Dans cette thèse, nous décrivons les premières étapes de la construction d’une expérience de condensation d’atomes de sodium. À terme, le dispositif intégrera une puce à atomes qui permettra d’étudier la dynamique hors équilibre de gaz quantiques de dimensionnalité réduite, ainsi que leur dynamique de relaxation. Le montage expérimental est constitué d’un système laser stabilisé en fréquence sur une raie de l’iode, ainsi que d’une enceinte à ultra-vide. Cette dernière comporte un four produisant un jet atomique effusif qui est décéléré dans un ralentisseur Zeeman à aimants permanents.Nous obtenons alors un flux de 2 x 108 atomes/s, ce qui nous permet de charger près de 109 atomes dans un piège magnéto-optique. Durant la caractérisation du ralentisseur Zeeman, nous avons mis en évidence un mécanisme de redistribution des populations atomiques vers l’état F = 1 en amont du ralentisseur, induit par l’interaction avec le faisceau Zeeman. Après avoir confirmé ces observations par une résolution numérique des équations de Bloch optiques, nous avons mis en place un faisceau laser avec deux composantes de fréquence permettant de préparer initialement les atomes dans le sous-niveau F = 2;mF = - 2 pour les préserver de cet effet. Enfin, nous avons conçu un dispositif de transport magnétique permettant d’acheminer les atomes depuis l’enceinte du piège magnéto-optique vers l’enceinte du condensat. Des simulations de dynamique moléculaire nous ont permis de déterminer une séquence temporelle pour le déplacement du nuage performante, autorisant un transport de 65 cm en 1 s.Mots clés : sodium, condensation de Bose-Einstein, puce à atomes, ralentisseur Zeeman, aimants permanents, transport magnétique, dynamique moléculaire. / In this thesis, we describe the early stages in setting up a new experiment which aims at producing sodium Bose-Einstein condensates. The final apparatus will integrate an atomchip, enabling us to study the non-equilibrium dynamics of low-dimensional quantum gases, as well as their relaxation dynamics. The experimental setup comprises a laser system locked to an iodine rovibronic transition, and an ultra-high vacuum chamber. The latter consists of an oven producing an effusive atomic beam, which is decelerated in a Zeeman slower made with permanent magnets.We thus obtain a flux of 2 x 108 atoms/s, allowing the efficient loading of a magneto-optical trap containing up to 109 atoms. During the slower optimization, we observed a redistribution of the atomic populations from the F = 2 state to the F = 1 state before the entrance of the Zeeman slower. This depumping mechanism, induced by the interaction of the atoms with the slowing beam, has been confirmed by the numerical resolution of the optical Bloch equations describing the system. To circumvent this effect, we now prepare the atoms before the entrance of the slower in the  F = 2 mF = - 2  magnetic substate with a two-frequency light beam. Finally, we designed a magnetic transport system to transfer the atoms from the magnetooptical trap chamber to the condensate chamber. Based on the results of molecular dynamics simulations, we found a performing temporal sequence to move the magnetic trap, and we intend to efficiently transport the atoms over 65 cm in about 1 s.

Les mutations profondes observées au cours des vingt-cinq dernières années dans le monde de l'électronique ont actuellement cours en biologie, en partie grâce aux biotechnologies. Le concept communément appelé "laboratoire sur puce" (Lab-On-Chips, LOC) doit son essor à l'effort considérable qui a été mené en matière de développement des technologies de micro-fabrication. Le nombre d'outils technologiques disponibles actuellement pour la fabrication de réseaux microfluidiques est important mais la réalisation de systèmes complexes tridimensionnels reste encore un challenge. Le développement des micro- et nanotechnologies à de nouveaux matériaux comme les polymères, et en particulier la SU-8, a permis d'ouvrir la voie à une intégration plus élaborée telle que nous la présentons dans ce travail de thèse. Nous y exposons la démarche et les détails d'une approche consistant en la conception, la modélisation et la fabrication de dispositifs d'actionnement magnétique intégrés au sein de réseaux microfluidique en SU-8 pour la manipulation de billes magnétiques ; le tout étant élaboré sur un substrat souple de type PET. Le développement des outils de caractérisations des systèmes réalisés a également été présenté. Ils ont permis la mise en place d'un protocole expérimental visant à évaluer et quantifier les différents paramètres électriques, thermiques, fluidiques et magnétiques concourant à obtenir un dispositif LOC efficient dans la circulation de fluides, le piégeage de billes magnétiques, leur transfert d'une zone à un autre et leur orientation guidée vers des canaux privilégiés.

Les circuits à haut technologie d'aujourd'hui requièrent toujours plus de services et de sécurité. Le marché correspondant est orienté vers de la reconfigurabilité. Dans cette thèse je propose une nouvelle solution de coprocesseur cryptographique multi-algorithmes, appelé Celator. Celator est capable de crypter et décrypter des blocs de données en utilisant des algorithmes cryptographiques à clé symétrique tel que l'Advanced Encryption Standard (AES) ou le Data Encryption Standard (DES). De plus, Celator permet de hacher des données en utilisant le Secure Hash Algorithm (SHA). Ces algorithmes sont implémentés de façon matérielle ou logicielle dans les produits sécurisés. Celator appartient à la classe des implémentations matérielles flexibles, et permet à son utilisateur, sous certaines conditions, d'exécuter des algorithmes cryptographiques standards ou propriétaires.<br /><br />L'architecture de Celator est basée sur un réseau systolique de 4x4 Processing Elements, nommé réseau de PE, commandé par un Contrôleur réalisé avec une Machine d'États Finis (FSM) et une mémoire locale.<br /><br />Cette thèse présente l'architecture de Celator, ainsi que les opérations de base nécessaires pour qu'il exécute AES, DES et SHA. Les performances de Celator sont également présentées, et comparées à celles d'autres circuits sécurisés.

Les laboratoires sur puce sont des dispositifs intégrés rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire, généralement dédiées à la manipulation d'échantillons chimiques ou biologiques. L'objectif de ces travaux est l'intégration dans les microsystèmes d'un polymère intelligent, le poly(N-isopropylacrylamide) (pnipam), afin de développer une nouvelle filière technologique pour les laboratoires sur puce. Le pnipam est un polymère thermosensible subissant un changement réversible, d'un état hydrophile et gonflé sous sa température de transition (lcst ~32°C) à un état hydrophobe et replié au-delà. La technologie développée repose sur des éléments chauffants et un protocole de greffage du pnipam sur des surfaces. Nos travaux montrent que le contrôle thermique du pnipam permet de moduler le flux électroosmotique, ouvrant ainsi la voie au développement de mélangeurs électrocinétiques. Ce contrôle permet également l'accrochage, partiellement réversible, de protéines sur des billes fonctionnalisées, pour des applications dans le domaine de la préparation d'échantillon.

Pour les technologies sub-90nm, la complexité des structures est devenue telle que le contrôle des procédés de fabrication est aujourd'hui un secteur primordial dans le fonctionnement d'une usine de semi-conducteur. Dans ce contexte, deux grands défis sont proposés aux ingénieurs : Le premier est de rechercher la nature de la variabilité des performances électriques des circuits afin de les réduire. Une fois la variabilité réduite, le second objectif consiste à optimiser son contrôle afin de garantir les performances des circuits.<br />Cette thèse vise à mettre en oeuvre une méthodologie globale d'analyse, s'appuyant sur le développement de méthodes statistiques avancés (outils multivariés, neuronaux) afin de corréler les mesures électriques et physiques des composants ainsi que les paramètres des équipements. Les résultats des modélisations débouchent sur l'optimisation de toutes les composantes liées au contrôle des procédés (Control Statistique des Procédés, Fault Detection and Classification, Run to Run).

La baisse de confiance accordée aux serveurs traditionnels de bases de données et aux hébergeurs de bases de données (Database Service Providers) ainsi que l'intérêt croissant pour la distribution sélective de données sont différents facteurs qui amènent à migrer le contrôle d'accès du serveur vers les terminaux clients. Plusieurs schémas de chiffrement et de dissémination de clés ont été proposés dans ce but mais en compilant les règles de contrôle d'accès dans le processus de chiffrement, ils imposent tous un partage statique des données. L'apparition de composants matériels sécurisés sur divers terminaux clients permet de lever cette limitation en permettant de concevoir de nouveaux schémas dynamiques de contrôle d'accès sur le client. Cette thèse présente un évaluateur sécurisé de politiques de contrôle d'accès flexibles et dynamiques sur des documents XML. Cet évaluateur est embarqué dans un composant matériel sécurisé et doit par conséquent s'adapter à des contraintes matérielles spécifiques. Il tire pour cela parti d'un index dédié pour converger rapidement vers les parties autorisées d'un document arrivant éventuellement en flux sur le terminal client. Des mécanismes supplémentaires de sécurité garantissent que le document d'entrée est protégé contre toute forme de modification illicite et d'attaque de rejeu. La viabilité de notre approche est montrée dans divers contextes applicatifs sur des cartes à puces actuelles et est validée par des mesures de performance.

L'évolution actuelle de l'informatique conduit à un environnement composé d'un grand nombre de petits dispositifs spécialisés, servant les individus. Mark Weiser, le pionnier de l'informatique ubiquitaire, dépeint cette vision du monde informatique au début des années 90 [Wei91], qu'il définit ainsi, à l'inverse de la réalité virtuelle : “la réalité virtuelle mets les gens au coeur d'un monde généré par l'ordinateur, alors que l'informatique ubiquitaire force l'ordinateur à vivre dans le monde réel des gens.” Dans cette vision, les individus sont entourés d'une pléiade d'objets intelligents. Ces dispositifs communicants sont conscients des individus, à l'écoute de leurs besoins, et ajustent leurs actions en fonction.<br />Le concept d'objet intelligent apparaît dans les années 90, au carrefour de la miniaturisation des composants, des technologies de traitement de l'information et des communications sans fil. Dans cette thèse, nous voyons les objets intelligents comme des dispositifs dotés de capacités d'acquisition de données, de stockage, de traitement et de communication. Les cartes à puce (cartes Java multi-applications, cartes bancaires, cartes SIM, carte d'indenté électronique, etc.), les capteurs surveillant leur environnement (collectant des informations météorologiques, de composition de l'air, de trafic routier, etc.) et les dispositifs embarqués dans des appareils domestiques [BID+99, KOA+99, Wei96] (puce embarquée dans un décodeur de télévision) sont des exemples représentatifs des objets intelligents. Les chercheurs en médecine (projet Smartdust [KKP]) comptent aussi sur les puces pour être inhalées ou ingérées (pour remplacer les radiographies, automatiser la régulation du taux de sucre chez les diabétiques, etc.).<br />Dès lors que les objets intelligents acquièrent et traitent des données, des composants base de données embarqués peuvent être nécessaires. Par exemple, dans [BGS01], des réseaux de capteurs collectant des données environnementales sont comparés à des bases de données distribuées, chaque capteur agissant comme un micro-serveur de données répondant à des requêtes. [MaF02] souligne le besoin d'effectuer des traitements locaux sur les données accumulées, telles que des calculs d'agrégats, pour réduire la quantité de données à émettre et ainsi économiser de l'énergie. De plus, la protection de données contextuelles ou de dossiers portables (comme un dossier médical, un carnet d'adresse, ou un agenda) stockés dans des objets intelligents conduit à embarquer des moteurs d'exécution de requêtes sophistiqués pour éviter de divulguer des informations sensibles [PBV+01]. Ces exemples sont représentatifs du besoin grandissant de composants base de données embarqués.<br />Cette thèse adresse particulièrement l'impact des contraintes relatives aux objets intelligents sur les techniques base de données à embarquer dans les calculateurs. L'introduction est organisée comme suit. La première section de l'introduction met en évidence ces contraintes et motive le besoin de composants base de données embarqués. La section suivante expose les trois contributions majeures de la thèse et la dernière section présente l'organisation de ce résumé.

Linvention du concept de µTAS (micro total chemical analysis system) au début des années quatre vingt dix a ouvert aux fluides la porte du monde des microsystèmes. Un laboratoire sur puce intègre toutes les fonctions dun laboratoire macroscopique (déplacer, mélanger, chauffer des liquides, filtrer, séparer, détecter des molécules, etc.) sur une petite surface (typiquement quelques centimètres carrés). Le challenge technologique repose sur le couplage entre un microsystème conventionnel et un réseau microfluidique. Si les procédés silicium et verre ont été largement utilisés durant les années quatre vingt dix, ils présentent plusieurs inconvénients rédhibitoires : incompatibilité des technologies silicium avec les forts champs électriques nécessaires pour les séparations électrophorétiques et/ou le pompage électroosmotique, technologies non adaptées pour des grandes surfaces, difficultés dintégration dans un système complet, prix élevé des matériaux et des procédés associés, etc. La solution explorée dans cette thèse consiste à construire directement le réseau microfluidique sur un microsystème conventionnel dans des résines photosensibles (SU-8), ce qui facilite lintégration et autorise la fabrication de structures 3D avec un excellent alignement niveau à niveau. Les outils de caractérisation microfluidique développées et utilisés dans le cadre de ce travail sont présentés. Les effets de surface étant fondamentaux à cette échelle, une stratégie générique de modification des propriétés physicochimiques de la SU-8 est proposée et caractérisée.

L'objectif de cette thèse est l'étude par la technologie des puces à ADN, du transcriptome de la bactérie Buchnera aphidicola, qui vit en symbiose avec le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Le génome extrêmement réduit de Buchnera a perdu l'essentiel de ses gènes de régulation, mais conserve les voies de biosynthèse permettant la production des acides aminés essentiels pour son hôte. La première partie de cette thèse concerne le développement du logiciel ROSO, qui permet de déterminer les sondes oligonucléotidiques destinées aux puces. Une interface a été conçue pour son utilisation en ligne (http://pbil.univ-lyon1.fr/roso). Dans une seconde partie, la conception et l'utilisation d'une puce dédiée à Buchnera ont permis d'étudier le transcriptome de la bactérie, lorsque son hôte subit un stress nutritionnel et osmotique. Cette analyse montre que Buchnera est capable de réguler son expression génique et de réorienter son métabolisme, pour répondre à la demande changeante de son hôte.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel monolithique pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. L'objectif est de développer un système flexible, peu onéreux et performant, permettant le dépôt localisé de micro-gouttes de réactifs (nucléotides en solution dans l'acétonitrile) afin de synthétiser les séquences d'oligonucléotides in-situ. Les avantages d'un tel système sont le faible coût de l'équipement, une grande fléxibilité dans le choix des séquences synthétisées et la possibilité de réaliser des puces à forte densité d'unités d'hybridation. L'éjection par actionnement thermique a été retenue. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais l'originalité vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façons matricielle avec une très grande densité et sont actionnables individuellement. La structure retenue intègre une résistance chauffante sur une membrane diélectrique et une buse d'éjection réalisée en résine photosensible Su8. Ces caractéristiques permettent d'atteindre localement des températures suffisamment élevées pour provoquer une ébullition localisée autour de la buse déjection. Un procédé technologique original a été mis au point pour intégrer le dispositif d'adressage à cette résistance. Il s'agit de diodes réalisées dans la résistance en polysilicium. Ces diodes sont obtenues par diffusion et implantation de zones N et P. La tension de seuil et le courant de fuite de ces diodes ont été paramétrés en fonction des dopages mis en Suvre de façon à ce que seul le micro-éjecteur actionné ne chauffe. Les matrices réalisées ont été caractériésées électriquement et thermiquement ; il a été ainsi montré que l'adressage est opérationnel, la puissance thermique offerte est suffisante pour l'éjection. Il a été montré que des gouttelettes de 0,1pl à 3nl pouvaient être éjectées lorsque la tension d'alimentation varie entre 25V et 5V et l'impulsion électrique d'alimentation entre 50µs et 50ms.