ADS co-simulation of an RF/mmW PA with its mixed-signal regulation loop.

La capacité de pénétration des ondes électromagnétiques (OEM), généralement non destructive, dans les matériaux ou tissus permet de sonder les milieux étudiés. En termes de santé publique, améliorer la qualité de vie est devenu un objectif majeur de la société actuelle. Des applications de sondage par OEM de divers milieux ou tissus dans le domaine biologique présentent un intérêt majeur dans les opérations de diagnostic et dans les opérations thérapeutiques. Les travaux de cette thèse abordent le vaste domaine des applications biomédicales, des interactions micro-ondes/radiofréquences et de la matière. Ces travaux de thèse se focalisent sur l’univers émergeant de l’Imagerie par Résonnance Magnétique (IRM) à Ultra-Haut Champ. Le premier objectif est de développer un fantôme anthropomorphique de tête humaine ou il faut prendre en compte les propriétés électromagnétiques et les temps de relaxation caractéristiques de chaque tissu. Cela permet d’obtenir une estimation précise des niveaux de DAS pour l’être humain et une notion des formations de hotspots lors d’un examen IRM haut-champ.Le deuxième objectif dans le domaine des IRM à très haut champ est l’étude et la fabrication des dispositifs d’homogénéisation de champ permettant ainsi d’éclaircir les zones d’ombres. Ce processus, dénommé Dielectric Shimming, est basé entre autre sur l’utilisation d’éléments discrets à hautes permittivités appelés pads. Ces pads sont composés de matériaux diélectriques à fortes permittivités, comme des solutions aqueuses de Titanate de Baryum, afin de focaliser le champ dans les zones initialement sombres de l’image de l’IRM (dans cas du cerveau : le cervelet et les lobes temporaux). / The penetration capacity of the electromagnetic (EM) waves in matter or biological tissues allows exploring media non-destructively. Concerning the public health sector, improving the quality of life has become one of the greatest concerns of nowadays society. EM wave research on different media and biological tissues shows a great potential for diagnostic applications and eventually for therapeutically applications. In this doctoral thesis, we focus on the vast domain of the biomedical applications of wave-matter interactions, based on the knowledge of the electromagnetic properties of matter, the complex permittivity and the conductivity. On a first instance, we address the emerging domain of ultra-high field MRI (Magnetic Resonance Imaging), which nowadays puts effort into the clinical implementation of 7T devices. Firstly our purpose is to produce an anthropomorphic head model, composed of the brain’s different layers, and taking into account the electromagnetic properties and the proton relaxation times inherent to each tissue. These realistic head models allow to evaluate the newly developed protocols for these ultra-high field devices. Secondly, we have studied and developed field homogenization devices, which allow brightening the shadow areas displayed in some MRI images, such as the cerebellum and the temporal lobes in brain imaging at 7T. This procedure, named Passive Shimming, is based on the use of high permittivity dielectric pads composed of Barium Titanate, which focalize the field to the areas where normally the wavelength in insufficient to generate a homogeneous signal distribution.

Le Contrôle Non Destructif (CND) de matériaux est en forte expansion dans les domaines de l’aéronautique, de l’aérospatial, des transports et bien d’autres. Les ondes ultrasonores guidées constituent un moyen puissant pour la mise en œuvre du CND, car elles se propagent sur de grandes distances tout en interrogeant les structures à cœur. L’emploi de transducteur à couplage par air, disposés d’un même coté, permet de faire du CND sans contact et sans démontage des pièces testées. Cette thèse a consisté à modéliser, en 3 dimensions et par éléments finis, un système de CND ultrasonore à ondes guidées. Le modèle prend en compte la taille finie des transducteurs, l’ouverture angulaire des faisceaux, la diffraction dans toutes les directions, l’anisotropie, la viscoélasticité et l’hétérogénéité des matériaux. Les prédictions numériques sont systématiquement comparées à des mesures expérimentales. Trois structures ont été étudiées avec succès : une plaque en aluminium avec un trou, une plaque en verre-époxyde avec un dommage causé par impact, un réservoir haute pression ASTRIUM pourvu d’un décollement entre son liner en Titane et son bobinage en carbone-époxyde. / The Non Destructive Testing (NDT) of materials is rapidly expanding in the fields of aeronautics aerospace, transportation, and so on. Guided ultrasonic waves are a powerful means for the implementation o the NDT because they can spread over large distances while interviewing through structures. The use of air coupled transducer allows both non-contact NDT and non-disassembly of tested parts. This thesis is mainly about three-dimensional finite element modelling, and an ultrasonic NDT system based on guided waves. The model takes into account the finite size transducers, the angle of beam diffraction in all directions, anisotropy viscoelasticity and heterogeneity of materials. The numerical predictions are systematically compared with experimental measurements. Three specimens have been studied with success: an aluminium plate with a hole glass-fibre plate with an impact damage, a high pressure tank provided by ASTRIUM with a disbonding defec between the liner titanium layer and wound carbon - fibre.

Les propriétés mécaniques et la précision dimensionnelle des pièces plastiques injectées sont liées au niveau des contraintes résiduelles induites par leur mise en œuvre. Cette étude montre le potentiel de la méthode ultrasonore basée sur l’effet acoustoélastique afin d’évaluer les contraintes internes dans les plaques injectées en polymère amorphe avec l’onde Lcr. Dans un premier temps, des capteurs spécifiques ont pu être réalisés à partir de leur analyse fonctionnelle et grâce à l’optimisation de certains paramètres (champ ultrasonore, angle d'incidence, distance émetteur-récepteur). Ceci a permis de déterminer les coefficients acoustoélastiques K33 et K11, ainsi que le coefficient P traduisant l’influence de la température sur la vitesse de propagation de l’onde longitudinale dans les matériaux étudiés. Ces paramètres ont permis de valider la méthode ultrasonore sur des plaques partiellement relaxées en PC et PS, en utilisant un système C-Scan afin d’évaluer les contraintes moyennes dans l’épaisseur, et ensuite avec l’onde Lcr afin de déterminer les contraintes surfaciques. La validation a été obtenue en comparant les résultats avec ceux de la méthode de photoélasticimétrie. La faible épaisseur des plaques (3 mm) nuit à la précision des mesures de cartographie de vitesse dans l’épaisseur. Celle-ci s’améliore nettement lorsqu’on utilise l’onde Lcr (Ds » ±2 MPa), ce qui nous a incités à utiliser ce type d’onde. La dernière partie de l’étude concerne la détermination des contraintes après fabrication de nouvelles plaques, et celle de profil de contrainte dans des épaisseurs différentes en changeant la fréquence de l’onde Lcr. / The mechanical properties and the dimensional precision of the injection molded polymer parts are influenced by the process-induced residual stresses. This study shows the potential of the ultrasonic method based acoustoelastic effect to evaluate the residual stresses in amorphous polymer plates with Lcr waves. Firstly, special holding fixtures were designed according to their function analyses and the optimization of some parameters (ultrasonic field, incidence angle and emitter-receiver distance). They were used to determine the acoustoelastic coefficients K33 and K11, as well as the coefficient P corresponding to the temperature effect on the longitudinal wave velocity in studied materials. Then ultrasonic measurements were applied to partially relaxed PC and PS plates, through C-Scan system to evaluate average stresses across plate thickness, and Lcr waves to evaluate the surface stress. The measurement reliability was validated by comparing the results with those of the photoelasticity. The poor plate thickness (3 mm) affects the measure accuracy of the speed scanning, while it is improved a lot by using Lcr waves (Ds » ±2 MPa), so we turn to the latter only. The last part of the study concerns the determination of the stresses after manufacturing of new plates and that of stress profile in different thicknesses by changing the frequency of the wave Lcr.