Dissertations / Theses on the topic 'Capteur de déplacement haute résolution'

Le développement des capteurs de déplacement à hautes performances du point de vue de la limite de résolution et de l’étendue de mesure, est devenu une demande croissante pour les systèmes mécaniques et mécatroniques. Ce mémoire présente la modélisation, la conception et la fabrication d’un capteur innovant permettant la mesure in-situ et en temps réel du déplacement linéaire d’un axe en mouvement de rotation. Ce capteur est caractérisé par une grande étendue de mesure d’une dizaine de millimètres et par une résolution micrométrique. Après une étude bibliographique portant sur les applications industrielles de ce capteur, une modélisation géométrique de la réflexion de lumière par une surface convexe a été développée. Ce modèle calcule l’intensité lumineuse détectée par le capteur en fonction du rayon de courbure de la surface. Il a montré que la sensibilité augmente en fonction du rayon de courbure (Rc) et que la résolution est optimale pour (Rc=20 mm). Ce modèle géométrique a été validé par des essais expérimentaux dont les résultats ont montré une chute de la sensibilité pour des rayons inférieurs à (Rc= 15 mm). Pour cette raison, et afin de garantir le meilleur fonctionnement du capteur, le rayon de courbure choisi pour la fabrication du réseau de cônes imbriqués a été de 25 mm. Une fois le rayon de courbure optimal choisi, une modélisation géométrique de la mesure de déplacements linéaires sur une grande étendue de mesure par l’utilisation de deux sondes et d’un réseau à cônes imbriqués a été réalisée. La technique d’usinage de haute précision (UHP) a été présentée. Un premier prototype de ce réseau en alliage d’aluminium a été obtenu. Puis, le modèle géométrique a été optimisé pour mieux prendre en compte certaines contraintes de fabrication, ce qui a conduit à l’usinage d’un deuxième prototype ayant des paramètres géométriques légèrement modifiés et un meilleur état de surface pour mieux réfléchir la lumière. Enfin, la validation expérimentale du principe de mesure du capteur à fibres optiques (CFO) a été faite pour ces deux prototypes du réseau de cônes imbriqués, à l’aide d’un montage mécanique, ce qui a permis d’orienter au mieux les sondes du CFO en face du réseau. Cette validation a permis d’évaluer les performances du CFO. Pour le premier prototype, un recouvrement de 30 µm a été vérifié entre les deux signaux. Différentes vitesses de translation et de rotation on été appliquées ; où on a remarqué l’apparition des pics périodiques. Ces pics sont dus à un problème de balourd de l’axe de rotation de la broche ; en augmentant les valeurs de la vitesse de rotation, les pics s’atténuent, car l’inertie de la broche est supérieure. Pour cette raison, on a privilégié de travailler avec des vitesses de rotation élevées et une gamme de vitesse de translation tout en tenant compte de la fréquence d’acquisition. Pour le deuxième prototype, on a validé le principe de mesure avec deux sondes à fibres optiques. Un recouvrement suffisant a été mesuré entre les deux signaux. On a constaté qu’en acceptant davantage de non-linéarité, on augmente la largeur de la zone de recouvrement, ce qui facilite le basculement d’une sonde à l’autre et ainsi assure la continuité de la mesure sur une étendue millimétrique qui est fonction du nombre de cônes, mais l’exactitude de la mesure s’en trouve diminuée. En augmentant la vitesse de translation, on diminue le nombre des points acquis dans la zone de recouvrement, ce qui exige une fréquence d’acquisition plus élevée
The development of displacement sensors with high performances regarding the limit of resolution and the measurement range has become essential for different mechanical systems This Ph.D. presents the modeling, the design and the fabrication of an original fiber-optic sensor. lt is able to measure the linear displacement of a rotating axis. This sensor is characterized by a micrometric resolution on a measurement range of several millimeters. After a bibliography study related to the industrial applications of the sensor, a geometric model of the light reflection by a convex surface has been developed. This model calculates the light intensity detected by the sensor as a function of the radius of curvature (Re); the model shows that the sensitivity increases as a function of the radius of curvature of the reflector (Re) and the limit of resolution is optimal for (Re=20 mm). This geometric model had been experimentally validated; where it was found out that the sensitivity decreases for the radii of curvature less than 15 mm (Re= 15 mm). For that reason, and in order to ensure the best functionality of the sensor, the radius of curvature chosen for the fabrication of the canes assembled grating was 25 mm. Once the optimal radius of curvature fixed a geometric model for the linear displacement measurement on a long measurement range using two fiber-optic probes and one cones assembled grating has been developed. The first prototype of the cones assembled grating was obtained with a high precision turning machine on an aluminum alloy. Afterwards, a second prototype of the cones grating was fabricated; where several parameters have been optimized, such as: the non-inclusion of the fabrication constraints in the geometric model and a better surface roughness of the cones assembled grating. The high precision fabrication technique of the two prototypes was presented. Finally, the experimental validation of the sensor measurement principle with two fiber-optic probes with the help of a mechanical set-up was realized. The mechanical set-up is used to a better orientation of the probes in front of the grating. The experimental validation helped to evaluate the overall sensor performances. For the two prototypes, an overlap of 30 um was verified between two successive signals. Different translation and rotation speeds were applied; where periodical peaks were observed in the output signals. These peaks are due to an unbalanced rotation of the spindle axis of rotation; with high speed values, the peaks are attenuated due to the high inertia of the spindle. For this reason, it is preferred to work at high rotational speeds (20 tr./s) with a consideration of the sampling frequency. This sensor is characterized by a micrometric resolution, on a measurement range of about 10 mm

La demande croissante de systèmes mécaniques et mécatroniques miniatures exige la miniaturisation des composants ayant une fonction d'actionnement ou de mesure dans ces systèmes. Des capteurs miniatures, privilégiant un rapport entre la limite de résolution et l'étendue de la mesure de l'ordre de 10-5 à 10-6, s'avèrent alors des éléments incontournables. Ce mémoire présente la conception et la réalisation de deux capteurs à fibres optiques pour la mesure à haute résolution de déplacements linéaires et angulaires sur de grandes étendues utilisant un même principe. Après une étude bibliographique portant sur les capteurs optiques, une modélisation géométrique de la mesure de déplacements linéaires sur une grande étendue par l'utilisation de deux sondes et d'un réseau a été réalisée. Un premier réseau optique en alliage d'aluminium a été obtenu par Usinage Haute Précision. Puis, grâce à la micro fabrication du silicium, un second réseau a été réalisé dans le but d'améliorer les performances du capteur. Il a ainsi été permis de l'intégrer dans un système mécanique miniature avec une limite de résolution de 27,4 nm sur une étendue linéaire de 9 mm. En dupliquant ce principe, des mesures dans un plan ont été réalisées. Le deuxième capteur développé mesure des déplacements angulaires au moyen d'une sonde, contenant deux détecteurs et d'un miroir non structuré. Une modélisation a été réalisée et une bonne corrélation a été observée entre les résultats numériques et expérimentaux sur une étendue comprise entre -23,44° et +23,44° avec une limite de résolution optimale de 0,48xI0-3o. Enfin, après duplication de ce dernier principe, un inclinomètre bidimensionnel miniature a été réalisé
The request increasing of miniature mechanical and mechatronics systems requires the miniaturization of the components to have a function of actuation or ability to measure to these systems. Miniature sensors, privileging a ratio between the limit of resolution and the range of measurement of about a 10-5 to 10-6, are then elements impossible to circumvent. This Ph. D. Presents the design and the realization of two optical fibers sens ors for measurement with high resolution in two dimensions of linear and angular displacements on great range using the same principle. After a bibliographical study relating to the optical sensors, a geometrical modelling of the measure of linear displacements on a great range by the use of two probes and a grating was carried out. First, an optical grating in aluminium alloy was obtained by High Precision Machining. Then, thanks to the micro fabrication of silicon, a second grating was carried out with the aim of improving the sensor performances. It was thus allowed to be integrated in a miniature mechanical system with a limit of resolution of 27. 4 nm on a linear range of about 9 mm. By duplicating this principle, the measurements on a plane were carried out. The second sens or developed measures the angular displacements by means of a probe, containing two detectors and a mirror not structured. A model was made and a good correlation was observed between the numerical and experimental results on a range between -23. 44° and +23. 44° with an optimal limit of resolution of 0. 48 x 10-30. Lastly, after duplication of this last principle, a miniature two-dimensional inclinometer was carried out

L’objectif de la thèse est de réaliser un système de convoyage flexible permettant de déplacer des micro-objets. Ce système pourra être amené à être intégré dans une micro-usine ce qui nécessite une forte reconfigurabilité et une faible consommation d’énergie. Ces deux critères ont donc été considérés lors de la conception du système de convoyage. Ce dernier est basé sur un actionneur planaire électromagnétique, développé au sein du laboratoire Roberval, et sur une surface intelligente composée de 5 × 5 cellules élémentaires permettant chacune de déplacer la partie mobile dans les deux directions du plan et des rotations autour de l'axe perpendiculaire au plan. Un modèle analytique de l’actionneur a été développé afin de calculer les efforts électromagnétiques ainsi que le déplacement de la partie mobile. Ce modèle a été utilisé lors de la phase de conception du système de convoyage. Un prototype expérimental a ensuite été fabriqué et testé ce qui a permis de valider le principe de fonctionnement proposé. Des tests expérimentaux ont montré la possibilité de réaliser des déplacements de grande étendue dans les deux directions du plan. De multiples tests expérimentaux (pilotage en boucle ouverte, caractérisation des performances telles que rectitude de déplacement, répétabilité de positionnement, charge déplaçable, …) a été réalisée afin de qualifier les performances du système de convoyage. Les points sur la réalisation : - Une modélisation statique sous RADIA a été développée afin de concevoir la surface intelligente notamment la zone de transition entre deux cellules voisines. Une modélisation dynamique réalisée sous MATLAB a permis de simuler le comportement d’un moteur en boucle ouverte et en boucle fermée. - Un prototype de surface intelligente, composé d’un circuit imprimé multicouches (4 couches) de dimensions 130 mm x 130 mm, a été conçu sous EAGLE software. L’influence de la distance entre les deux premières couches a été étudiée à l’aide des modèles développés afin d'assurer un déplacement uniforme dans les deux directions. - Un test expérimental avec LABVIEW interface d'une cellule élémentaire de la surface intelligente avec une partie mobile composée de deux moteurs magnétiques orthogonaux a été réalisé et a permis de valider le fonctionnement du système de convoyage dans les deux directions du plan. - Une autre série de tests avec LABVIEW interface a été réalisée afin de valider expérimentalement le déplacement de la partie mobile avec la surface intelligente au niveau des zones de transition entre les cellules élémentaires. Ces tests expérimentaux ont montré des déplacements de grande étendue dans les deux directions du plan et de rotation autour de l'axe perpendiculaire au plan. Des déplacements de grande étendue et des rotations de la partie mobile ont été mesurés à l’aide d’une méthode de traitement d'image réalisée sous MATLAB. - Parallèlement, on a étudié un capteur à déplacement optique à haute résolution qui peut être intégré dans le convoyeur. Un algorithme robuste pour le traitement du signal de capteur à fibres optiques à haute résolution pour mesurer de déplacement est développé. Dans cet algorithme, la position optimale de la partie mobile est déterminée pour obtenir un basculement sans arrêt entre les sondes et l'algorithme est implémenté sous MATLAB et validée par la mise en œuvre des signaux expérimentaux. Ces travaux de thèse ont été publiés dans une revue internationale (Computers in Industry (COMIND)) et présentés dans des congrès internationaux (IEEE Sensors, REM Mechatronics, AIM, IWMF) pendant les années 2011 à 2016
The aim of the thesis is to provide a flexible conveyor system for moving micro-objects. The system may need to be integrated into a micro-factory which requires high reconfigurability and low power consumption. These two criteria have been considered in the design of the conveyor system. The conveyor is based on a planar electromagnetic actuator developed in the Laboratoire Roberval of the UTC, and on smart surface composed of 5 x 5 unit cells; each ceii moves th movable part in the two directions of the plane. An analytical model of the actuator has been developed in order to calculate the electromagnetic forces and the displacement of the mobile part. This modei has been used during the design phase of the conveying system. An experimental prototype is then manufactured and tested which has validated the proposed principle of operation. Experimental tests have shown the ability to perform wide area displacement in both directions of the plane. Numerous experimental tests (control in open loop and closed loop performance characterization as straightness of movement, position repeatability, coupled- decoupled analysis...) have been done to qualify the performance of the conveyor system. Experiments for rotations about the axis perpendicular to the olane have also been performed successfully. Work synthesis: - Static modeling under RADIA was developed in order to design the conveyor surface especially for the transitio zone between two neighboring cells. A dynamic modeling under MATLAB allowed to simulate the behavior of single axis motor in open loop and closed loop control. - A conveyor surface prototype, consisting of a multilayer printed circuit board (4 layers) of dimensions 130 mm x 130 mm, was designed under EAGLE software. The influence of the distance between the first two layers was studied using the developed models to ensure uniform displacement in both the directions. - The experimental tests (with LABVIEW interface) of an elementary cell of the intelligent surface with a moving part composed of two orthogonal magnetic motors has been carried out that allowed to validate the operation of the conveying system in both directions of the plane. - Another series of tests with LABVIEW interface were carried out in order to validate experimentally the displacement of the mobile part with the smart surface at the transition zones between the elementary cells. - These experimental tests showed displacements of great extent in the two directions of the plane and of rotation about the axis perpendicular to the plane. - Long displacements and rotations of the moving part were measured using image processing algorithm developed in MATLAB. - At the same time, a high resolution fiber optic displacement sensor was studied that can be integrated into the conveyor surface locally for the precise positioning. A robust signal processing algorithm for high resolution displacement measurement was developed. In this algorithm, - The optimum position of the movable part is determined in order to obtain a continuous switching betwee the two fiber optic probes ; - The usable parts of the signals obtained from two probes were then filtered to measure the displacement using interpolation method ; The algorithm is implemented under MATLAB and validated by the implementation of the experimental signals. The work have been published in an international journal (Computers in Industry (COMIND)) and presented at international congresses (IEEE Sensors, REM Mechatronics, AIM, IWMF) during the years 2011 to 2016

Les travaux présentés dans cette thèse s’appliquent à la caractérisation de propriétés mécaniques par la microscopie acoustique. Ils décrivent un capteur focalisé innovant qui autorise à la fois une topographie et une imagerie quantitative d’un matériau élastique. L’innovation consiste en la séparation des différents modes de propagation d’un matériau excité par une sonde focalisée multiélément. La mesure par temps de vol de la vitesse de propagation des modes de surfaces de matériaux élastiques et anisotropes offre une possibilité de quantification du module caractérisant l’élasticité : le module de Young. Le dimensionnement de la sonde multiélément qui est décrit ici est rendu possible grâce au développement d’un modèle de champs acoustiques permettant d’anticiper le champ rayonné par chaque élément. Un deuxième modèle traitant de l’étude temporel des signaux reçus par la sonde focalisée est aussi présenté pour vérifier le comportement discriminant de la sonde des différentes ondes pouvant se propager. La mesure de propriétés mécaniques par la sonde focalisée est appliquée à différents échantillons et propose des résultats cohérents avec une grande sensibilité. La possibilité de réaliser des images de propriétés mécaniques est ainsi démontrée. D’abord adaptée pour des fréquences de l’ordre de la trentaine de mégahertz, cette sonde possède un nombre limité d’éléments pour assurer une simplicité de conception et de fabrication permettant par la suite une miniaturisation du capteur pour atteindre des fréquences proches du gigahertz
The work presented in this thesis is applied to the characterization of mechanical properties by acoustic microscopy. It describes an innovative focused sensor that enables both topography and quantitative imaging of an elastic material. The innovation consists in the separation of the different propagation modes of a material excited by a focused multielement probe. Measuring the surface mode propagation velocity of elastic and anisotropic materials thanks to their time of flight provides a possibility of quantifying the module characterizing the elasticity: the Young's modulus. The dimensions of the multielement probe are described here and rely on an acoustic field model developed to anticipate the field radiated by each element. A second model studies the temporal behaviour of the focused probe and also verifies the discrimination of the different waves that propagate. The measurement of mechanical properties by the multielement probe is applied to different samples and provides consistent results with high sensitivity. The ability to produce images of mechanical properties is thus demonstrated. First suitable for frequencies near thirty megahertz, this sensor has a limited number of elements to ensure a simplicity of design and manufacture for a subsequent miniaturization of the sensor to achieve frequencies near the gigahertz

Nous présentons les travaux d'intégration d'une antenne acoustique sur une plateforme multi capteur. Nous avons réalise une étude bibliographique des algorithmes a haute résolution de localisation acoustique et, dans un contexte multi capteur, les contraintes temps réel nous ont fait opter pour la méthode root-music, avec moyennage spatial. Nous avons recense les paramètres nécessaires a l'implantation de cette méthode et avons étudie leur influence sur les performances des algorithmes. A l'aide de résultats expérimentaux, nous les avons fixes afin d'optimiser les localisations. Une telle optimisation passe souvent par un compromis rapidite-precision et certains paramètres pourront varier selon les applications. Nous étudions les possibilités de fusionner nos résultats avec des données provenant d'autres capteurs (homogènes ou heterogenes), principalement des capteurs visuels. Apres une description de la plateforme expérimentale, de l'antenne acoustique et de sa carte d'acquisition, nous présentons les scénarios réalises permettant de valider le rôle de l'acoustique dans ce contexte multi capteur: nous commençons par une simple localisation acoustique de source mobile, puis par des fusions acoustique vision. Pour réaliser les fusions de données, nous avons utilise un superviseur, afin de collecter, dater et traiter les données provenant des différents capteurs. Ces expérimentations nous ont montre les limites de l'acoustique et la nécessite de réaliser une calibration d'antenne. Nous avons remis en cause le modèle d'antenne utilise en envisageant des hypothèses de travail moins restrictives: hypothèses sur le modèle de bruit et sur le type de propagation des ondes sonores. Notons aussi que la complexité du modèle accroît les temps de traitement. La validation expérimentale du modèle a été rendue difficile par les conditions de mesure (présence d'échos)

Les technologies intégrées permettent de réaliser de véritables systèmes de mesure magnétique sur puce. Directement intégrables à l'aide de n'importe quel procédé de fabrication standard, les capteurs à effet Hall sont particulièrement attrayants pour la conception de magnétomètres performants à coût réduit. La première partie de cette thèse porte donc sur l'amélioration des performances de ce type de capteurs à l'aide de circuits électroniques. Nous démontrons qu'à l'aide d'un circuit spécifique associé à un capteur à effet Hall de géométrie particulière, il est possible d'atteindre n'importe quelle sensibilité absolue. Nous proposons également une nouvelle méthode pour s'affranchir totalement de l'effet de piezo-résistance à l'origine d'une sensibilité parasite. Les capteurs à effet Hall proposés sont particulièrement adaptés aux technologies basse tension ainsi qu'aux systèmes de mesure soumis à des vibrations. Grâce au développement des nanotechnologies, les composants à base de matériaux ferromagnétiques en couches minces et plus particulièrement les jonctions magnétiques à effet tunnel devraient bientôt faire partie des composants standards de l'industrie microélectronique. Nous avons donc étudié les potentialités de ce nouveau composant et, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons une nouvelle technique de mesure basée sur la technique du fluxgate étendue à deux dimensions et appliquée à la jonction magnétique à effet tunnel. Le magnétomètre développé permet de mesurer simultanément et de façon très localisée deux composantes d'un champ magnétique avec une très grande sensibilité. Tous les systèmes réalisés tendent à tirer le meilleur parti d'un élément sensible à l'aide de circuits électroniques spécifiques
Integrated technologies allow to develop magnetic measurement systems on chip. Since they can be integrated using any standard manufacturing process, Hall effect sensors are particularly attractive for low cost magnetometers design. Thus, the first part of this thesis is focused on the improvement of this type of sensors using electronic circuits. We demonstrate that the association of a specific circuit and a Hall effect sensor of a particular shape allows to reach any absolute sensitivity. We also propose a new method for canceling the piezo-resistance effect which is responsible for a parasitic cross-sensitivity. The developed Hall effect sensors are particularly useful for low voltage technologies and for measurement systems subjected to vibrations. Thanks to the rise of nanotechnologies, thin film ferromagnetic based devices and more particularly magnetic tunnel junctions should be part of the standard components of microelectronics industry very soon. Thus, in the second part of this thesis, we studied the potentialities of this new device and we propose a new measurement technique based on the fluxgate principle generalized to two dimensions and applied to the magnetic tunnel junction. The realized magnetometer allows to measure simultaneously and in a very localized way, two components of a magnetic field with a very high sensitivity. All the realized systems tends to benefit from a sensitive element using specific electronic circuits

La caractérisation a l'échelle moléculaire du désordre structural est un enjeu crucial dans de nombreux domaines de la chimie. La résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil de choix pour la caractérisation de solides désordonnés, inaccessibles par les méthodes de diffusion et diffraction. A travers l'amélioration et le développement de techniques multidimensionnelles, nous avons montré comment des corrélations de déplacement chimique et de couplages scalaires pouvaient renseigner sur la nature et l'origine du désordre structural. Notre approche tire profit des dernières avancées technologiques et méthodologiques de la RMN a haute résolution, couplée a des calculs de paramètres RMN par la méthode de fonctionnelle de la densité. Les applications de ces méthodes a des biopolymères, des silices organisées en feuillets et des composés cristallins légèrement désordonnés ouvrent de nouvelles voies dans le domaine de la caractérisation du désordre structural
The characterization at the molecular scale of structural disorder is a crucial issue for modern chemistry. To that end, nuclear magnetic resonance (NMR) plays a crucial role for characterizing disordered solids, which are barely accessible through diffusion or diffraction methods. Through the improvement and the development of new multidimensional techniques, we have shown that correlations of isotropic interactions such as chemical shifts and scalar couplings between neighboring nuclei can be used to get deep insights into the origin and nature of the structural disorder. Our approach combines state-of-the-art high resolution NMR and calculations of NMR parameters at the functional density level of theory. Applications of the our methods to biopolymers, locally-ordered layered silicates, and to slightly disordered crystalline species have provided new insights into these systems, and opened new fields for the fine characterization of structural disorder at the molecular scale

Ce projet de thèse aborde la question de l’intégration hétérogène de nanofils interconnectés sur des puces microélectroniques à destination de dispositifs de type MEMS et NEMS. Ces dispositifs visent à adresser la problématique globale qu’est le « More than Moore », c’est-à-dire la transformation des filières CMOS classiques pour permettre le développement de nouveaux micro et nano-composants intégrés.En particulier, ces dernières années, une variété de dispositifs à base de nanomatériaux ont vu le jour, conférant à des dispositifs de type micro-actionneurs et micro-capteurs de nouvelles fonctionnalités et/ou des performances accrues, e.g. en termes de résolution, sensibilité, sélectivité. Nous nous intéresserons ici à un certain type de nanostructures, les nanofils d’oxyde de zinc (ZnO), qui ont surtout été utilisés pour concevoir des dispositifs dont le principe de fonctionnement exploite l’effet piézoélectrique, souvent astucieusement combiné avec leurs propriétés semiconductrices. En effet, sous l’effet d’une contrainte mécanique ou d’un déplacement, les nanofils piézoélectriques génèrent un potentiel électrique (piézopotentiel). Si, en outre, les nanofils sont semiconducteurs, le piézopotentiel peut être utilisé pour contrôler un courant externe en fonction de la contrainte mécanique imposée au nanofil (effet piézotronique). L’avantage d’utiliser des nanostructures unidimensionnelles réside dans la modularité de leurs propriétés mécaniques et piézoélectriques en comparaison avec le matériau massif. Par ailleurs, leur intégration est aujourd’hui possible par des voies de croissance compatibles avec les procédés microélectroniques (CMOS/MEMS). Toutes ces considérations rendent possibles la conception de dispositifs très haute performance combinant la faible dimension des éléments fonctionnels (et donc une forte densité d’intégration synonyme de haute résolution spatiale) et leur sensibilité à des phénomènes d’échelle nanoscopique.Dans ce projet de thèse, on adoptera une vision très technologique de la conception de capteurs matriciels à base de nanofils piézoélectriques verticaux en ZnO. S’appuyant sur la prédiction des performances théoriques et la levée des verrous technologiques associés à la conception et la fabrication du capteur, cette étude s’attache à fournir des prototypes faisant la preuve de concept de ces dispositifs haute performance. Dans un premier temps, la réflexion s’articule autour de modèles multi-physiques par éléments finis (FEM) de la réponse piézoélectrique d’un seul nanofil en flexion, modèle que nous avons fait évoluer vers des pixels complets représentatifs d’un nanofil interconnecté dans une matrice. Sur la base de ces considérations, nous avons imaginé des moyens de caractérisation de la réponse piézoélectrique d’un fil, puis d’un pixel. Le banc de caractérisation mis en place a mis en évidence la complexité d’une mesure piézoélectrique systématique, calibrée et décorrélée des éléments environnants du pixel. Des solutions technologiques adéquates ont pu être imaginées et mises en œuvre à travers la réalisation de pixels élémentaires caractérisables et dont la réponse piézoélectrique peut être prédite théoriquement.Cette réalisation a fait appel à un développement en plusieurs étapes, incluant la croissance par voie chimique des nanofils en ZnO, puis la conception de la matrice d’électrodes contactant individuellement les nanofils. La première se découpe en deux étapes : d’abord le choix d’une couche de germination favorisant la croissance sur puce silicium et compatible avec les procédés de salle blanche ; ensuite le développement d’un procédé de croissance permettant la localisation des nanofils au sein d’une matrice d’électrodes. La seconde moitié du travail de fabrication a consisté à définir et à optimiser l’empilement technologique respectant toutes les considérations abordées jusqu’alors, et à définir les procédés technologiques aboutissant à la fabrication de la matrice finale
This thesis project deals with the question of heterogeneous integration of interconnected nanowires on microelectronics chips in a view to MEMS and NEMS type devices. These devices aim to address the global problematic of “More than Moore”, that is the transformation of classical CMOS microelectronics processes to enable the development of new integrated micro and nanocomponents.In particular, over the past few years, a variety of nanomaterial-based devices have arisen, revealing micro-actuators and micro-sensors with new functionalities and/or improved performances, e.g. in terms of resolution, sensitivity, selectivity. Here we will focus on a certain type of nanostructures, Zinc Oxide (ZnO) nanowires, which have mostly been used so far to design devices whose working principle exploits the piezoelectric effect, often judiciously combined with their semiconducting properties. Indeed, when submitted to a mechanical constraint or displacement, piezoelectric nanowires generate an electrical potential (piezopotential). If, in addition to this, nanowires are also semiconducting, the piezopotential can be exploited to control an external current as a function of the mechanical constraint imposed to the nanowire (piezotronic effect). The advantage of using one-dimensional nanostructures lies into the modularity of both their mechanical and piezoelectric properties, in comparison with the bulk material. Moreover, their integration is now possible thanks to growth processes compatible with microelectronic processes (CMOS/MEMS). All these considerations make it possible to design very high performance devices combining the very small dimension of their functional unit elements (hence a high integration density which implies a high spatial resolution) and their sensitivity to nanoscale phenomena.In this project, we will adopt a very technology-oriented vision of the design of vertically-aligned ZnO-piezoelectric-nanowire matrix-type sensors. Relying on theoretical performance predictions and technological choices to solve device design and fabrication issues, this study aims to produce proof-of-concept prototypes of these high performance devices. First of all, the design process is elaborated based on finite element multiphysics models (FEM) of the piezoelectric response of a single bent nanowire, which we upgraded towards complete pixels, representative of an interconnected nanowire within a matrix. Following these considerations, we have imagined means of characterization of the piezoelectric response of a wire, then of a pixel. The implemented characterization experiment highlighted the complexity of carrying out a systematic, calibrated piezoelectric measurement, decorrelated from the environment of the pixel. Adequate technological solutions could then be implemented through the fabrication of elementary pixels suitable for characterization and whose piezoelectric response could be predictively modeled.This technological part of the work encompassed several development stages, including the chemical growth of ZnO nanowires and the design of the electrode matrix contacting the nanowires individually. The former splits into two steps: first choosing a clean-room compatible seed layer which will favor growth on a Silicon chip; secondly developing a selective growth process enabling the localization of nanowires within a predefined matrix of electrodes. The second part of the fabrication work focused on defining and optimizing the technological stack with respect to all the above mentioned considerations, and implementing the technological processes yielding the final targeted matrix

Les capteurs d'images CMOS ont connu au cours des six dernières années une réduction de la taille des pixels d'un facteur quatre. Néanmoins, cette miniaturisation se heurte à la diminution rapide du signal maximal de chaque pixel et à l'échange parasite entre pixels (diaphotie). C'est dans ce contexte qu'a été développé le Pixel à Tranchées Profondes Capacitives et Grille de Transfert verticale (pixel CDTI+VTG). Basé sur la structure d'un pixel « 4T », il intègre une isolation électrique par tranchées, une photodiode profonde plus volumineuse et une grille verticale permettant le stockage profond et le transfert des électrons. Des procédés de fabrication permettant cette intégration spécifique ont tout d'abord été développés. Parallèlement, une étude détaillée des transistors du pixel, également isolés par CDTI a été menée. Ces tranchées capacitives d'isolation actionnées en tant que grilles supplémentaires ouvrent de nombreuses applications pour un transistor multi-grille compatible avec un substrat massif. Un démonstrateur de 3MPixels intégrant des pixels d'une taille de 1.75*1.75 μm² a été réalisé dans une technologie CMOS 120 nm. Les performances de ce capteur ont pu être déterminées, en particulier en fonction de la tension appliquée aux CDTI. Un bas niveau de courant d'obscurité a tout particulièrement été obtenu grâce à la polarisation électrostatique des tranchées d'isolation
CMOS image sensors showed in the last few years a dramatic reduction of pixel pitch. However pitch shrinking is increasingly facing crosstalk and reduction of pixel signal, and new architectures are now needed to overcome those limitations. Our pixel with Capacitive Deep Trench Isolation and Vertical Transfer Gate (CDTI+VTG) has been developed in this context. Innovative integration of polysilicon-filled deep trenches allows high-quality pixel isolation, vertically extended photodiode and deep vertical transfer ability. First, specific process steps have been developed. In parallel, a thorough study of pixel MOS transistors has been carried out. We showed that capacitive trenches can be also operated as extra lateral gates, which opens promising applications for a multi-gate transistor compatible with CMOS-bulk technology. Finally, a 3MPixel demonstrator integrating 1.75*1.75 μm² pixels has been realized in a CMOS 120 nm technology. Pixel performances could be measured and exploited. In particular, a low dark current level could be obtained thanks to electrostatic effect of capacitive isolation trenches

Asservissement par ordinateur de la mise en coïncidence et du déplacement en synchronisme des fonctions d'appareil de deux éléments optiques conjugués: un interféromètre de Fabry-Pérot à balayage par variations d'indice et un monochromateur à réseau. Pour l'asservissement du Fabry-Pérot, développement d'un capteur d'indice à haute résolution à partir d'un interféromètre de Michelson du type Sanders

Ce travail porte sur la faisabilité puis la réalisation d'un capteur de distances à haute résolution. Ce capteur doit permettre, à la différence de la plupart des dispositifs existants, en métrologie, non pas une mesure différentielle de la longueur, mais une mesure absolue de celle-ci. Le principe de base repose sur l'accordabilité en fréquence optique d'une diode laser. Cette accordabilité est réalisée en faisant varier le courant d'injection. Une connaissance présice du coefficient de conversion courant fréquence est alors exigée. Des techniques spécifiques pour la détermination de ce coefficient dans le domaine des basses fréquences de modulation (1 MHz) sont exposées. L'exploitation du signal est effectuée par une technique d'interférométrie par modulation continue de la fréquence (MCF). Celle-ci permet la détection de la phase du signal utile dans un système interférométrique simple. Ceci autorise l'accès, en temps quasi réel, à la différence de chemin optique. Avec une connaissance au préalable du coefficient de conversion mentionné, une mesure absolue de la distance optique est alors possible. Enfin, le problème posé par les variations de l'indice de l'air est abordé d'un point de vue théorique. Une correction tout-optique dans la mesure de distances en milieu perturbé est proposée

Les travaux présentés dans cette thèse concernent l'utilisation de données de télédétection inédites pour le suivi des glaciers du massif du Mont Blanc : les images radar à synthèse d'ouverture Haute Résolution (HR) du satellite TerraSAR-X et les prises de vue HR d'un appareil photo numérique automatique. Cette thèse s'attache à montrer l'apport de ces sources d'informations hétérogènes pour mesurer le déplacement de surface des glaciers alpins. Dans cette optique, un examen des méthodes de mesure de déplacement spécifiques à chacun des deux types d'images est réalisé. Deux approches sont alors explorées : la mesure de déplacement monosource dans la géométrie propre à chaque capteur et la mesure de déplacement multisource via des combinaisons intra-capteur et inter-capteur. Alors que l'approche monosource fournit uniquement des mesures 2D du déplacement, les mesures multisources permettent pour la première fois d'estimer des champs de déplacement 3D de la surface des glaciers du Mont Blanc. Les mesures ont été réalisées sur plusieurs séries temporelles d'images couvrant la période 2008-2009 pour quatre glaciers du massif du Mont Blanc (Argentière, Mer de Glace/Leschaux, Bossons et Taconnaz). Dans le contexte du changement climatique, ces mesures de déplacement de surface fournissent une donnée intéressante en glaciologie pour contraindre les modèles numériques d'écoulement et d'évolution des glaciers.

Cette thèse décrit plusieurs expériences en spectroscopie de réflexion sélective linéaire et non linéaire à une interface verre-vapeur atomique de césium. Après un chapitre introductif suivent deux chapitres essentiellement théoriques dans lesquels nous décrivons la réflexion sélective linéaire (rs), la réflexion sélective modulée en fréquence (rsfm) et l'interaction van der waals (atome-surface) à laquelle le signal rsfm est sensible. Dans le quatrième chapitre nous utilisons la rsfm avec prise en compte de l'interaction vdw pour mesurer des paramètres collisionnels tels que l'élargissement et le déplacement de la transition d2. Les cinquième et sixième chapitres comportent une étude théorique ainsi que des mesures expérimentales en rsfm de la structure zeeman de la raie d2 pour le régime des champs magnétiques intermédiaires ainsi qu'une étude des effets anisotropes induits par les termes quadrupolaires de l'interaction vdw. Le couplage vdw quadrupolaire est différent suivant l'orientation relative entre la direction du moment magnétique et le plan définie par la surface. Nous avons cherché à observer la signature spectroscopique de cette anisotropie en rsfm. Le septième chapitre présente une étude expérimentale de la saturation et du pompage optique hyperfin de la transition d2 avec une configuration à deux faisceaux, une pompe modulée en amplitude et une sonde tous les deux en incidence normale. Dans le huitième chapitre nous présentons la première observation des effets mécaniques de la force dipolaire exercée sur des atomes en cellule, due à un gradient d'intensité lumineuse formé par une onde évanescente au voisinage d'une interface vapeur de cs-diélectrique.

Cette thèse a pour objectif de développer un micro spectrophotomètre de haute sensibilité et de faible résolution pour analyses biochimiques. Dans ce cadre, un capteur d’image linéaire constitué de 32 pixels actifs a été conçu et réalisé dans une technologie CMOS 0. 8µm. L’élément photo sensible du pixel est un photodétecteur BDJ (Buried Double p-n Junction), qui permet la mesure d’éclairement et l’identification de longueur d’onde. L’architecture du pixel actif a été optimisée en intégrant un amplificateur de charge, suivie d’un circuit de double échantillonnage corrélé (CDS : Correlated Double Sampling). La structure de l’amplificateur à fort gain neutralise l’effet des capacités du photodétecteur couplé à son entrée, et augmente le facteur de conversion avec une bonne linéarité par l’emploi d’une faible capacité d’intégration. Le CDS supprime ou réduit des effets indésirables liés à l’initialisation du pixel : injection de charge des transistors Reset et bruit kTC. Ce capteur d’image occupe une surface de 4mm x 1,6mm, avec une surface active de 87µm x 283µm sur chaque pixel. Les résultats de test sont analysés et comparés à ceux de quelques capteurs de ce type récemment publiés dans la littérature. Après le test, le capteur d’image linéaire a été mis en œuvre dans un microspectrophotomètre. La caractérisation de cet instrument a donné des résultats tout à fait encourageants
This thesis aims to develop a high-sensitivity, low-resolution micro-spectrophotometer for biochemical analysis. Within this framework, a linear image sensor consisting of 32 active pixels has been designed and fabricated in a 0. 8µm CMOS process. The pixel sensing element is a BDJ (Buried Double p-n Junction) photodetector, which allows light intensity measurement and wavelength identification. The APS (Active Pixel Sensor) architecture is optimised by integrating a charge amplifier and a following CDS (Correlated Double Sampling) circuit. The high-gain amplifier structure suppresses effect of the detector capacitances at its input, and enhances conversion gain with good linearity by using a small integration capacitor. The CDS cancels or reduces undesirable Reset-related effects such as charge injection of Reset transistors and kTC noise. This image sensor occupies a surface of 4mm x 1,6mm, with an active surface of 87µm x 283µm for each pixel. The testing results are analysed and compared with those of several recently-developed image sensors reported in the literature. This tested image sensor is then employed in the development of a micro-spectrophotometer. Interesting results have been obtained by characterising the instrument

La classification d'images de télédétection incluant des zones urbaines permet d'établir des cartes d'utilisation du sol et/ou de couverture du sol, ou de zones endommagées par des phénomènes naturels (tremblements de terre, inondations...). Les méthodes de classification développées au cours de cette thèse sont des méthodes supervisées fondées sur des modèles markoviens. Une première approche a porté sur la classification d'images d'amplitudes issues de capteurs RSO (radar à synthèse d'ouverture) à simple polarisation et mono-résolution. La méthode choisie consiste à modéliser les statistiques de chacune des classes par des modèles de mélanges finis, puis à intégrer cette modélisation dans un champ de Markov. Afin d'améliorer la classification au niveau des zones urbaines, non seulement affectées par le bruit de chatoiement, mais aussi par l'hétérogénéité des matériaux qui s'y trouvent, nous avons extrait de l'image RSO un attribut de texture qui met en valeur les zones urbaines (typiquement, variance d'Haralick). Les statistiques de cette information texturelle sont combinées à celles de l'image initiale via des copules bivariées. Par la suite, nous avons cherché à améliorer la méthode de classification par l'utilisation d'un modèle de Markov hiérarchique sur quad-arbre. Nous avons intégré, dans ce modèle, une mise à jour de l'a priori qui permet, en pratique, d'aboutir à des résultats moins sensibles bruit de chatoiement. Les données mono-résolution sont décomposées hiérarchiquement en ayant recours à des ondelettes. Le principal avantage d'un tel modèle est de pouvoir utiliser des images multi-résolution et/ou multi-capteur et de pouvoir les intégrer directement dans l'arbre. En particulier, nous avons travaillé sur des données optiques (type GeoEye) et RSO (type COSMO-SkyMed) recalées. Les statistiques à chacun des niveaux de l'arbre sont modélisées par des mélanges finis de lois normales pour les images optiques et de lois gamma généralisées pour les images RSO. Ces statistiques sont ensuite combinées via des copules multivariées et intégrées dans le modèle hiérarchique. Les méthodes ont été testées et validées sur divers jeux de données mono-/multi-résolution RSO et/ou optiques.

La consommation énergétique en France a pour origine principale le secteur résidentiel et tertiaire. En environnement urbain, l’habitat est encore principalement ancien, avec des déperditions importantes. L’amélioration des performances énergétiques passe par la quantification des pertes, basée sur une méthode globale de mesure par caméra infrarouge à haute résolution spatiale.L’interprétation des images obtenues nécessite une description des termes radiatifs composant le signal, pour cela un simulateur original est mis au point. A partir d’une scène tridimensionnelle maillée, le champ de température est calculé pour les parois 1D et pour les ponts thermiques 2D, par le programme thermique développé à cet effet, SUSHI qui s’appuie sur un pré-calcul d’éclairement solaire et un pré-calcul de réponse indicielle 2D. Le signal du capteur infrarouge est alors modélisé en adaptant le code radiatif MOHICANS.Cette chaîne logicielle a l’originalité de proposer une fusion efficace des simulations de la réponse dynamique en température et en luminance de zones présentant un transfert 1Dà travers la paroi et de zones présentant un transfert 2D.La mise en œuvre de la campagne expérimentale BATIR a permis de mesurer le comportement thermique d’une façade de bâtiment et de son environnement radiato-convectif. Une validation ponctuelle des températures calculées par SUSHI a été réalisée par confrontation à une mesure par thermocouple. Des caméras infrarouges ont été mises en œuvre afin de collecter la luminance issue de la façade étudiée en bande II et III. Les luminances calculées par MOHICANS sont comparées à ces acquisitions, et valident la chaîne logicielle à ce niveau
The main origin of the energy consumption in France is the residential and commercial sector. In urban environment, housing is mostly old, which means high heat losses. The improvement of energy performances requires the quantification of heat losses. This quantification may be based on a global measurement by an infrared camera with high spatial resolution.The infrared image interpretation requires a description of the radiative terms that make up the signal. For that purpose, a novel simulator is developed. The temperature field is calculated from a meshed three-dimensional scene composed of 1D walls and 2D thermal bridges. This operation is realized by the developed thermal software SUSHI, which is based on solar irradiance pre-computation and on 2D unitary response pre-computation. The software uses as input environmental data measured in the field. The infrared sensor signal is then modelled by adapting the radiative program MOHICANS. This software chain has the distinct advantage of an efficient fusion of dynamic response simulations of temperature and radiance, for areas with unidirectional and 2D heat transfer.The experimental campaign BATIR was set-up for measuring the thermal behavior of a building façade and its convective and radiative environment. A local validation of temperature calculation by SUSHI was realized through a comparison with thermocouple measurement results. Infrared cameras were operated in order to collect the radiance coming from the analyzed façade in band II and III. The radiances calculated by MOHICANS were compared with these acquisitions in order to validate the software chain at this level

En environnement spatial, les satellites sont soumis en permanence à des flux de particules chargées qui s'accumulent dans les diélectriques utilisés comme revêtement thermique. Cela crée des champs électriques locaux intenses qui peuvent causer des anomalies de fonctionnement du satellite. Différentes méthodes de mesure de charge d'espace permettent la caractérisation électrique des matériaux diélectriques. Cependant, pour les matériaux spatiaux d'épaisseur 50 µm, ces méthodes sont actuellement limitées par leur résolution spatiale, une dizaine de micromètres. Nous avons conçu un modèle électrique de la méthode PEA, méthode reposant sur la détection au moyen d'un élément piézoélectrique des ondes acoustiques générées par les charges internes soumises à une impulsion électrique. Ce modèle montre l'influence de la géométrie, de la nature des matériaux et des pertes diélectriques sur la résolution spatiale de la PEA. A partir de ces conclusions, nous avons réalisé un prototype PEA haute résolution. Avec ce prototype haute résolution, nous avons pu faire les premières mesures sur des échantillons de PTFE d'épaisseur 50 µm avec une résolution de 1µm
Dielectric materials are frequently used in satellite structures as thermal blankets. Various aspects of the space environment can cause orbit satellite anomalies. One of these aspects is charge accumulation due to the flux of space charged particles. To get a better control of the discharge it is necessary to clarify the nature and the time evolution of position and quantity of stored space charges and to understand the dynamics of the charge transport in solid dielectrics used in outer space. Dielectrics materials for space application are typically thin, less than 50 µm. Therefore; the pulsed electro-acoustic - PEA - method, which is used to recover charges within this type of material, is no longer sufficiently precise, i. E. The spatial resolution is on the order of ten µm. We developed an electrical model of the PEA cell and we note that the piezoelectric losses and impedance matching between the different materials of the PEA cell have a significant influence on the quality of the transducer output voltage. Then, we present a high resolution PEA prototype, used to perform first ever; to our knowledge, measurements on the 50 µm thick PTFE with a special resolution of 1µm

La méthode de localisation de source qui permet d’identifier anatomiquement les générateurs de l’activité électrique cérébrale reste encore actuelle difficile à mettre en place et à utiliser en routine clinique. Une des étapes de cette méthode consiste à repérer spatialement les électrodes EEG positionnées sur le cuir chevelu. Ce travail de Doctorat a consisté à mettre au point de nouveaux capteurs EEG compatibles et repérables en IRM et à automatiser ce processus pour le rendre plus fiable et plus facile d’utilisation. Pour ce faire, nous avons développé et breveté de nouveaux capteurs de signaux électrophysiologiques et nous avons implémenté un algorithme informatique de détection et de labellisation automatique en IRM. Ces dispositifs ont été testés cliniquement chez des sujets sains et des patients épileptiques en comparaison avec la numérisation électromagnétique qui est la technique de référence. Nous avons montré dans un premier temps, l’efficacité de notre méthode du point de vue de la précision, de la reproductibilité et des performances. Nous avons montré ensuite que notre méthode n’engendrait pas d’erreurs de localisation anatomique des générateurs électroneurophysiologiques (PES, PEV, EPIC). Ces études cliniques ont été validées par des enregistrements d’IRM fonctionnelle et par une comparaison avec les données de la littérature. Enfin, nous avons développé un outil de projection de la position des capteurs de surface sur le cortex de façon à identifier les structures anatomiques et aires de Brodmann associées aux capteurs EEG du système international 10/10. Notre méthode de détection et de labellisation automatique des capteurs EEG grâce à l’IRM (ALLES) permet donc de limiter l’intervention humaine et de simplifier la méthode de localisation de source puisque seuls les examens d’EEG et d’IRM deviennent nécessaires
Spatial localization of scalp EEG electrodes is a major step in dipole source localization and it must be accurate, reproducible and practical. Several methods have been proposed in the last fifteen years. The most widely used method is currently electromagnetic digitization. In this work, we introduce a new automatic method for localizing and labeling EEG sensors using MRI (ALLES). First, we designed a new scalp EEG sensor which is MR compatible and localizable. Secondly, we validated this new technique on a head phantom and then in a clinical environment with normal volunteers and epileptic patients. To do this, we compare the reproducibility, accuracy and performances of our method with electromagnetic digitization. We also demonstrate that our method provides better reproducibility with a significant difference (p < 0.01). Concerning accuracy, both methods are equally accurate with no statistical differences. We have tested our method both on normal volunteers (SEP and VEP studies) and epileptic patients (Spikes studies). Source localizations were not influenced by ALLES and we observe results consistent with the literature. Finally, we develop a method which projects the surface positions of the sensors (10-10 system) onto the cortex. This tool is helpful for visual inspection of high resolution EEG traces and for electroclinical diagnostic. To conclude, automation makes our method (ALLES) very reproducible and easy to handle in a routine clinical environment. It offers the possibility of using MRI volume for both source localization and spatial localization of EEG sensors

En télédétection optique, les modèles de transfert radiatif (T-R) ont pour but de simuler la mesure radiométrique des capteurs spatiaux qui observent le système "Terre - Atmosphère". La modélisation des mesures de couverts végétaux est en général limitée au niveau de la représentation du paysage et du T-R associé. Cette thèse a permis de transformer le modèle 3-D de T-R DART (brevet : PCT/FR 02/01181) en un modèle multispectral simulant les images de télédétection optique (thermique inclus) de tout paysage urbain et naturel, avec relief et atmosphère, pour tout capteur spatial/aéroporté. Ce nouveau modèle a été validé par comparaison avec d'autres modèles (expérience RAMI-3, Centre Commun de Recherche, Italie) et avec des mesures in situ et aéroportées (République Tchèque). In fine, une méthode d'inversion a été développée. Elle a permis d'utiliser DART pour évaluer l'impact de la modélisation sur l'extraction du LAI d'une forêt de conifères avec des images hyperspectrales THR.

En télédétection optique, les modèles de transfert radiatif à l'intérieur du paysage terrestre et de l'atmosphère permettent de simuler et d'analyser la mesure radiométrique. Ces modèles, utilisés en mode "direct", reproduisent la mesure et aident à la spécification technique des futurs capteurs. De même, en mode "inverse", ils permettent d'estimer des paramètres de surface pour toute configuration d'observation et avec peu de mesures in situ. Actuellement, les principales limitations des modèles existants sont au niveau des hypothèses simplificatrices dans la représentation géométrique du paysage (spécialement pour la végétation). Ces simplifications affectent fortement les niveaux radiométriques et la texture des images à toute résolution spatiale. Ce-ci est particulièrement évident pour les images à très haute résolution spatiale (de l'ordre du mètre). Ainsi, il convient d'utiliser des modèles avec une représentation tridimensionnelle réaliste du paysage terrestre. L'objectif principal de cette thèse était d'améliorer la précision et la robustesse d'un modèle de transfert radiatif tridimensionnel (DART). Ce modèle simule la propagation du rayonnement avec les méthodes du suivi de rayons et des ordonnées discrètes à l'intérieur d'un milieu composé de cellules turbides (pour la végétation et l'air) et des cellules contenant des figures opaques (pour les murs, sol, troncs, etc.). La précision radiométrique a été améliorée avec l'introduction de nouvelles hypothèses simplificatrices concernant la modélisation du transfert radiatif appliquée aux cellules turbides et opaques. La robustesse a été fortement améliorée avec la modélisation intégrée du transfert radiatif atmosphérique et avec la possibilité de simuler tout type de paysage (naturel ou artificiel). DART a été validé en le comparant à d'autres modèles de transfert radiatif et des images aéroportées d'une zone urbaine. Le modèle a prouvé être efficient pour la spécification des caractéristiques techniques du futur capteur à très haute résolution spatiale de la constellation de satellites Plé iades. Finalement, DART a été appliqué pour l'estimation des paramètres biophysiques (indice foliaire, taux de couverture arborée et concentration en chlorophylle des feuilles) d'une forêt tempérée à partir d'images satellitaires SPOT (20 mètres de résolution) et Ikonos (résolution de l'ordre du mètre).

La thèse présente une nouvelle méthode d'interrogation d'une transition atomique à partir d'une séquence temporelle d'impulsions de piégeage cohérent de population (Coherent Population Trapping). Chaque impulsion sert pour la préparation, la détection et le renouvellement de la superposition d'états et permet des réaliser des franges d'oscillation de résonance noire sans auncune préparation atomique initiale. La méthode, développée sur une vapeur thermique de Césium en régime Lamb-Dicke, combine le profil de résonance obtenu pendant une interaction impulsionnelle des atomes avec la lumière CPT et les oscillations entre l'état noir $|\Psi_{NC}\rangle$ et l'état radiatif couplé $|\Psi_{+}\rangle$. La largeur à mi-hauteur de la frange centrale suit une loi de type Ramsey en 1/2T. Dans l'expérience réalisée, différentes séquences d'impulsions CPT sont appliquées en fonction de la durée caractéristique de pompage optique dans l'état noir et conduisent à l'osbervation de franges aussi étroites que 60 Hz sur une fréquence de référence de 10 GHz. La réalisation du couplage Lin-perp-Lin en configuration double lambda a permis de modifier la distribution des atomes entre les niveaux hyperfins Zeeman du Cs et de réduire fortement la perte de population sur les sous-niveaux extrêmes. Une étude théorique est menée à partir du formalisme de la matrice densité et de la fonction d'onde complexe qui permettent d'évaluer les déphasages optiques accumulés au cours de l'interaction lumière-atome en régime transitoire ou stationnaire. Le modèle de la fonction d'onde introduit une quantité complexe sur les positions en énergie des niveaux atomiques et permet de calculer les déplacements de fréquence associés uniquement aux déphasages optiques du régime transitoire. Lorsque une relaxation de la cohérence entre les niveaux d'horloges est prise en compte, un faible déplacement de la fréquence de résonance est aussi mis en évidence. Au cours de la thèse, la technique du train d'impulsions CPT a été mise au point et élimine pratiquement les temps morts entre chaque cycle d'interrogation de la fréquence d'horloge.

Ce travail avait pour but de déterminer les paramètres des raies d’absorption de la molécule d’ammoniac en vue d’applications atmosphériques. A ce sujet, nous avons mesuré, à température ambiante, les intensités et les coefficients d’élargissement et de déplacement collisionnels des raies des bandes v1, v3, 2v4, et 4v2 dans la région spectrale 3050-3600 cm-1 de NH3 auto-perturbé. Ces mesures ont été effectuées dans un grand nombre de branches de ces bandes avec une très grande précision à l’aide d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier à haute résolution (0.008 cm-1). Ces paramètres spectroscopiques ont été déterminés à l’aide d’une technique d’ajustement multi-pression utilisant deux profils différents : un profil de Voigt et un profil de Rosenkranz. Le manuscrit comporte cinq parties. La première partie concerne les propriétés spectroscopiques de l’ammoniac. La deuxième partie est dédiée à l’appareillage, avec la description du spectromètre IRTF Bruker IFS125HR. Dans la troisième partie, nous exposons les résultats des intensités et des auto-élargissements de raies isolées, qui sont extrait à partir des spectres enregistré, des bandes v1, v3,2v4 et 4v2 de NH3. La quatrième partie présente les résultats obtenus sur les déplacements de raies et les effets d’interférence entre les composantes des doublets des bandes v1 et v3 de NH3.Pour interpréter les résultats des mesures de largeurs de raies du système collisionnel NH3 auto-perturbé, nous allons présenter dans le chapitre 5 le formalisme adopté pour le calcul de ces largeurs. Une comparaison entre les largeurs calculées et mesurées permet de tester la validité du formalisme utilisé
The aim of this work was to determine the parameters of the absorption lines of the ammonia molecule for atmospheric applications. In this regard, we measured, at room temperature, the intensities, the broadening and the shift coefficients of the lines of the bands v1, v3, 2v4, and 4v2 in the spectral region 3050-3600 cm-1 of self-disturbed NH3. These measurements were carried out in a large number of branches of these bands with very high precision using a high resolution Fourier transform infrared spectrometer (0.008 cm-1).These spectroscopic parameters were determined using a multi-pressure fitting technique using two different profiles: a Voigt profile and a Rosenkranz profile.The manuscript consists of five parts. The first part concerns the spectroscopic properties of ammonia. The second part is dedicated to the apparatus, with the description of the Bruker IFS125HR IRTF spectrometer. In the third part, we expose the results of the line intensities and self-broadenings of isolated lines, which are extracted from the recorded spectra, bands v1, v3, 2v4 and 4v2 of NH3. The fourth part presents the results obtained on line shifts and the interference effects between the components of the doublets of the v1 and v3 bands of NH3.To interpret the results of the line width measurements of the self-disturbed NH3 collisional system, we will present in chapter 5 the formalism adopted for the calculation of these widths. A comparison between the calculated and measured widths makes it possible to test the validity of the formalism used

En télédétection optique, les modèles de transfert radiatif (T-R) ont pour but de simuler la mesure radiométrique des capteurs spatiaux qui observent le système "Terre - Atmosphère". La modélisation des mesures de couverts végétaux est en général limitée au niveau de la représentation du paysage et du T-R associé. Cette thèse a permis de transformer le modèle 3-D de T-R DART (brevet : PCT/FR 02/01181) en un modèle multispectral simulant les images de télédétection optique (thermique inclus) de tout paysage urbain et naturel, avec relief et atmosphère, pour tout capteur spatial/aéroporté. Ce nouveau modèle a été validé par comparaison avec d'autres modèles (expérience RAMI-3, Centre Commun de Recherche, Italie) et avec des mesures in situ et aéroportées (République Tchèque). In fine, une méthode d'inversion a été développée. Elle a permis d'utiliser DART pour évaluer l'impact de la modélisation sur l'extraction du LAI d'une forêt de conifères avec des images hyperspectrales THR
In optical remote sensing, radiative transfer (R-T) models aim to simulate radiometric measurement of spatial sensors that spot “Landscape-Atmosphere” system. The modeling of vegetation canopies measurements is generally limited to landscape representation and R-T modeling. This thesis allowed transforming a 3-D R-T model DART (patent : PCT/FR 02/01181) to multispectral model simulating optical remote sensing images (thermal infrared included) of any natural and urban landscape with relief and atmosphere for any spatial/airborne sensor. This new model was validated by models intercomparison (RAMI-3 experience, Joint Research Centre, Italy) and with in situ and airborne measurements (Czech Republic). In fine, an inversion method was developed. It allowed using DART for evaluating the modeling impact on LAI estimation of coniferous forest using hyperspectral VHR images

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l’étude des effets des collisions dans les spectres infrarouges de CH₃I qui est une source importante de l’iode qui est un catalyseur de la destruction d’ozone. Une bonne modélisation de son spectre d’absorption est donc essentielle pour les mesures de concentration atmosphérique. Dans les bases de données internationales, la bande ν6 n’est pas mentionnée en raison du manque de paramètres spectroscopiques. Étant très intense et localisée dans la fenêtre atmosphérique de 11 μm, la bande ν6, pourrait servir à une future détection IR de CH₃I, par des instruments sondant dans l’IR, comme l’instrument IASI-NG en cours de préparation. Mais auparavant, il est nécessaire de fournir les paramètres spectroscopiques de CH₃I, grâce à la spectroscopie de laboratoire. C’est dans ce contexte que notre travail s’est inscrit. Le manuscrit comporte cinq parties. La première partie concerne les propriétés spectroscopiques de la molécule CH₃I. La deuxième partie est dédiée à l’appareillage, avec la description du spectromètre IRTF Bruker IFS125HR. Dans la troisième partie, nous exposons les résultats des intensités et des auto-élargissements de raies qui sont extrait à partir des spectres enregistré. La quatrième partie présente les résultats obtenus sur les coefficients d’élargissement et le déplacement collisionnel par N₂ et O₂. La dernier partie est consacrée à l’interprétation des mesures des élargissements collisionnels, obtenus précédemment à l’aide des calculs théoriques. La dépendance de ces paramètres en fonction des nombres quantiques J et K a été étudiée
The work presented in this manuscript is devoted to the study of the effects of collisions in the infrared spectra of CH₃I, which is an important source of iodine, which is a catalyst for ozone destruction. Good modelling of its absorption spectrum is therefore essential for atmospheric concentration measurements. In international databases, the band ν6 is not mentioned due to the lack of spectroscopic parameters. Being very intense and localized in the atmospheric window of 11 μm, the ν6 band could be used for future IR detection of CH₃I, by instruments probing in the IR, such as the IASI-NG instrument under preparation. But first, it is necessary to provide the spectroscopic parameters of CH₃I, using laboratory spectroscopy. It is in this context that our work has been carried out. The manuscript consists of five parts. The first part concerns the spectroscopic properties of the CH3I molecule. The second part is dedicated to the apparatus, with a description of the Bruker IFS125HR FTIR spectrometer. In the third part, we present the results of the line intensities and self-broadening coefficients that are extracted from the recorded spectra. The fourth part presents the results obtained on N₂, O₂ broadening and shift coefficients. The last part is devoted to the interpretation of the collisional widening measurements, previously obtained using theoretical calculations. The dependence of these parameters on the quantum numbers J and K has been studied

Un microscope à force atomique (AFM) est utilisé pour caractériser des matériaux isolant ou semi-conducteur avec une résolution pouvant atteindre l'échelle atomique. Ce microscope est constitué d'un capteur de force couplé à une électronique de contrôle pour pouvoir correctement caractériser ces matériaux. Parmi les différents modes (statique et dynamique), nous nous focalisons essentiellement sur le mode dynamique et plus particulièrement sur le fonctionnement sans contact à modulation de fréquence (FM-AFM). Dans ce mode, le capteur de force est maintenu comme un oscillateur harmonique par le système d'asservissement. Le projet ANR Pnano2008 intitulé : ”Cantilevers en carbure de silicium à piézorésistivité métallique pour AFM dynamique à très haute fréquence" a pour objectif d'augmenter significativement les performances d'un FM-AFM en développant un nouveau capteur de force très haute fréquence. Le but est d'augmenter la sensibilité du capteur et de diminuer le temps nécessaire à l'obtention d'une image de la surface du matériau. Le système de contrôle associé doit être capable de détecter des variations de fréquence de 100mHz pour une fréquence de résonance de 50MHz. Etant donné que les systèmes présents dans l'état de l'art ne permettent pas d'atteindre ces performances, l'objectif de cette thèse fut de développer un nouveau système de contrôle. Celui-ci est entièrement numérique et il est implémenté sur une carte de prototypage basée sur un FPGA. Dans ce mémoire, nous présentons le fonctionnement global du système ainsi que ses caractéristiques principales. Elles portent sur la détection de l'écart de fréquence de résonance du capteur de force
An atomic force microscope (AFM) is used to characterize insulating materials or semiconductors with a resolution up to the atomic length scale. The microscope includes a force sensor linked to a control electronic in order to properly characterize these materials. Among the various modes (static and dynamic), we focus mainly on the dynamic mode and especially on the frequency modulation mode (FM-AFM). In this mode, the force sensor is maintained as a harmonic oscillator by the servo system. The research project ANR Pnano2008 entitled: "metal piezoresistivity silicon carbide cantilever for very high frequency dynamic AFM" aims to significantly increase the performance of a FM-AFM by developing new very high frequency force sensors. The goal is to increase the sensitivity of the sensor and to decrease the time necessary to obtain topography images of the material. The control system of this new sensor must be able to detect frequency variations as small as 100mHz for cantilevers with resonance frequencies up to 50MHz. Since the state-of-the-art systems doe not present these performances, the objective of this thesis was to develop a new control system. It is fully digital and it is implemented on a FPGA based prototyping board. In this report, we present the system overall functioning and its main features which are related to the cantilever resonant frequency detection. This detection is managed by a phase locked loop (PLL) which is the key element of the system