Le domaine du photovoltaïque en couches minces s’attache à réduire le coût de l’énergie photovoltaïque, en réduisant considérablement la quantité de matières premières utilisées. Dans le cas du silicium cristallin en couches minces, la réduction de l’épaisseur de la cellule s’accompagne d’une baisse drastique de l’absorption, notamment pour les plus fortes longueurs d’onde. Nombreuses sont les techniques aujourd’hui mises en œuvre pour lutter contre cette baisse de performance, dont l’utilisation des effets plasmoniques induits par des nanostructures métalliques qui permettent un piégeage de la lumière accru dans la couche absorbante. Dans ces travaux, nous étudions l’influence de nanostructures d’argent organisées suivant un réseau périodique sur l’absorption d’une couche de silicium. Ces travaux s’articulent autour de deux axes majeurs. L’influence de ces effets plasmoniques sur l’absorption est d’abord mise en évidence à travers différentes simulations numériques réalisées par la méthode FDTD. Nous étudions ainsi les cas de réseaux périodiques finis et infinis de nanostructures d’argent situés sur la face arrière d’une couche mince de silicium. En variant les paramètres du réseau, nous montrons que l’absorption au sein du silicium peut être améliorée dans le proche infrarouge, sur une large plage de longueurs d’onde. Le second volet de la thèse concerne la réalisation des structures modélisées. Pour cela, deux voies de fabrication ont été explorées et développées. Pour chacune d’entre elles, trois briques élémentaires ont été identifiées : (i) définition du futur motif du réseau grâce à un masque, (ii) réalisation de pores dans le silicium et (iii) remplissage des pores par de l’argent pour former le réseau métallique. La première voie de fabrication développée fait appel à un masque d’alumine, réalisé par l’anodisation électrochimique d’une couche d’aluminium, pour définir les dimensions du réseau métallique. Une gravure chimique assistée par un métal est ensuite utilisée pour former les pores, qui seront alors comblés grâce à des dépôts d’argent par voie humide. La seconde voie de fabrication utilise un masque réalisé par lithographie holographique, une gravure des pores par RIE et un remplissage des pores par dépôt d’argent electroless. Les substrats plasmoniques fabriqués sont caractérisés optiquement, au moyen d’une sphère intégrante, par des mesures de transmission, réflexion et absorption. Pour tous les substrats plasmoniques caractérisés, les mesures optiques montrent une baisse de la réflexion et de la transmission et une hausse de l’absorption pour les plus grandes longueurs d’onde. / Thin-film photovoltaics focus on lowering the cost reduction of photovoltaic energy through the significant reduction of raw materials used. In the case of thin-films crystalline silicon, the reduction of the thickness of the cell is linked to a drastic decrease of the absorption, particularly for the higher wavelengths. This decrease of the absorption can be fought through the use of several different light trapping methods, and the use of plasmonic effects induced by metallic nanostructures is one of them. In this work, we study the influence of a periodic array of silver nanostructures on the absorption of a silicon layer. This work is decomposed into two main axes. First, the influence of the plasmonic effects on the silicon absorption is highlighted through different numerical simulations performed by the FDTD method. Both finite and infinite arrays of silver nanostructures, located at the rear side of a thin silicon layer, are studied. By varying the parameters of the array, we show that the silicon absorption can be improved in the near infrared spectral region, over a wide range of wavelengths. The second part of the thesis is dedicated to the fabrication of such modeled structures. Two different approaches have been explored and developed inside the lab. For each of these two strategies, three major building blocks have been identified: (i) definition of the future array pattern through a mask, (ii) etching of the pattern in the silicon layer and (iii) filling of the pores with silver in order to form the metallic array of nanostructures. In the first fabrication method, an anodic alumina mask, produced by the electrochemical anodization of an aluminium layer, is used in order to define the dimensions of the metallic array. A metal assisted chemical etching is then performed to produce the pores inside the silicon, which will then be filled with silver through a wet chemical process. The second fabrication method developed involves the use of holographic lithography to produce the mask, the pores in silicon are formed by reactive ion etching and they are filled during an electroless silver deposition step. The fabricated plasmonic substrates are optically characterized using an integrating sphere, and transmission, reflection and absorption are measured. All the characterized plasmonic substrates shown a decrease of their reflection and transmission and an absorption enhancement at the largest wavelengths.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Cesar Ribeiro Miraglia.pdf: 2147088 bytes, checksum: 67087392fe4b03bb24d9a164fd92ceed (MD5) Previous issue date: 2010-08-20 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Sensors based on optical fibers are being increasingly used in hostile environments for measuring pressure, temperature, stress, chemical and biological parameters, etc. These sensors have the advantage of having reduced size and weight, immunity to electromagnetic interference, of being chemically inert, and also allowing the distributed measurement of the respective parameter along the fiber. Microstructured optical fibers have characteristics that are relevant to sensing applications, such as freedom of design of their internal structure obtained by varying the diameter of the holes and the distances between them, among other parameters, which is not applicable in conventional optical fibers. The present work aims to use a microstructured optical fiber as a distributed sensor for hydrostatic pressure, using the POTDR (Polarization Optical Time-Domain Reflectometry) and the OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry) measurement techniques. The application of hydrostatic pressure on the fiber changes its birefringence and, consequently, the evolution of the states of polarization, which is the parameter monitored by the techniques. By monitoring the changes of these states, it is possible to infer the changes in applied pressure. The study is undertaken via simulations and analysis, both performed in the software MatLab. / Sensores baseados em fibras ópticas vêm sendo cada vez mais utilizados em ambientes hostis para medição de pressão, temperatura, stress, análise química e biológica, etc. Esses sensores têm a vantagem de possuírem tamanho e peso reduzidos, imunidade à interferência eletromagnética, de serem quimicamente inertes, e também permitirem a medição distribuída do parâmetro a ser analisado ao longo da fibra. As fibras ópticas microestruturadas possuem características relevantes na aplicação de sensoriamento, tal como a liberdade de construção de sua estrutura interna variando o diâmetro dos buracos e a distância entre eles, entre outros parâmetros, que não são aplicáveis em fibras ópticas convencionais. Este trabalho tem como objetivo estudar uma fibra óptica microestruturada como sensor distribuído de pressão hidrostática, utilizando as técnicas de medição POTDR (Polarization Optical Time-Domain Reflectometry) e OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry). A aplicação de pressão hidrostática sobre a fibra altera sua birrefringência e, consequentemente, a evolução do seu estado de polarização, sendo este último o parâmetro monitorado pelas técnicas. Analisando-se a mudança deste estado, pode-se inferir a mudança de pressão aplicada. O estudo é realizado através de simulações e análises efetuadas no software MatLab.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε και προσομοιώθηκε η επίδραση των μεταβατικών φαινομένων σε μεταλλικές κατασκευές. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν οι επιπτώσεις της πτώσης ενός κεραυνού σε ένα πλοίο. Για την πραγματοποίηση αυτής της μελέτης χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα προσομοίωσης emp3 , το οποίο έχει κατασκευασθεί από την εταιρία field precision και είναι κατάλληλο για τη μελέτη τέτοιων φαινομένων. Το emp3 στηρίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων στο πεδίο του χρόνου (FETD-FINITE-ELEMENT-TIME-DOMAIN) και καταλήγει σε συμπεράσματα με πλήρη επίλυση των εξισώσεων του Maxwell χρησιμοποιώντας μια ψευδογλώσσα επιπέδου assembly .Στο υποπρόγραμμα mesh.exe σχεδιάστηκε ένα πλοίο και το περιβάλλον του και στη συνέχεια δημιουργήθηκε το αρχείο .ein στο οποίο χωρίστηκε η διάταξη σε διάφορες περιοχές ανάλογα με τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες της καθεμίας, με σκοπό να παρατηρήσουμε τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που δημιουργεί το μεταβατικό φαινόμενο (κεραυνικό πλήγμα) στις τρείς διαστάσεις. Τέλος, τρέξαμε το αρχείο .ein στο emp3.exe και παραθέσαμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης που προέκυψαν τόσο από το υποπρόγραμμα vemp3.exe όσο από το υποπρόγραμμα probe.exe και εξαγάγαμε κάποια συνολικά συμπεράσματα. Στο πρώτο Κεφάλαιο θα γίνει αναφορά στο φυσικό φαινόμενο του κεραυνού και συγκεκριμένα στους τρόπους δημιουργίας του,στις παραμέτρους του καθώς και στους παράγοντες που τον επηρεάζουν. Στο δεύτερο Κεφάλαιο θα γίνει ανάλυση των διεργασιών που ακολουθούν την πτώση ενός κεραυνού σε ένα πλοίο και συγκεκριμένα στις επαγόμενες τάσεις και στα παραγόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία καθώς και στις βλάβες που προκαλούνται τόσο στο πλοίο όσο και στα εξαρτήματα του. Στο τρίτο Κεφάλαιο θα γίνει ανάλυση του προγράμματος προσομοίωσης emp3 ,της μεθόδου στην οποία στηρίζεται ,της ψευδογλώσσας που χρησιμοποιεί και του έτοιμου παραδείγματος bdeflect με σκοπό την κατανόηση της διαδικασίας προσομοίωσης και των αποτελεσμάτων. Στο τέταρτο Κεφάλαιο θα γίνει η παρουσίαση της διαδικασίας προσομοίωσης και των αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα παρατείθεται η κατασκευή της γεωμετρίας του πλοίου και του περιβάλλοντος του,ο χωρισμός της συνολικής διάταξης σε περιοχές με διαφορετικά ηλεκτρομαγνητικά χαρακτηριστικά, η εισαγωγή του κώδικα στο emp3.exe τα αποτελέσματα που εξήχθησαν στα vemp3.exe και probe.exe καθώς και ορισμένα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη διεξαγωγή της παρούσας διπλωματικής εργασίας. / In this dissertation the effect of the transient phenomena in metallic structures was studied and simulated.Specifically. were studied the effects of a lighting stroke on a ship. In order to carry out this study,was used the simulation program emp3, which is manufactured by the company field precision and is suitable for the study of such phenomena. The emp3 program is based on the method FETD-FINITE-ELEMENT-TIME-DOMAIN and concludes with complete resolution of Maxwell's equations using a pseudocode level assembly.In the subprogram mesh.exe was designed the ship and its environment and then was created the .ein file, in which the construction was divided in different regions depending on the electromagnetic characteristics of each area, in order to observe the fields that were created by the transient phenomenon (lighting stroke), in three dimensions. Finally, we ran the file .ein in emp3.exe and presented the simulation results, which were obtained from both the subprogram vemp3.exe and the subprogram probe.exe and drew some overall conclusions. In the first chapter there will be a reference to the natural phenomenon of lightning strike and specifically to the ways of it's creation, its parameters and the factors that influence it.Ιn the second chapter there is the analysis of the processes, which follow the fall of a lightning stroke on a ship and specifically the induced voltages generated electromagnetic fields and also the harms caused both to the ship and it's components. In the third chapter there is the analysis of the simulation program emp3, the method which it is based on, the pseudocode which is used and the already existed example bdeflect in order to understande the process simulation and results.In the fourth chapter the simulation process and the results are given. Specifically, the construction of the geometry of the ship and its environment, the separation of the total provision in areas with different magnetic characteristics, the insertion of the code in emp3.exe,the results exported to vemp3.exe and probe.exe and some conclusions drawn during this thesis are presented.

Les expériences de spectroscopie ont été réalisées en collaboration avec Jean-François Allard du groupe de Denis Morris de l'Université de Sherbrooke. / Le présent projet de maîtrise a pour but d’étudier les interactions optiques des films de nanotubes de carbone (FNTCs) avec les ondes THz. Des expériences d’absorption térahertz faites par spectroscopie THz dans le domaine temporel ont été entreprises sur les films dont l’épaisseur varie. Les films d’épaisseurs allant de 14 à 145 nm, sont des couches minces de nanotubes de carbone (NTCs) empilés les uns sur les autres et sont déposés sur substrats (GaAs et silicium). Une caractérisation comparative des épaisseurs des films est entreprise dans un premier temps par AFM et par ellipsométrie spectroscopique. À cause de la rugosité de la surface et de porosité des films qui compliquent les interactions de la lumière avec les films, les épaisseurs déterminées par AFM sont gardées au détriment de celles d’ellipsométrie. La relation entre les épaisseurs mesurées par AFM en fonction des épaisseurs nominales s’est révélée linéaire. Les couleurs des FNTC sont aussi caractérisées en fonction de leurs épaisseurs. L’expérience d’absorption THz sur les films consiste à enregistrer la transmission d’une impulsion THz à large bande à travers les échantillons. Sur les spectres, on détecte aussi l’impulsion de réflexion, l’écho de réflexion de l’impulsion principale THz à l’intérieur du substrat séparé par un délai temporel. La diminution du pic de l’impulsion principale THz en fonction de l’épaisseur est non linéaire et atteint une saturation pour les films les plus épais. Ce résultat est en lien direct avec les mesures quatre pointes de conductivité dc des films où l’inverse de la résistivité de feuille sature à partir des mêmes épaisseurs de film. L’écho de réflexion de l’impulsion principale à l’intérieur du substrat perd de l’amplitude plus rapidement en fonction de l’épaisseur à cause de près de deux passages supplémentaires de l’impulsion dans le film au moment de la réflexion. Finalement, une disparition de l’impulsion de réflexion à une épaisseur particulière de film (100 nm pour le GaAs et 60 nm pour le Si) démontre les propriétés antiréfléchissantes des FNTCs. / In the present masters project, the goal is to study the optical interactions of carbon nanotube films (CNTFs) with terahertz (THz) waves. The THz absorption experiments made by time domain THz spectroscopy have been undertaken on thickness-variable films. CNTFs, which have their thicknesses range from 14 to 145 nm, are thin CNT layers that are piled one on another are deposited on a substrate (GaAs or silicon). First, a comparative characterization of film thicknesses is undertaken with AFM and with spectroscopic ellipsometry. Because of surface rugosity and film porosity which has the effect of complexifying the interaction of light with the films, AFM thicknesses are held for the rest of the analysis instead of those determined with ellipsometry. AFM measured thicknesses scale linearly with respect to nominal thicknesses that are proportional to the CNT density. CNTFs’ colors reveal to be correlated with their thicknesses. THz absorption experiments consist of taking the transmission spectrum of a broad band THz pulse through the samples. On the spectra, we also detect the reflection pulse, which is the echo of the main THz pulse inside the substrate separated by a time delay. The decrease of the main THz pulse with respect to the film thickness is non linear and reaches a saturation plateau for the thickest films. This finding is in direct relationship with four-point probe sheet conductivity measurements made on the films where a saturation is also observed from the same thicknesses. The reflection pulse loses amplitude more rapidly as the film thickness increases because of two additional wave passages in the film during reflection. Lastly, a quenching of the reflection pulse which is observed at a particular film thickness (100 nm for GaAs and 60 nm for silicon) demonstrates antireflection properties for the CNTFs.

Le présent travail de thèse porte sur la modélisation et la simulation, en domaine temporel, de l'interaction entre un faisceau d'électrons et une onde hyperfréquence dans la structure à onde lente d'un TOP à hélice. Puisque le TOP est un instrument surdimensionné, les modèles non-stationnaires généraux utilisés dans les codes commerciaux nécessitent de trop grosses ressources de calcul pour pouvoir être utilisés en un temps raisonnable dans un but de conception. Il est donc nécessaire de faire appel à des modèles spécialisés. Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés au "modèle discret non-stationnaire d'excitation d'un guide d'onde Périodique" de S. Kuznetsov. En 2007, N. Ryskin et al. avaient prouvé que ce modèle pouvait convenablement s'appliquer aux TOP à cavités couplées dans le cadre d'une application à une dimension du modèle. Lors de cette thèse, nous avons démontré, via le développement d'un code à une dimension (HelL-1D), que le modèle discret s'applique convenablement aux TOP à hélice. L'implémentation de ce modèle, dans un code à deux dimensions (HelL-2D) a, elle aussi, été effectuée. Enfin, nous avons développé une méthode permettant de contrôler de manière quantitative, dans le modèle discret, les phénomènes de réflexions aux extrémités de la ligne à retard, qui peuvent jouer un rôle important dans la stabilité de l'instrument. / This Ph.D. work deals with the time domain modeling and simulation of the electron beam/wave interaction in the slow-wave structure of a helix traveling-wave tube. Since a TWT is a device of which the geometry is oversized then the commercial software based on non-stationary general models needs so much computational resources that it cannot be used for design activities. During this Ph.D., we focused on the so called Kuznetsov's "discrete model of excitation of a periodic waveguide" which is a specialized model of beam/wave interaction in TWT. By 2007, N. Ryskin et al., showed that this model could conveniently apply to TWT with coupled cavities structure in one dimension. During this thesis, we first demonstrated that the discrete model could also apply to helix TWT with a sufficient (1%) accuracy via the development of a one-dimensional software called HelL-1D. We also implemented the discrete model for helix TWT in two dimensions (HelL-2D code). Finally, we developed a method, which is an extension of the discrete model, and which permits to take into account quantitatively the reflection phenomena at the terminations of a slow-wave structure in this model. This last study was very important since the stability of TWT strongly depends on this parameter.

L'équation intégrale du champ électrique (EFIE) est très utilisée pour résoudre des problèmes de diffusion d'ondes électromagnétiques grâce à la méthode aux éléments de frontière (BEM). En domaine fréquentiel, les systèmes matriciels émergeant de la BEM souffrent, entre autres, de deux problèmes de mauvais conditionnement : l'augmentation du nombre d'inconnues et la diminution de la fréquence entrainent l'accroissement du nombre de conditionnement. En conséquence, les solveurs itératifs requièrent plus d'itérations pour converger vers la solution, voire ne convergent pas du tout. En domaine temporel, ces problèmes sont également présents, en plus de l'instabilité DC qui entraine une solution erronée en fin de simulation. La discrétisation en temps est obtenue grâce à une quadrature de convolution basée sur les méthodes de Runge-Kutta implicites.Dans cette thèse, diverses formulations d'équations intégrales utilisant notamment des conditions d'impédance aux frontières (IBC) sont étudiées et préconditionnées. Dans une première partie en domaine fréquentiel, l'IBC-EFIE est stabilisée pour les basses fréquences et les maillages denses grâce aux projecteurs quasi-Helmholtz et à un préconditionnement de type Calderón. Puis une nouvelle forme d'IBC est introduite, ce qui permet la construction d'un préconditionneur multiplicatif. Dans la seconde partie en domaine temporel, l'EFIE est d'abord régularisée pour le cas d'un conducteur électrique parfait (PEC), la rendant stable pour les pas de temps larges et immunisée à l'instabilité DC. Enfin, unerésolution efficace de l'IBC-EFIE est recherchée, avant de stabiliser l'équation pour les pas de temps larges et les maillages denses. / The Electric Field Integral Equation (EFIE) is widely used to solve wave scattering problems in electromagnetics using the Boundary Element Method (BEM). In frequency domain, the linear systems stemming from the BEM suffer, amongst others, from two ill-conditioning problems: the low frequency breakdown and the dense mesh breakdown. Consequently, the iterative solvers require more iterations to converge to the solution, or they do not converge at all in the worst cases. These breakdowns are also present in time domain, in addition to the DC instability which causes the solution to be completely wrong in the late time steps of the simulations. The time discretization is achieved using a convolution quadrature based on Implicit Runge-Kutta (IRK) methods, which yields a system that is solved by Marching-On-in-Time (MOT). In this thesis, several integral equations formulations, involving Impedance Boundary Conditions (IBC) for most of them, are derived and subsequently preconditioned. In a first part dedicated to the frequency domain, the IBC-EFIE is stabilized for the low frequency and dense meshes by leveraging the quasi-Helmholtz projectors and a Calderón-like preconditioning. Then, a new IBC is introduced to enable the development of a multiplicative preconditioner for the new IBC-EFIE. In the second part on time domain,the EFIE is regularized for the Perfect Electric Conductor (PEC) case, to make it stable in the large time step regime and immune to the DC instability. Finally, the solution of the time domain IBC-EFIE is investigated by developing an efficient solution scheme and by stabilizing the equation for large time steps and dense meshes.

A dissertation submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in ful lment of the requirements for the degree of Master of Science in Engineering. Johannesburg, 2015 / The work presented extends and contributes to research in Non-Intrusive Load Monitoring (NILM), focussing on steady-state and transient power measurement disaggregation techniques for circuits containing household ap- pliances. Although previous work in this area has produced and evaluated a wide range of NILM approaches, much of it has involved the use of datasets captured from real-world household implementations. In such cases, the lack of accurate ground truth data makes it di cult to assess disaggregation tech- niques. In the research presented, three NILM techniques are comparatively evaluated using measurements from typical household appliances assembled within a laboratory environment, where accurate ground truth data could be compiled to complement the measurements. This allows for the accu- racy of the various disaggregation approaches to be precisely evaluated. It is demonstrated that the correlation of transient event edges in aggregated power measurements to individual appliance transient exemplars performs better than the matching of steady-state power levels against individual ap- pliance state combinations. Furthermore, the transient approach is shown to be the most appropriate technique for further development. / MT2017

Les vibrations aléatoires sont les sollicitations les plus représentatives à celles qui se trouvent dans l'environnement réel. Elles sont souvent rencontrées dans l'environnement de fonctionnement automobile, aéronautique, spatial, ferroviaire et d'autres. La particularité des vibrations aléatoires est l'utilisation de son analyse par fatigue. Grâce aux propriétés statistiques des signaux aléatoires que les méthodes spectrales permettent d'estimer la moyenne du dommage d'une façon efficace et économique mais avec certaines limitations. Une étude numérique sur un système électronique embarqué accompagnée des essais expérimentaux ont été mis en place dans cette thèse pour présenter une démarche complète d'une analyse spectrale des vibrations aléatoires. Une modélisation par éléments finis a été réalisée ainsi qu'une technique du 'zoom structural' en analyse spectrale des vibrations aléatoires a été proposée dans ce travail avec la présentation des équations de cette technique. Une application numérique a montré la validité de la technique proposée en appliquant une étude de l'endommagement par fatigue par l'approche temporelle et par l'approche spectrale. Les résultats numériques de cette application mènent à une estimation d'un temps à l'initiation de la fissure très proche du temps de défaillance observé dans les résultats des essais expérimentaux. Cette technique montre la performance et l'efficacité des méthodes spectrales dans l'estimation du dommage par fatigue aléatoire. Une étude de l'optimisation d'un système soumis aux sollicitations aléatoires a été développée. L'objectif de cette étude est de rechercher la conception optimale du système soumis aux vibrations aléatoires en posant des limitations sur le dommage qui en résulte. Ce dommage estimé par les méthodes spectrales de Dirlik et de Single Moment ne doit pas dépasser un dommage cible pour assurer la fiabilité du système étudié. / Random vibrations are the most representative excitations that can be found in the real environment. They are often encountered in the automotive, aeronautical, space, railway and other operating environments. The special feature of the random vibrations is their important role in damage fatigue analysis. The spectral methods allow to estimate efficiently and economically the mean of the damage using the statistical properties of the random signals. A numerical study on an embedded electronic system with experimental tests was set up in this thesis to present a complete spectral analysis of random vibrations methodology. A finite element model was performed as well as submodelling technique in spectral analysis of random vibrations with associated equations was proposed in this work. A numerical application has shown the validity of the proposed technique by applying the fatigue damage study using the time-domain approach and the spectral approach. The numerical results of this application lead to the estimation of a crack initiation time very close to the failure time observed in the experimental tests. This technique shows the performance and efficiency of spectral methods in the estimation of random fatigue damage. The optimization of a system subjected to random excitations has been developed in this work. The objective of this study is to retrieve the optimal design of the system subjected to random vibrations with limitations on the resulting damage. This damage estimated by Dirlik and Single Moment spectral methods must not exceed defined target damage in order to insure the reliability of the studied system.

Le but de ce travail est de quantifier le potentiel et les capacités de la technologie térahertz à contrôler des colis afin de détecter les menaces telles que les armes et les explosifs, sans avoir besoin d'ouvrir le colis.Dans cette étude, nous présentons la spectroscopie térahertz résolue en temps et l'imagerie multi-spectrale pour la détection des explosifs. Deux types d’explosifs, ainsi que leurs mélanges binaires sont analysés. En raison de la complexité de l'extraction des informations face à tels échantillons, trois outils de chimiométrie sont utilisés: l’analyse en composantes principales (ACP), l'analyse des moindres carrés partiels (PLS) et l'analyse des moindres carrés partiels discriminante (PLS-DA). Les méthodes sont appliquées sur des données spectrales térahertz et sur des images spectrales pour : (i) décrire un ensemble de données inconnues et identifier des similitudes entre les échantillons par l'ACP ; (ii) créer des classes, ensuite classer les échantillons inconnus par PLS-DA ; (iii) créer un modèle capable de prédire les concentrations d’un explosif, à l'état pur ou dans des mélanges, par PLS.Dans la deuxième partie de ce travail, nous présentons l'imagerie par les ondes millimétriques pour la détection d'armes dans les colis. Trois techniques d'imagerie différentes sont étudiées : l'imagerie passive, l’imagerie active par des ondes continues (CW) et l’imagerie active par modulation de fréquence (FMCW). Les performances, les avantages et les limitations de chacune de ces techniques, pour l’inspection de colis, sont présentés. En outre, la technique de reconstruction tomographique est appliquée à chacune de ces trois techniques, pour visualiser en 3D et inspecter les colis en volume. Dans cet ordre, un algorithme de tomographie spécial est développé en prenant en considération la propagation gaussienne de l'onde. / The aim of this work is to demonstrate the potential and capabilities of terahertz technology for parcels screening and inspection to detect threats such as weapons and explosives, without the need to open the parcel.In this study, we first present terahertz time-domain spectroscopy and spectral imaging for explosives detection. Two types of explosives as well as their binary mixture is analyzed. Due to the complexity of extracting information when facing such mixtures of samples, three chemometric tools are used: principal component analysis (PCA), partial least square analysis (PLS) and partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA). The analyses are applied to terahertz spectral data and to spectral-images in order to: (i) describe a set of unknown data and identify similarities between samples by PCA; (ii) create a classification model and predict the belonging of unknown samples to each of the classes, by PLS-DA; (iii) create a model able to quantify and predict the explosive concentrations in a pure state or in mixtures, by PLS.The second part of this work focuses on millimeter wave imaging for weapon detection in parcels. Three different imaging techniques are studied: passive imaging, continuous wave (CW) active imaging and frequency modulated continuous wave (FMCW) active imaging. The performances, the advantages and the limitations of each of the three techniques, for parcel inspection, are exhibited. Moreover, computed tomography is applied to each of the three techniques to visualize data in 3D and inspect parcels in volume. Thus, a special tomography algorithm is developed by taking in consideration the Gaussian propagation of the wave.

Devido à importância do monitoramento da composição iônica da solução do solo, no que diz respeito ao meio ambiente e ao manejo da fertirrigação, associada às limitações práticas dos métodos tradicionais de sua determinação é crescente a procura por um método confiável que possibilite o monitoramento desta composição em tempo real e em curtos intervalos de tempo. Neste sentido a TDR tem sido uma alternativa viável. O presente trabalho objetivou, pelo uso da TDR, avaliar o desempenho de sete modelos na determinação da CEw; relacioná-los com a concentração dos íons potássio nitrato e cloreto avaliando os modelos em determinar a concentração dos íons; e por fim monitorar e determinar a concentração destes íons na água lixiviada em coluna de solo não saturado. O trabalho foi divido em dois experimentos, no primeiro os modelos foram calibrados em colunas de solo sendo formado por 24 tratamentos composto por 4 faixas de umidade volumétrica e 6 concentrações da solução de KCl. Para cada coluna de solo era realizada uma leitura com a TDR ( e CEa) e a CEw na solução do solo era determinada por condutivímetro de mesa, nesta solução foram determinadas as concentrações de potássio e cloreto. No segundo experimento o mesmo procedimento foi realizado, entretanto, foi aplicado KNO3 e determinados potássio e nitrato. Desta forma, foi possível calibrar os modelos para a estimativa da CEw, e para determinação das concentrações dos íons potássio, nitrato e cloreto. Os modelos foram avaliados pelos coeficientes de determinação (R²) e exatidão (d), pela estimativa do erro padrão (EEP) e, ainda, foram classificados de acordo com o índice c, produto dos dois coeficientes citados. Os resultados mostram que os modelos de Rhoads et al. (1976) e Vogeler et al. (1996) se ajustam melhor para solos com características texturais argilosas sendo classificados como Ótimos métodos para a determinação da CEw, tanto pela aplicação de KCl como pela aplicação de KNO3 via água de irrigação. Na estimativa da CEw no solo arenoso os modelos de Munõz-Carpena et al. (2005), Mualen e Friedman (1991), Vogeler et al. (1996) e Rhoads et al. (1976) apresentam melhores ajustes na determinação da CEw, sendo classificados com Muito bom. Na determinação do potássio pelos modelos avaliados o melhor ajuste se dá pela associação da relação K-CEw do tipo potência aplicada para solos argilosos e linear para solos arenosos, apresentando classificação de: Ótimo e Muito bom, respectivamente. Para o cloreto e o nitrato o melhor ajuste se dá pela relação de CEw-Cl e CEw-NO do tipo linear, apresentando classificação de Muito Bom e Ótimo respectivamente. A TDR é uma técnica confiável no monitoramento da concentração dos íons potássio e cloreto lixiviados no perfil do solo. / There is a growing demand for a reliable method applied to monitoring ionic composition of soil solution in real-time and short time intervals, due the importance to environmental sustainability and fertigation management and limitations of traditional methods for determination. Time domain reflectometry (TDR) is often considered a viable alternative to traditional methods. Consequently, this research looks for using TDR evaluate the performance of seven mathematical models for determining electrical conductivity (CEw) by comparing simulated and measured concentrations of potassium, nitrate and chloride, and to monitor and determine the concentration of these ions in water leached from unsaturated soil columns. The research was carried out under two experiments conditions. In the first experiment the models were calibrated with input data from 24 soil columns consisting of four soils with six different KCl concentrations. For each soil column CEw was determined by both TDR ( and CEa readings) and the CEw of soil solution was determined by direct measurements of potassium and chloride concentrations. In the second experiment the procedure was the same, but with KCl being replaced with KNO3. This was possible to calibrate the models to estimate the CEw, and to determine potassium, nitrate and chloride ions concentrations. The models were ranked using the c-index, the coefficient of determination (R²) and estimated standard error (ESE). The results showed were Rhoads et al. (1976) and Vogel et al. (1996) classified as \"Great\" for the CEw determination associated with the application of both KCl and KNO3 to irrigation water in clay soils. For estimating CEw in sandy soils, the models Muñoz-Carpena et al. (2005), Mualen and Friedman (1991), Vogel et al. (1996) and Rhoads et al. (1976) were classified as \"Very Good.\" The relationship between CEw and potassium concentration was best represented by a power function in clay soils, and a linear function in sandy soils, with index of \"Great\" and \"Very Good\", respectively. For chloride and nitrate, the best fits were obtained by representing the CEw-Cl and CEw-NO3 relationships with linear functions, which were classified as Very Good and Good, respectively. TDR proved to be a reliable technique for monitoring the concentration of potassium and chloride ions leached in soil profiles.