Le projet HODISS dans le cadre duquel s'effectue nos travaux adresse la problématique de la synchronisation globale des systèmes complexes sur puce (System-on-Chip ou SOCs, par exemple un multiprocesseur monolithique). Les approches classiques de distribution d'horloges étant devenues de plus en plus obsolètes à cause de l'augmentation de la fréquence d'horloge, l'accroissement des temps de propagation, l'accroissement de la complexité des circuits et les incertitudes de fabrication, les concepteurs s’intéressent (pour contourner ces difficultés) à d'autres techniques basées entre autres sur les oscillateurs distribués. La difficulté majeure de cette dernière approche réside dans la capacité d’assurer le synchronisme global du système. Nous proposons un système d'horlogerie distribuée basé sur un réseau d’oscillateurs couplés en phase. Pour synchroniser ces oscillateurs, chacun d'eux est en fait une boucle à verrouillage de phase qui permet ainsi d'assurer un couplage en phase avec les oscillateurs des zones voisines. Nous analysons la stabilité de l'état synchrone dans des réseaux cartésiens identiques de boucles à verrouillage de phase entièrement numériques (ADPLLs). Sous certaines conditions, on montre que l'ensemble du réseau peut synchroniser à la fois en phase et en fréquence. Un aspect majeur de cette étude réside dans le fait que, en l'absence d'une horloge de référence absolue, le filtre de boucle dans chaque ADPLL est piloté par les fronts montants irréguliers de l'oscillateur local et, par conséquent, n'est pas régi par les mêmes équations d'état selon que l'horloge locale est avancée ou retardée par rapport au signal considéré comme référence. Sous des hypothèses simples, ces réseaux d'ADPLLs dits "auto-échantillonnés" peuvent être décrits comme des systèmes linéaires par morceaux dont la stabilité est notoirement difficile à établir. L'une des principales contributions que nous présentons est la définition de règles de conception simples qui doivent être satisfaites sur les coefficients de chaque filtre de boucle afin d'obtenir une synchronisation dans un réseau cartésien de taille quelconque. Les simulations transitoires indiquent que cette condition nécessaire de synchronisation peut également être suffisante pour une classe particulière d'ADPLLs "auto-échantillonnés". / The HODISS project, context in which this work is achieved, addresses the problem of global synchronization of complex systems-on-chip (SOCs, such as a monolithic multiprocessor). Since the traditional approaches of clock distribution are less used due to the increase of the clock frequency, increased delay, increased circuit complexity and uncertainties of manufacture, designers are interested (to circumvent these difficulties) to other techniques based among others on distributed synchronous clocks. The main difficulty of this latter approach is the ability to ensure the overall system synchronization. We propose a clock distribution system based on a network of phase-coupled oscillators. To synchronize these oscillators, each is in fact a phase-locked loop which allows to ensure a phase coupling with the nearest neighboring oscillators. We analyze the stability of the synchronized state in Cartesian networks of identical all-digital phase-locked loops (ADPLLs). Under certain conditions, we show that the entire network may synchronize both in phase and frequency. A key aspect of this study lies in the fact that, in the absence of an absolute reference clock, the loop-filter in each ADPLL is operated on the irregular rising edges of the local oscillator and consequently, does not use the same operands depending on whether the local clock is leading or lagging with respect to the signal considered as reference. Under simple assumptions, these networks of so-called “self-sampled” all-digital phase-locked-loops (SS-ADPLLs) can be described as piecewise-linear systems, the stability of which is notoriously difficult to establish. One of the main contributions presented here is the definition of simple design rules that must be satisfied by the coefficients of each loop-filter in order to achieve synchronization in a Cartesian network of arbitrary size. Transient simulations indicate that this necessary synchronization condition may also be sufficient for a specific class of SS-ADPLLs.

La conception de circuits intégrés est aujourd'hui une tâche extrêmement complexe. Cela pousse les concepteurs à adopter une approche modulaire, où chaque bloc fonctionnel est décrit de manière indépendante. Ces blocs fonctionnels, appelés composants virtuels, sont vendus par leurs concepteurs à des intégrateurs système qui les utilisent dans des projets complexes. Cette division a pour conséquence une hausse inquiétante des cas de copie illégale des composants virtuels. Afin de lutter contre cette menace sur la propriété intellectuelle des concepteurs, l'objectif de cette thèse était de mettre au point un système complet d'activation à distance de composants virtuels, permettant au concepteur de savoir exactement combien de composants virtuels sont effectivement utilisés. Pour cela, les deux premières contributions de cette thèse portent sur la modification de la logique combinatoire d'un composant virtuel afin de le rendre activable. La première méthode permet de forcer les sorties à une valeur fixe de manière contrôlée. La seconde est une technique efficace de sélection de nœuds à altérer, encore une fois de manière contrôlée, afin de rendre le composant virtuel temporairement inutilisable. La troisième contribution de cette thèse est une méthode légère de correction d'erreurs à appliquer aux réponses issues des fonctions physiques non-clonables, qui constituent un identifiant intrinsèque des instances du composant virtuel. Réutilisant un protocole de correction d'erreurs issu de l'échange quantique de dés, cette méthode est beaucoup plus légère que les codes correcteurs d'erreurs classiquement utilisés pour cette application / Designing integrated circuits is now an extremely complex task. This is why designers adopt a modular approach, where each functional block is described independently. These functional blocks, called intellectual property (IP) cores, are sold by their designers to system integrators who use them in complex projects. This division led to the rise of cases of illegal copying of IP cores. In order to fight this threat against intellectual property of lP core designers, the objective of this PhD thesis was to develop a secure remote activation scheme for IP cores, allowing the designer to know exactly how many IP cores are currently used. To achieve this, the first two contributions of thesis thesis deal with the modification of combinational logic of an IP core to make it activable. The first method allows to controllably force the outputs to a fixed logic value. The second is an efficient technique to select the nodes to controllably alter, so that the IP core is temporarily unusable. The third contribution of this thesis is a lightweight method of error correction to use with PUF (Physical Undonable Functions) responses, which are an intrinsic identifier of instances of the lP core. Reusing an error-correction protocol used in quantum key ex.change, this method is much more lightweight than error-correcting

Les modèles techniques agricoles fondés sur l’utilisation de produits phytopharmaceutiques (pesticides) ont des impacts environnementaux et sanitaires face auxquels les pouvoirs publics affichent la volonté d’une « transition écologique ». Dans ce contexte, on s’interroge de plus en plus sur la notion de verrouillage technologique pour comprendre la persistance de ces modèles et les obstacles au développement d’alternatives techniques moins consommatrices de ces produits (Cowan, Gunby, 1996 ; Vanloqueren, Baret, 2008). Les analyses mettent en avant l’importance des dimensions cognitives pour expliquer les situations de verrouillage (influence des cadres cognitifs et normes pour l’action, dispositifs matériels d’accès aux connaissances techniques – Stassart, Jamar, 2009 ; Labarthe, 2010). Parallèlement, la « participation » est souvent invoquée comme un moyen d’améliorer la mobilisation des connaissances dans les situations de choix technologiques (Barber, 1984 ; Callon et al., 2001…).L’objectif de cette thèse est de mettre à l’épreuve cette conviction sur la participation, à partir de l’étude du cas de l’agriculture de conservation (AC) en France et au Brésil. L’AC est un modèle technologique innovant qui émerge comme « candidat » à l’agriculture durable dans le débat public, en dépit de la dépendance de certaines techniques à l’utilisation d’herbicides.Pour comprendre les effets de la participation sur la capacité des acteurs à accéder aux connaissances et à faire des choix technologiques, la thèse analyse la façon dont l’idée de participation se décline concrètement dans le régime d’accès aux connaissances en agriculture. L’évolution de la politique agricole en France et le passage d’un référentiel « modernisateur » à un « référentiel de marché » (Muller, 2000) a fait l’objet de nombreuses études, mais peu souvent menées depuis le point de vue des connaissances. Or, de profonds changements sont en cours, suite au tournant libéral des années 1990 et à la transformation du rôle de l’Etat vers la mise en œuvre d’une régulation par l’information (Majone, 1996). L’analyse de ces transformations en France révèle que l’Etat ne s’est pas doté des dispositifs institutionnels et matériels adéquats pour assurer cette fonction de régulation dans le domaine de l’agriculture et de l’utilisation des pesticides. Dans ce contexte, la participation est invoquée pour organiser de grandes consultations nationales (Grenelle de l’Environnement) visant à produire du consensus sur des sujets controversés, tandis que les moyens matériels d’accès à des connaissances adéquates pour évaluer et débattre des options technologiques font défaut dans les services de l’Etat et auprès d’autres acteurs du débat public. adéquats La participation est aussi utilisée pour renvoyer l’innovation à des dispositifs locaux « en partenariat » ou « en réseaux » associant public et privé (et notamment les firmes d’amont fournisseuses de produits phytopharmaceutiques, porteuses de conflits d’intérêt), où les moyens mutualisés pour l’accès aux connaissances manquent. L’analyse des réseaux d’action publique impliqués dans le développement de l’AC confirme cette fragmentation croissante des conditions d’accès aux connaissances, entre accumulation des ressources cognitives par les firmes, et inégalités d’accès aux connaissances entre agriculteurs développant des alternatives. Dans ce contexte, la référence à « la participation » ne permet pas de compenser ces changements structurels à l’œuvre, et masque au contraire le retrait de l’Etat d’une politique volontariste en faveur de la réduction de pesticides et la perte d’un certain nombre de ses prérogatives liées aux connaissances. La dimension comparative avec le Brésil permet de confirmer l’existence de tels effets « pervers » en termes de dépolitisation des débats sur les évolutions du régime d’accès aux connaissances. / Intensive use of pesticides in agriculture has environmental and sanitary impacts that led to the need for less harmful techniques. Policy makers are claiming for an “ecological transition” of the sector but they are facing technological lock-ins : pesticides-based solutions remain dominant because of institutional and cognitive factors that prevent the development of other alternatives (Cowan, Gunby, 1996; Vanloqueren, Baret, 2008…). In this context, the idea of enlarging the participation of new actors in technological decisions has gained success as it is supposed to enlarge the range of available evidence and lead to better and fairer technological choices (Barber, 1984; Callon et al., 2001; Elgert, 2010)This PhD research aims at questioning the idea of participation as a way to unlock technological lock-ins , using the case of Conservation Agriculture (CA) in France and Brazil, an innovation presented as based on participatory dynamics of R&D and a way to achieve sustainable agriculture, in spite of the dependence of some practices on an intensive use of herbicides. Data was collected from academic literature, documentary analysis, and semi directive or collective interviews with 51 actors both in France and Brazil. Results show the deep changes the regime of knowledge in agriculture has undergone in the last decades under the liberalization of the sector- and why referring to the idea of participation is unefficient to counterbalance these structural changes, or can even have perverse effects.Academic literature described the evolution of agricultural policies, at the international, European and French levels, analyzing the “environmental” turn of the 1980s and the “liberal” turn of the 1990s-2000s (Fouilleux, 2003; Muller, 2000; Trouvé, 2007). But few studies focused on the impacts these changes had on how decision makers and farmers have access to scientific and technical evidence to innovate and cope with new situations. This PhD research shows how the regime of knowledge in France evolved from the modernization period (1960s) - when access to reliable evidence was an issue of public concern and funding in the State administrations and extension services; to a turning point in the 2000s when the State progressively disengaged from the debate on the technological trajectory of the sector and private firms became more and more implicated. In the case of CA, the results of a policy networks analysis show the concentration of material resources to produce robust evidence (R&D, extension services, databases ) in the hands of private firms wishing to develop technological packages based on the use of pesticides. On the other hand, local farmers trying to reduce their consumption of pesticides lack resources to systematically evaluate the innovations they produce.In this context, the idea of participation refers to organizing big national consultations (as the Grenelle de l’Environnement) that rather aim at producing consensus than shedding light on existing controversies and alternatives. It is also used to discharge the responsibility for producing pesticide-less alternatives to different kinds of partnerships at a local level (sometimes associating private firms with commercial interests in selling pesticides).This research therefore shows that, besides other institutional and cognitive factors, the issue of accessing adequate evidence is of crucial importance to understand changes in policy making and the State and at the heart of great economic and socio-political conflicts. It also highlights the importance of taking into account structural determinants and evidence-related power games in order to evaluate the impacts of “participation” on improving technological choices.

Ce travail de thèse concerne le développement d’un laser à fibre générant des impulsions rectangulaires très énergétiques et accordables à l’échelle du temps et des impulsions géantes à haute énergie. En premier temps,nous avons développé un modèle numérique pour étudier la génération des impulsions rectangulaires dans un laser à fibre en forme de huit à double amplificateur.L’objectif est de montrer l’impact de l’effet non linéaire induit par la fibre micro structurée sur le contrôle de la durée d’impulsion rectangulaire générée par le laser. Un ensemble de paramètres laser nous a permis ainsi de générer des impulsions rectangulaires à haute énergie dans le régime de la résonance du soliton dissipatif (DSR). En plus, plusieurs expériences ont été mises en place pour optimiser la génération de l’impulsion DSR en termes d’énergie et de durée.Toujours sur le plan expérimental, des impulsions géantes à haute énergie à partir du laser à fibre verrouillé en phase couplé à un retard optique ont été obtenues. Cela nous a permis de générer une large plage de durée d’impulsion à l'échelle de μs à taux de répétition faible dans des cavités utilisant des absorbants saturables artificiels. / This work deals with the development of a fiber laser generating high energy and width tunable square pulses and high-energy giant pulses. First, we have developed a numerical model to study the generation of rectangular pulses in a double amplifier fiber laser. The objective is to study the impact of the non-linear effect induced by the microstructured optical fiber on the control of the square pulse duration. A set of laser parameters allowed us to generate high energy square pulses in the dissipative soliton resonance (DSR) regime. In addition, several experiments have been set up to optimize the generation of the DSR pulse in terms of energy and duration. Experimentally, high energy giant pulses from a passively mode-locked fiber ring laser coupled to a long external cavity are obtained. This allowed us to generate a wide range of pulse duration of μs at a low repetition rate in cavities using artificial saturable absorbers.

Un laser à fibre de puissance dans une configuration à gestion de dispersion a été réalisé. Le laser est à verrouillage de modes passif par Rotation Non-Linéaire de la Polarisation (RNLP). La disponibilité de fortes puissances de pompage nous a permis de générer une grande diversité de régimes à impulsions multiples. Ces régimes multi-impulsionnels sont caractérisés par des dynamiques riches et variées : multi-stabilité et phénomène d'hystérésis ; évolution analogue à une transition de phase de la matière ; génération d'un gaz, d'un liquide, d'un colloïde et d'un cristal de solitons . . . etc. Les expériences ont été réalisées avec un laser à fibre à double gaine dopée à l'erbium. La dispersion totale de la cavité est ajustée par un tronçon de fibre à dispersion décalée. Le laser fonctionne soit en régime à impulsion étirée (dispersion totale normale) soit en régime solitonique (dispersion totale anormale). Sur le plan théorique et pour mieux comprendre le fonctionnement et les dynamiques inhérentes à notre système, deux modèles ont été développés. Nous donnons une analyse théorique détaillée de la génération d'un réseau de solitons liés ("cristal" de solitons). Cette structuration spontanée est décrite théoriquement au moyen d'une approche multi-échelles de la dynamique du gain : l'évolution d'un petit excès de gain est responsable de la stabilisation d'un train périodique d'impulsions, alors que l'évolution lente de la valeur moyenne du gain explique la longueur finie de ce train de solitons, qui n'est à cette échelle que quasi-périodique. Cette analyse permet de calculer le nombre d'impulsions formant le train à partir des paramètres physiques du laser.

L'intégration optoélectronique d'un récepteur dans une transmission sur fibre optique concerne l'assemblage de trois principales fonctions : la photodétection, la récupération d'horloge et la régénération des données. Cette thèse contribue au développement d'un tel concept avec, d'une part, l'étude d'une structure de photodiode appelée UTC (Uni-Travelling Carrier) compatible avec le transistor bipolaire à double hétérojonction (TBdH), et d'autre part, la réalisation dans cette même technologie TBdH d'un oscillateur commandé en tension ou VCO (Voltage-Controlled Oscillator) pour la récupération d'horloge et des données à 40 et 43 Gbit/s. La photodiode UTC présente de très bonnes performances en bande passante et en courant de saturation par rapport à la photodiode PIN classique. La première partie de ce travail présente une étude approfondie de la structure UTC ainsi que son intégration avec la structure TBdH sur substrat InP. La compatibilité entre ces deux structures a été validée avec quelques critères à respecter. En particulier, le dopage et l'épaisseur de la base constituent les principaux compromis entre la sensibilité et la rapidité du dispositif. Le VCO de type différentiel permettra, après intégration dans une boucle à verrouillage de phase ou PLL (Phase-Locked Loop), de générer un signal stable fournissant deux phases d'horloge complémentaires aux circuits numériques, notamment au circuit de décision utilisé pour la régénération des données. L'architecture « à varactor interne » choisie offre un fort potentiel pour la réalisation des VCO de très hautes fréquences. Le circuit VCO réalisé au cours de cette thèse présente de bonnes performances en plage d'accord (10%) autour de la fréquence d'oscillation de 45 GHz. La précision de cette fréquence est liée aux modèles du transistor et de la ligne coplanaire utilisés dans la simulation, ainsi qu'à la reproductibilité technologique. Ces résultats permettent de franchir une étape importante et nécessaire à la réalisation d'un récepteur monolithique à base de TBdH InP pour les applications à très haut débit.

Dans un système radio communication pour les applications hautes fréquences (>300 mhz), la partie frontal RF est généralement analogique et alors moins compatible avec la partie numérique bande de base. La consommation d'énergie, la surface et le cout de la partie analogique sont importants par rapport a la partie numérique. La migration vers des systèmes numériques apporte plusieurs avantages des conceptions numériques comme la possibilité d'utiliser des outils de CAD computer aided design, de plus les circuits numériques sont plus faciles a tester, plus petit en surface et leur temps de conception est plus court contrairement aux circuits analogiques qui demande plusieurs itérations de fabrication avant leur commercialisation. Une PLL est un composant dont les signaux sont analogiques ou mixtes. Alors qu'une ADPLL est une boucle dont tous les signaux d'entrées/sorties sont numériques. Une ADPLL est plus facilement intégrée sur un soc qu'une boucle analogique et plus robuste au bruit qui vient de la partie numérique bande de base. Dans ce mémoire on propose dans le premier chapitre un modèle comportemental de l'ADPLL pour les applications radio autour de 2ghz comme le GSM et le bluetooth. Le modèle linéaire variant en temps (LTV) du bruit de phase de l'oscillateur est intègre dans un modèle haut niveau de l'ADPLL en utilisant VHDL-AMS. Dans le deuxième chapitre on propose une conception portable de l'ADPLL pour les applications TV. L'ADPLL conçue contient un oscillateur en anneau interpolateur contrôle numériquement et un convertisseur temps en numérique TDC base sur le DCO pour une réduction de la consommation de puissance.

Cette étude porte sur les apports de l'automatique dans les systèmes intégrés sur Silicium pour la synthèse de radio-fréquences de l'ordre du Giga-Hertz avec une pureté spectrale optimale. La base des architectures qui réalisent cette fonction repose sur celle des boucles à verrouillage de phase (PLL). Ce travail se positionne par rapport aux di érents modèles existants et apporte des améliorations pour l'étude du bruit de phase et de la robustesse de ces systèmes non linéaires avec entre autres un outil pour l'analyse de la stabilité et de la robustesse semi globale. Ces travaux ont permis l'optimisation d'une nouvelle architecture fractionnaire réalisée et testée. L'approche systémique propre à l'automatique a aussi permis d'améliorer les performances des architectures numériques grâce à un observateur et un contrôleur robuste de type Hinfini. Leur implémentation sur Silicium est rendue possible grâce à des algorithmes qui visent à réduire la surface du circuit.

Un nombre croissant d'applications telles que le micro-usinage ou le diagnostique de composants électroniques nécessitent de fortes puissances moyennes dans différentes gammes de longueurs d'onde (infra-rouge à 1030 nm, vert à 515 nm ou ultra-violet à 343 nm). Ces fortes puissances moyennes lasers ne sont généralement atteignables qu'à l'aide d'architecture laser de type MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). C'est dans cette optique que la société Eolite Systems veut développer ses propres oscillateurs car elle maitrise déjà l'amplification à l'aide de fibres de type barreau à large aire modale. Le développement d'oscillateurs picosecondes de fortes puissances moyennes est ainsi une brique essentielle dans la chaîne d'amplification globale. Dans le cadre d'un contrat CIFRE entre Eolite Systems et le Laboratoire Onde et Matière d'Aquitaine de l'Universitéde Bordeaux 1, nous avons développé différents laser dont la puissance moyenne est supérieure à 10W, à une cadence de 74 MHz. La durée des impulsions générées s'étend de 20 ps à 130 fs. Le fonctionnement de ces différents lasers repose sur l'utilisation de la rotation non-linéaire de polarisation dans la fibre optique qui, dans le régime de fonctionnement à dispersion normale, permet d'atteindre le verrouillage en phase des modes et ainsi la génération d'impulsions d'énergie de l'ordre de 150nJ. Nous avons développé un code de simulation numérique afin de rendre compte de la dynamique des impulsions dans la cavité. Les résultats obtenus à l'aide de ce code sont en bon accord avec ceux obtenus lors des différentes expériences.

Nous explorons les dynamiques de synchronisation des lasers solides fonctionnant sur deux états propres de polarisation. Ce type de laser présente l'intérêt de pouvoir générer des fréquences de battement très stables dans une gamme de fréquence du Hz au THz. Cette thèse en tire parti pour étudier plusieurs mécanismes d'accrochage de fréquence dans ces lasers. Tout d'abord, nous construisons un laser bipolarisation doté d'un miroir à réflectance saturable (SESAM). Cela lui permet de fonctionner dans un régime pulsé où tous les modes longitudinaux oscillent en phase, et ce sur les deux états propres du laser. On démontre également que les états de polarisation d'impulsions successives forment des séquences dont nous détaillons les caractéristiques. Un phénomène particulier est observé dans ce laser : si la fréquence de battement est choisie égale à la moitié de l'intervalle spectral libre du laser, les deux peignes de fréquences associés aux deux états propres se synchronisent. Dans un second temps, nous soumettons un laser bi-fréquence à une réinjection optique décalée en fréquence. De cette manière, nous sommes capable de transférer, sur la fréquence de battement du laser, la stabilité d'un synthétiseur radio-fréquence, utilisé comme référence. Ce résultat est obtenu tant en régime continu que pulsé. Enfin, conjointement à la réinjection décalée en fréquence, nous utilisons les oscillations de relaxation d'un laser de classe B pour induire un régime où la fréquence de battement est synchronisée sur une référence externe, mais pas sa phase. Incidemment, des dynamiques particulières d'intensités sont observées en sortie du laser.