Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude et la conception de lentilles continues en guide d’ondes à plans parallèles (PPW) pour des applications multi-faisceaux. La conversion du front d'onde est assurée par une lentille formée d’une lame et d'une cavité transversale. Ce concept, proposant une approche mécanique simplifiée et possiblement purement métallique, est particulièrement attractif pour les futurs systèmes de communications par satellites (GEO/LEO) requérants des solutions à moindre coût tout en maintenant de hautes performances. La première partie de cette thèse présente la réalisation d’un outil d’analyse numérique basée sur l’optique géométrique (GO). Une prédiction rapide et précise des performances en rayonnement est obtenue. En combinant cet outil avec des processus d’optimisation, des performances en dépointage sur un large secteur angulaire sont ensuite démontrées, incluant une stabilité des diagrammes en rayonnement (ouverture à mi-puissance, niveaux de lobes secondaires et pertes en dépointage). Un prototype fonctionnant dans la bande Ka est réalisé, validant les performances précédemment obtenues. De hautes efficacités de rayonnement sont également mises en avant sur l’ensemble de la plage de fréquence. Enfin un second prototype plus compact basé sur de multiples lentilles est proposé et étudié, démontrant des performances similaires à la première solution fabriquée et mesurée. / The activities presented in this PhD focus on the study and development of continuous parallel plate waveguide (PPW) lenses for multiple beam applications. The wave front conversion is ensured by a PPW transversal ridge and cavity. The proposed concept, based on a simplified mechanical approach and possibly full-metal, is particularly suitable for future satellite communication systems (GO/LEO) requiring low-cost antennas while maintaining high performances. The first part of the thesis deals with the development of a numerical analysis tool based on geometrical optics (GO). A fast and accurate prediction of the radiation performance is provided.Combining the tool with optimization processes, large scanning performances have been demonstrated, including a stability of the radiation pattern performance (HPBW, SLL, scan loss). A prototype working at Ka band has been manufactured, validating the performances demonstrated previously. High radiation efficiencies are also proved over the entire frequency range. Finally, a second prototype targeting performances in compactness and based on multiple lenses is proposed and studied, showing similar performances as the first solution fabricated and measured.

Ce travail de thèse concerne la modélisation du canal de propagation dans les milieux industriels. Dans ce contexte, le canal de propagation a un comportement différent de celui classiquement rencontré en indoor. Cela est dû à l'aménagement des bâtiments qui sont plus grand et ouverts ainsi qu'à la présence de machines, d'objets mobiles et d'autres matériaux métalliques rencontrés dans ces environnements. Ainsi, les modèles de canaux indoor existants ne sont plus valides. L'utilisation de modèles déterministes comme alternative est possible mais limitée en raison du temps de calcul qui en découle.Pour répondre à cette problématique, nous proposons un modèle hybride de canal s'inspirant d'une méthode à tracer de rayons 3D et du modèle WINNER. L'originalité de ce modèle repose sur son caractère hybride consistant, en prétraitement, à partitionner l'environnement en zones de visibilité ou de non-visibilité «faible» et «forte» sur des critères déterministes liés à la propagation des ondes. Un modèle statistique, type WINNER, reprenant le concept de cluster est ensuite "joué" au sein de chacune des ces zones reproduisant ainsi fidèlement l'évolution des paramètres caractéristiques des clusters identifiés. Nous avons validé notre modèle en le comparant d'abord à un modèle déterministe et ensuite à la mesure. Sa robustesse ainsi que celle de WINNER sont testées en les simulant dans trois environnements différents et en les comparant au modèle déterministe à tracer de rayons. / This thesis focuses on the modeling of the propagation channel in industrial environments. In this context, the propagation channel has a different behavior than typically encountered in indoor. This is due to the construction of buildings that are larger and open and the presence of machines, moving objects and metal materials encountered in these environments. Thus, the existing indoor channel models are not valid. Using deterministic models as an alternative is possible, but limited by the computing time.To address this problem, we propose a hybrid channel model for communications in industrial environments inspired by a ray tracing method and Winner model. The originality of this model is its hybrid nature consisting, in preprocessing, in partitionning the environment in areas of visibility or non-visibility «weak» and «strong» based on deterministic criteria related to the wave propagation. A statistical model, as WINNER , using the concept of cluster is then played in each of these areas and faithfully reproducing the evolution of the characteristic parameters of the identified clusters. We have validated our model by comparing it firstly to a deterministic model and then to measurement. Its robustness as well that of WINNER are tested by simulating them in three different environments and by comparing them with the deterministic model.

Cette thèse est dédiée à l'extension du Tracé de Rayons Vectoriels Complexes (TRVC) développé au laboratoire et son application à la caractérisation des particules non-sphériques. Dans divers domaines de recherche, tels que la mécanique des fluides et la combustion, nous devons mesurer les caractéristiques des particules. Parmi les différents types de techniques de mesure, la métrologie optique est largement utilisée grâce à sa précision et sa fiabilité. Cependant, la forme des particules est souvent considérée comme sphérique principalement à cause du manque de moyens pour prédire avec précision l'interaction de la lumière avec de grandes particules non-sphériques. TRVC a été développé pour répondre à ces besoins. Il est basé sur le modèle de rayons mais une amélioration radicale a été apportée dans ce nouveau modèle par l'introduction d'une nouvelle propriété dans la notion de rayons lumineux - la courbure de front d'onde. Dans cette thèse, le modèle est appliqué à réexaminer la théorie d'Airy. Il a été montré que TRVC prédit mieux les intensités et les positions des lobes secondaires dans les arcs-en-ciel d'une particule sphérique que la théorie d'Airy. Ensuite, TRVC est appliqué à l'étude des propriétés des arcs-en-ciel formés par les ellipsoïdes allongé et aplati. Il est montré que TRVC peut prédire analytiquement les positions et les intensités de lobes secondaires dans les arcs-en-ciel d’une particule sphéroïdale lorsqu’elle est éclairée par une onde plane dans le plan symétrique. Les pics dus à l'effet focal d'une particule sphéroïdale aplatie ont également été évalués analytiquement en utilisantle facteur de divergence de TRVC. Un système de mesure est aussi mis en place dans le laboratoire pour la diffusion de la lumière par des gouttes pendantes. Il a été montré que le rapport des intensités des deux premiers arcs-en-ciel est sensible à l'ellipticité d'un sphéroïde équivalent. Ceci ouvre un champ d'application potentiel pour caractériser la déformation d'une goutte pendante. / This thesis is dedicated to the extension of Vectorial Complex Ray Model (VCRM)developed in the laboratory and its application in the characterization of large nonspherical particles. In various research domains, such as the uid mechanics and the combustion field, we need to measure the characteristics of the particles. Among di_erent kinds of measurement techniques, the optical metrology is largely employed due to its advantage of being accurate, reliable and non-intrusive. However, in many optical techniques, the shape of the particles is assumed to be spherical. The main reason of this limit is due to the lack of theoretical model to describe with precision the interaction of light with large non-spherical particles. The Vectorial Complex Ray Model has been developed to reply this demand. It is based on the ray model but a radical improvement has been done by introducing a new property the wave front curvatures in the ray model. In this thesis, the model is firstly applied to reexamine the Airy theory. It is shown that even in the case of spherical particle VCRM predicts better the intensity and positions of supernumerary bows of rainbow than the Airy theory. Then VCRM is applied to investigate the properties of the rainbows formed by a spheroidal (prolate or oblate) particle. It is shown that VCRM can predict analytically the positions and the intensity of supernumerary bows and the peaks due to the focal effect when it is illuminated by a plane wave in the symmetrical plane.The theoretical research results have been also applied to the experimental characterization of a pendant drop. The intensity ratio of the two first orders of rainbow is shown sensible to the aspect ratio of the equivalent spheroid and it opens a potential to develop a measurement technique to characterize the deformation of pendant drop.

Cette thèse porte sur le développement d'outils et de méthodes pour l'étude des systèmes de localisation Ultra Large Bande en milieu intérieur. Le travail de thèse a été mené pour partie dans le cadre du projet Européen FP7 WHERE2, portant sur la localisation coopérative dans les réseaux cellulaires. La thèse utilise pour sa partie validation des données obtenues dans le cadre de ce projet. La thèse comporte 4 grandes parties. Une première partie présente un outil de raytracing basé sur une description à base de graphes. Afin de pouvoir adresser les problématiques de simulation de la mobilité, l'outil introduit le concept nouveau de signature ainsi qu'un formalisme vectorisé permettant l'accélération du calcul du champ sur les rayons obtenus. Une seconde partie concerne les techniques de localisation utilisées en intérieur et propose une technique originale basée sur des approches ensemblistes. Cette technique est évaluée et comparée à des techniques alternatives comme le des moindres carrés pondérés ou le maximum de vraisemblance. Tirant partie des spécificités de la méthode précédente, une méthode basé sur un test d'hypothèse est décrite. Cette dernière propose d'exploiter les données de puissance reçue (largement disponible en pratique) pour lever les ambiguïtés multimodales dans les cas de carence d'observables précis. Une troisième partie présente 3 aspects de la plateforme dynamique. Tout d'abord un modèle de mobilité réaliste basé sur les «steering behaviors», puis la description sous forme de graphe du réseaux sans fils et enfin un protocole simplifié de communication inter agents. La quatrième partie exploite des données radio obtenues lors d'une campagne de mesure pour valider les différents étages de la plateforme et les algorithmes de localisation proposés. / This thesis focuses on the development of tools and methods dedicated for ultra wide band (UWB) localization systems in indoor environment. The thesis work was conducted within the European FP7 project Where2, about the cooperative localization in cellular networks. Data from a measurement campaign conduct during the project are used to validate the proposed algorithms. This thesis is divided in four parts : The first part is focused on the description of an original raytraing tool based on a graph description. In order to be compliant with the requirement of a mobile simulation, a new concept of rays signature enabling incremental computation, and a vectorized formalism for processing rays are described and implemented. The second part is focused on the indoor localization techniques, where a novel technique based on interval analysis approaches is presented and compared to alternative techniques. Advantageously using this approach, a specific processing based on an hypothesis testing method using received power observations to resolve ambiguities appearing in under determined localization problems is described. A third part describes different aspects of the dynamic platform. In particular a realistic mobility model based on ''steering behaviors'', a graph description of the network scene and an inter agents communication protocol are detailed. The fourth section uses measured data obtained from an heterogeneous measurement campaign to validate both the developed software platform and the proposed localization algorithms.