Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les "Oxydes Transparents et Conducteurs" (TCOs) possèdent une conductivité de type métallique tout en conservant, à l'état de films minces, une absorption négligeable dans tout le domaine visible. Malgré les recherches intensives menées durant ces 35 dernières années, il est nécessaire d'obtenir des TCOs avec de meilleures performances afin de répondre aux exigences des nouveaux dispositifs opto-électroniques. C'est dans cette optique que nous avons étudié des TCOs suivants sous forme de céramiques et de couches minces : (i) ATO et AZTO (symbolisant respectivement l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine et l'oxyde d'étain co-dopé à l'antimoine et au zinc) ; (ii) IO (symbolisant l'oxyde d'indium) dopé avec des éléments spécifiques (résultats confidentiels) qui confèrent une conductivité électronique remarquable même lorsque le dépôt est réalisé sur substrat plastique. Dans le cas de AZTO, le co-dopage nous a permis d'obtenir des céramiques très denses et conductrices, sans perte d'antimoine lors du frittage. Par ailleurs, la conductivité électronique des films minces AZTO peut être modulée grâce au co-dopage. Ainsi nous pouvons proposer de nouveaux TCOs présentant des performances adaptées aux besoins d'applications spécifiques.

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.

Ce travail de thèse porte sur l’élaboration de matériaux polymères conjugués absorbants dans le proche infra-rouge. Il est issu du projet TAPIR financé par l’ANR dans lequel nous visons le développement de dispositifs d’interface Homme/Machine (IHM) pour des applications dans le secteur de la santé, afin de limiter la propagation des agents pathogènes. Les IHM étant contrôlées avec la main, sans contact, grâce à la réflectivité de la peau, (gamme spectrale 850-950 nm), il faut développer des matériaux absorbant dans cette gamme. Dans ce projet, notre rôle a été de synthétiser la partie active du photodétecteur infrarouge utilisé pour récupérer l’information. Une étude bibliographique et des calculs préliminaires ont permis une sélection judicieuse de différents monomères afin d’assurer une stabilité intrinsèque et obtenir les propriétés d’absorption requises. Différents monomères donneurs (D) et accepteurs (A) ont été combinés afin de synthétiser des copolymères alternés de types (D-A). Deux familles de copolymères absorbants dans le proche infrarouge ont ainsi été synthétisés Tous les copolymères ont été synthétisés via la polycondensation Stille. Leurs propriétés optiques, électroniques et leurs stabilités thermiques ont été étudiées. Par la suite, après avoir confirmé le rôle prépondérant de la force du monomère accepteur, par rapport à celle du donneur, sur les propriétés d’absorptions et les niveaux électroniques des différents copolymères obtenus, nous avons développé une approche originale très peu rapportée dans la littérature. Elle consiste en l’élaboration de copolymères de type (A-A). Ainsi, nous avons synthétisé six copolymères absorbants dans la gamme de longueurs d’onde souhaitée, et même au-delà. Enfin, certains copolymères ont pu être caractérisés en dispositifs OFET et photodétecteurs. / This thesis work focuses on the development of conjugated polymeric materials which absorb in the near infrared. It is the result of the TAPIR project funded by the ANR in which we aim to develop human-machine interface (HMI) devices for applications in the health sector, in order to limit the spread of pathogens. Since HMIs are controlled by hand, without contact, thanks to the reflectivity of the skin (spectral range 850-950 nm), it is necessary to develop materials which ansorb in this range. In this project, our role was to synthesize the active part of the infrared photodetector used to retrieve the information. A bibliographical study and preliminary calculations have allowed a judicious selection of different monomers to ensure intrinsic stability and obtain the required absorption properties. Different donor monomers (D) and acceptors (A) were combined to synthesize alternating copolymers of types (D-A). Two families of copolymers which absorb in the near infrared have been synthesized. All copolymers have been synthesized via Stille polycondensation. Their optical, electronic and thermal properties have been studied. Subsequently, after confirming the predominant role of the strength of the accepting monomer, compared to that of the donor, on the absorption properties and electronic levels of the various copolymers obtained, we developed an original approach that has been reported very rarely in the literature. It consists of the production of copolymers of the type (A-A). Thus, we have synthesized six copolymers which absorb in the desired wavelength range, and even beyond. Finally, some copolymers have been characterized as OFET devices and photodetectors.

Cette thèse concerne le développement de futurs appareils, systèmes et réseaux prenant en charge l’internet haute vitesse, sans fil 5éme g´enération (5G). La demande de débit très élevé nécessite une bande passante suffisante, et ainsi la bande de fréquence millimetrique (mm-wave) a beaucoup d’intérêt. Un certain nombre de technologies devront converger, coexister et interagir, et surtout, coopérer, si cette vision doit être efficace et rentable. Le concept principal de cette de 5G est l’intégration de réseaux de fibre optique et Les réseaux radio grâce à la technologie Radio-sur-Fibre (RoF) aux fréquences d’onde millimetriques, pour fournir des services à large bande passante et permettre des réseaux évolutifs et gérables sans structure d’interface très complexe et multiples protocoles superposés.Dans cette thèse, les systèmes de communication RoF à ondes millimetriques sont théoriquement étudiés et démontrés expérimentalement pour étudier les altérations du système. Le travail présenté dans cette thèse est axé sur le bruit optique représenté par le bruit de phase et d’intensité induit par la source optique et la dispersion chromatique introduite par la fibre optique. Le bruit optique est analysé et mesuré pour différentes techniques de génération optique. Deux dispositifs différents de conversion, un mélangeur et un détecteur d’enveloppe sont, appliqués pour le traitement du signal et pour décorréler la phase et le bruit d’intensité. Nous souhaitons souligner que cette étude et le modèle peuvent s’appliquer à tout type de système de génération optique hétérodyne et à toute gamme de fréquences. La corrélation entre les modes optiques en peigne à fréquence optique est examinée pour montrer l’impact de la dispersion chromatique. Cette thèse présente la distribution d’énergie des ondes millimetriques et son influence sur la portée des fibres et la façon dont l’effet de dispersion chromatique sur le réseau RoF depend des paramètres de dispersion. Ensuite, cette thèse démontre comment la décorrélation de la phase optique induite par la dispersion chromatique entraîne un bruit de partition de modes dans les réseaux de communication RoF à ondes millimétriques.Lors de la transmission de certains types de données sur le système, les résultats démontrent l’impact du bruit optique et de la dispersion chromatique sur le qualité du signal. Les résultats de simulation sont présentés et sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux. La grandeur du vecteur d’erreur evaluée par en processus en ligne montre l’impact des altèrations du système sur les performances du système. Le débit de données et l’évolution du système présentée sont en conformité avec les normes de communication comme à ondes millimétriques. / This thesis is for the development of future devices, systems and networks supporting the 5th Generation (5G) high-speed wireless internet. The demand for very high bit rate requires a sufficient large bandwidth, and therefore Millimeter-Wave (mm-wave) frequency band has a lot of interest. Several number of technologies will need to converge, co-exist and interoperate, and most importantly, cooperate, if this vision is to be efficiently and cost-effectively realized. The main concept within this next 5G is the integration of optical fiber networks and radio networks through Radio-over-Fiber (RoF) technology at mm-wave frequencies, to provide high-bandwidth front/backhaul services and enable scalable and manageable networks without a highly complex interface structure and multiple overlaid protocols.In this thesis, the mm-wave RoF communication systems are theoretically studied and experimentally demonstrated to investigate the system impairments. The work presented in this thesis is focused on optical noise represented by phase and intensity noise induced by optical source and chromatic dispersion introduced by optical fiber. The optical noise is analyzed and measured for different optical generation techniques. Two different down-conversion stages, mixer and envelope detector, are applied for signal processing and to decorrelate phase and intensity noise. We would like to highlight that this study and the model can be applicable toany kind of optical heterodyne generation system and any frequency range. The correlation among optical modes in optical frequency comb is examined to show the impact of chromatic dispersion. This thesis also exhibits the mm-wave power distribution over fiber span and how the chromatic dispersion effect on the RoF network is modified by varying dispersion parameters. Then, this thesis demonstrates how the optical phase decorrelation induced by chromatic dispersion results in mode partition noise at mm-wave RoF communication networks.When transmitting some types of data over the system, the results demonstrate the impact of optical noise and chromatic dispersion on the signal quality. The simulation results are presented and are in very good agreement with experimental results. The error vector magnitudethrough online process shows the impact of the system impairments on the system performance. The data rate and system evolution are compliance with communication standards at mm-wave.