Tesi sul tema "Nanotechnologie – Environnement"

Le dépôt de couche atomique (ALD) est devenu une technique essentielle de dépôt en phase vapeur de couches minces pour de nombreuses applications. La demande croissante de composants électroniques et de matériaux nanostructurés a fait de gls{ald} l'un des processus de fabrication clés du marché des nanotechnologies.Dans ce travail, nous présentons de nouveaux matériaux nanostructurés pouvant être utilisés comme transducteurs dans des dispositifs à biocapteurs. Ces matériaux ont été préparés en combinant gls{ald} avec des techniques "top-down" et "bottom-up" telles que la lithographie par nanosphère (gls{nsl}), le dépôt physique en phase vapeur (gls{pvd}), la gravure chimie assistée par des métaux (gls{mace}) et électrodéposition.En tant que premier candidat prometteur, des nanofils de silicium (gls{sinws}) recouverts de ZnO par gls{ald} ont été fabriqués. Ces structures 3D sont très attractives pour les applications de biocapteurs optiques en raison de leur activité intense de photoluminescence (gls{pl}) à température ambiante. Dans une première approche, ces nanostructures coe ur/coquille ont été entièrement caractérisées et testées en tant que capteurs possibles pour la détection du peroxyde d’hydrogène, qui est un produit de réaction courant de plusieurs oxydoréductases.De plus, des nanostructures creuses en ZnO semblables à des oursins recouvertes de Au ont été préparées avec une taille contrôlée en combinant NSL, gls{ald}, électrodéposition et évaporation par faisceau d'électrons (gls{ebeam}). L’influence de l’épaisseur du film Au sur les capacités de diffusion Raman (gls{sers}) améliorées en surface des substrats a été étudiée. Les structures optimisées ont été utilisées pour détecter des molécules de thiophénol avec une limite de détection (gls{lod}) de SI{e-8}{Molar}. De plus, l'adénine peut être détectée avec une concentration aussi basse que SI{e-6}{Molar}. L'excellente uniformité et la répétabilité lot par lot des substrats en font d'excellents candidats pour une détection et une biocapture SERS fiables.En outre, un groupe diversifié de nouveaux matériaux présentant des caractéristiques attrayantes qui peuvent être facilement appliqués à la détection, à la catalyse et à la plasmonique est présenté. Des nanoparticules bimétalliques de Pd/Au supportées sur gls{sinws} avec gls{ald} et un remplacement galvanique ont été fabriquées. De plus, des structures ZnO creuses de type urchin avec ZIF-8 par électrodéposition ont été fabriquées pour de possibles applications SERS
Atomic layer deposition (gls{ald}) has emerged as an essential vapor deposition technique of thin films for countless applications. The rising demand for electronic components and nanostructured materials has established gls{ald} as one of the key fabrication processes in the nanotechnology market.In this work, novel nanostructured materials that can be used as transducers in biosensor devices are presented. These materials have been prepared by a combination of gls{ald} with top-down and bottom-up techniques such as nanosphere lithography (gls{nsl}), physical vapor deposition (gls{pvd}), metal-assisted chemical etching (gls{mace}), and electrodeposition.As a first promising candidate, silicon nanowires (gls{sinws}) covered with ZnO by gls{ald} were fabricated. These 3D structures are quite attractive for optical biosensing applications thanks to their intense photoluminescence (gls{pl}) activity at room temperature. As a first approach, these core/shell nanostructures were fully characterized and tested as possible sensors for the detection of hydrogen peroxide, which is a common reaction product of several oxidoreductases.In addition, Au-covered hollow urchin-like ZnO nanostructures were prepared with controlled size by combining NSL, gls{ald}, electrodeposition, and electron beam (gls{ebeam}) evaporation. The influence of the Au film thickness on the surface-enhanced Raman scattering (gls{sers}) capabilities of the substrates was investigated. The optimized structures were used to detect thiophenol molecules with a limit of detection (gls{lod}) of SI{e-8}{Molar}. Additionally, adenine can be detected with a concentration as low as SI{e-6}{Molar}. The excellent uniformity and batch-to-batch repeatability of the substrates makes them excellent candidates for reliable SERS sensing and biosensing.Moreover, a miscellaneous group of novel materials with enticing features that can be readily applied in sensing, catalysis, and plasmonics is presented. Bimetallic Pd/Au nanoparticles supported on gls{sinws} with gls{ald} and galvanic replacement were fabricated. Furthermore, hollow urchin-like ZnO structures with ZIF-8 via electrodeposition were fabricated for possible SERS applications

Ce projet contribue à développer la prochaine génération de nano-emballages en utilisant une approche plus sûre et éco-conçue avec des avantages directs à la fois pour l'environnement et la sécurité des consommateurs. Les emballages alimentaires constituent l’un des principaux secteurs d’applications des nanotechnologies avec des enjeux environnementaux prometteurs de substitution des pétro-plastiques par des bio-plastiques et de réduction des pertes et gaspillages alimentaires grâce à des emballages plus performants, de type actifs et intelligents. Dans le cas de matériaux nano-composites (matrice polymérique contenant des nano-particules) destinés au contact alimentaire, le risque majeur en terme de santé humaine est lié à leur impact sur la migration de composés indésirables de l’emballage vers l’aliment (stabilisants UV, antioxydants, plastifiants, etc) qui peuvent avoir des effets néfastes en fonction des doses et durées d’exposition. Ces interactions contenant/contenu sont soumises à une réglementation européenne dont l’objectif est la protection de la santé du consommateur en fixant des limites de migration spécifique pour tous les composés supposés entrer dans la composition des matériaux plastiques dédiés au contact alimentaire. Dans le cas des nanomatériaux, la présence de nanoparticules est susceptible de modifier les interactions entre le polymère et les additifs et par voie de conséquence leurs propriétés de transfert. Ainsi, la formalisation des phénomènes de migration de l’emballage vers l’aliment établie sur des matériaux plastiques ne contenant pas de nanoparticules ne peut pas être directement transposée au nano-matériaux. De plus la présence de ces nanoparticules peut profondément modifier l’éco-toxicité environnementale du système matrice- nanoparticule -additif.La présente étude vise à comprendre et contrôler l’impact des structures nanocomposites (matrice polymérique contenant des nano-particules) sur les propriétés de transport (diffusivité et solubilité) des nanoparticules et des additifs chimiques en condition d’usage. À cet égard, il est nécessaire de combler le déficit de connaissances dans a caractérisation de la structure 3D, des propriétés physico-chimique et des interactions aux interfaces entre nanoparticules et matrice dans les nanomatériaux. Devant la complexité du système étudié, la modélisation est indispensable pour représenter (simplifier sans pour autant perdre trop de connaissances) la structure 3D des nanomatériaux et simuler, reproduire puis prédire, l’évolution de leurs propriétés de transfert en fonction des paramètres structurels et en condition d’usage. La modélisation des transferts est également indispensable pour, dans une approche d’ingénierie inverse, éco-concevoir et dimensionner à façon des nano-emballages sûrs pour l’Homme et l’Environnement. Dans cette optique une démarche de modélisation multi-échelle des relations structure/propriétés de transfert de masse a été mise en place sur des matériaux nanocomposites ciblés choisis pour leur pertinence dans le domaine de l’emballage alimentaire
The market of nanotechnologies is dominated by the food packaging area which amounts more than 20% of the total nanotechnologies market in 2015. However, the wide-scale use of nanomaterials raises important questions about environmental and safety issues that could hinder their development. In the case of plastics intended to be in contact with food, the risk of contamination concerns not only the nanoparticles but also all the chemical additives added during the material processing. The presence of nanoparticles is susceptible to modify the interactions between polymer and the additives with a possible change in their transport properties and therefore the food contamination.The present work aims at identifying the relationship between the structural characteristic and the transport properties (diffusivity and solubility) of nanoparticles and chemical additives incorporated in nanocomposites. In this regard, it is necessary to fill the gap of knowledge in 3D nanostructure characterization and a multi-scale modeling of mass transfer properties of nanocomposites in real usage conditions.In this way, polyethylene and nanoclay were selected based on the best compromise between real potential applications and the scientific knowledge previously published and eventually the nanocomposites were synthesized with LLDPE, Cloisite20 and a compatibilizer by melt intercalation method.The nanocomposite structure was characterized using TEM, X-ray nanotomography, TGA and XRD then submitted to migration tests undertaken in contact with different food simulants which represent various types of food (aqueous, acid, alcoholic) following the recommendation of the European regulation on the food contact material. To evaluate the positive or adverse effects of the nanomaterials on the contamination of the food by chemical additives which are usually incorporated with the plastic packaging, the virgin polymer and nanocomposite material were spiked with a mixture of the additives exhibiting various volatility, polarity and molecular weight. Then, the transport properties (i.e inertia) of nanocomposite structure was distinctively investigated on kinetic (apparent diffusion coefficient) and thermodynamic (partition coefficient) considerations.The results indicated that nanoclay addition in plastic materials favorably reduced the migration of additives by modifying both their diffusivity in the polymer and their partition between the polymer and the food simulant. However, while the partition coefficient of additives increases in nanocomposite in comparison to pure LLDPE for the samples in contact with all types of food simulants, the reduction of diffusion coefficient is significantly dependent on the nature of the food simulant in contact. Hence, it can be concluded that the major role in the migration of additives is not played by the imposed tortuosity path, but by the factors such as the affinity between the base polymer and simulants as well as the effects of simulants on swelling and crystallinity of the samples. Moreover, the effect of additive-related parameters and the structural parameters were assessed and put in perspective with their impact on the transport properties of nanostructures. Integrating the results of characterization and transfer properties led to an improved understanding of the influence of structure of nanocomposites on their mass transfer properties and therefore on the suitability of using them as food contact materials

Alors qu’un nombre non négligeable de produits contenant des nanomatériaux est déjà présent sur les marchés, nous manquons de recul tant en ce qui concerne les risques pour la santé et l’environnement que les bénéfices qu’ils peuvent apporter à la société sur le long terme. La présente thèse aborde la question suivante : quel régime règlementaire est en mesure de procurer le plus haut niveau de protection contre les risques avérés ou suspectés des nanotechnologies tout en soutenant simultanément la compétitivité et l'innovation ? Bien que l’Union européenne et les Etats-Unis se soient efforcés de trouver des solutions nuancées en fonction des besoins, des capacités, des enjeux inhérents à chaque secteur concerné et de leurs traditions juridiques respectives, l’on ne peut que constater l’émergence d’une réglementation des nanotechnologies à géométrie variable
While a significant number of products containing nanomaterials is already in widespread use, we have little understanding of risks and benefits they can bring to the society in the long term. The objective of this PhD thesis is to answer the following question: which regulatory framework can ensure a high level of protection against real or suspected risks of nanotechnologies while promoting competitiveness and innovation ? Although the European Union and the United States have attempted to find nuanced solutions according to the needs, capacities and challenges, which are proper to each sector concerned and their respective legal traditions, the emerging regulatory framework for nanotechnologies is characterised by a high degree of fragmentation

L’incertitude est présente dans toute innovation. Dans le domaine des nanotechnologies, l’incertitude qui entoure les risques sanitaires et environnementaux dont ces technologies pourraient être porteuses est si importante que la question de leur succès se pose.En partie du fait du manque de données cohérentes, il n’existe qu’une littérature empirique limitée sur les déterminants de la diffusion des nanotechnologies. Dans le cadre d’un programme de recherche sur les nanotechnologies, cette thèse a pour but d’investiguer les déterminants de l’adoption d’innovations dans une situation d’incertitude sur les risques environnementaux et sanitaires. Dans cette optique, nos travaux visent dans un premier temps à fournir une meilleure compréhension de la diffusion d’un produit qui est présent sur le marché depuis longtemps. Nous avons choisi une substance chimique très utilisée, le bisphénol A (BPA). Différentes méthodes économétriques sont appliquées afin de mieux comprendre la relation entre la consommation, la croissance économique, les nouvelles connaissances scientifiques concernant le risque et d’autres variables utilisant les données relatives au BPA. Les résultats illustrent un ensemble de facteurs qui influencent la consommation de BPA au niveau international.Dans un second temps, nous montrons dans quelle mesure cette étude permet d’éclairer la réflexion initiée sur la diffusion des nanotechnologies, notamment le nano-argent.Le comportement des différents acteurs en réponse à la production de connaissances scientifiques nouvelles sur les risques est étudié, ce qui nous permet d’aboutir à une compréhension approfondie de “développement nanoresponsable”
Uncertainty is immanent in every innovation. Uncertainty about environmental and health risks that surround nanotechnology raises the questions of innovation success. Due in part to a lack of consistent data, there is limited empirical literature on determinants of the diffusion of nanotechnology. As part of a research program on nanotechnology, this research aims to investigate determinants of uptake of innovation in a situation of uncertainty about environmental and health risks. With this goal, as a first step, this work seeks to provide better understanding of the diffusion of a product that has been on the market for a long time. We have chosen a chemical, bisphenol A (BPA), because of the lack of historical data on nanomaterials. As a second step, we compare the results of the BPA study to nanosilver. We apply different econometric methods to gain insights into the relationship between consumption, economic growth, new scientific knowledge about risk and other variables using the data on BPA. The results illustrate a set of factors that influences the consumption of BPA at international level. The comparative study between BPA and nanosilver helps to refine the interpretation of main results and to obtain additional insights into the determinants of uptake of nanosilver. An explanatory analysis sheds light on the actions that different stakeholders undertake in response to new scientific knowledge about risk and deepens our understanding of “nanoresponsible development”.Keywords: Innovation, diffusion of innovation, product life cycle, nanotechnology, bisphenol A, risk, uncertainty, environment, health, precautionary principle, Safer by Design, responsible development

Ce travail de thèse porte sur la conception de l'interconnexion entre les nombreux composants IP (Intellectual Property) d'un système électronique sur puce (SoC pour System on Chip).
Notre étude repose sur une solution émergente qui est celle des réseaux sur puce (NoC pour Network-on-chip), celle-ci est inspirée des réseaux de communication entre ordinateurs.
Un NoC offre de nombreuses possibilités et un large espace de conception. La maîtrise des choix des paramètres d'un NoC vis à vis des contraintes d'une application n'est pas triviale et nécessite de la méthode.
Cette thèse propose un flot de conception afin de déterminer ces paramètres automatiquement.
Le problème de l'horloge dans les circuits de grande taille, ainsi que l'aspect sécurité sont également traités.
Ce travail a conduit au développement de l'outil µSpider, qui est un environnement de conception composé d'outils de décisions et d'un générateur de code (VHDL synthétisable).
Ce travail a été validé avec des applications dans les domaines du traitement du signal, de l'image et des télécommunications.

Ces travaux de thèse visent à aborder la fiabilité des composants RF-MEMS (commutateurs en particulier) pendant la phase de conception en utilisant différents approches de procédés de fabrication. Ça veut dire que l'intérêt est focalisé en comment éliminer ou diminuer pendant la conception les effets des mécanismes de défaillance plus importants au lieu d'étudier la physique des mécanismes. La détection des différents mécanismes de défaillance est analysée en utilisant les performances RF du dispositif et le développement d'un circuit équivalent. Cette nouvelle approche permet à l'utilisateur final savoir comment les performances vont évoluer pendant le cycle de vie. La classification des procédés de fabrication a été faite en utilisant le Technology Readiness Level du procédé qui évalue le niveau de maturité de la technologie. L'analyse de différentes approches de R&D est décrite en mettant l'accent sur les différences entre les niveaux dans la classification TRL. Cette thèse montre quelle est la stratégie optimale pour aborder la fiabilité en démarrant avec un procédé très flexible (LAAS-CNRS comme exemple de baisse TRL), en continuant avec une approche composant (CEA-Leti comme moyenne TRL) et en finissant avec un procédé standard co-intégré CMOS-MEMS (IHP comme haute TRL) dont les modifications sont impossibles.

La nanotechnologie est un domaine en voie d'expansion qui a attiré l'attention de la recherche en raison de ses applications potentielles illimitées. La technologie des ondes millimétriques est un autre domaine intéressant qui joue un rôle de premier plan dans le développement des systèmes de communications sans fil. La combinaison de ces deux champs de recherche avancée, donne naissance à l'innovation du Dispositif Ratchet qui est une nouvelle application qui représente un vrai défi. Ce dispositif est de taille nanométrique et son concept d'opération consiste à générer une tension DC lorsque le dispositif, basé sur le gaz d'électron bidimensionnel, est rayonné par l'énergie des micro-ondes. L'objectif de cette thèse est d'essayer d'améliorer la réponse du dispositif, ce qui ouvre de nouvelles perspectives dans la fabrication de générateurs de courant et des détecteurs de champ à haute fréquence et dans l'échelle nanométrique. Malheureusement, les Dispositifs Ratchet actuels, basés sur des hétérostructures de semiconducteurs, réalisés jusqu'à présent fonctionnent à basse température pour assurer une grande mobilité électronique. Cette condition nécessite l'utilisation d'un setup expérimental complexe qui a un grand impact sur la tension induite et sur la reproductibilité du phénomène Ratchet observé. Dans ce contexte, le travail effectué dans le cadre de cette thèse a abordé ce problème en deux parties. La première partie concerne l'analyse électromagnétique du setup expérimental. Ceci a été réalisé par la mise en oeuvre des simulations électromagnétiques intenses. D'autre part, différentes solutions ont été proposées afin d'optimiser le setup et ainsi améliorer la tension Ratchet produite. Outre l'étude électromagnétique, certaines mesures de modulation ont été réalisées pour tester la faisabilité du Dispositif Ratchet comme un démodulateur d'amplitude. La deuxième partie de cette thèse traite l'étude de la matière qui compose le Dispositif Ratchet. Récemment, le graphène commence à envahir le monde scientifique et technologique avec ses fascinantes propriétés électroniques, tels que sa mobilité d'électrons élevée à température ambiante, où les matériaux conventionnels sont en train de confronter des obstacles. En conséquence, l'idée de fabriquer un Dispositif Ratchet à base de graphène au lieu des hétérojonctions de semiconducteurs, a été introduite. Plusieurs modèles de conception, caractérisation et mesures RF ont été accomplis en vue d'obtenir un Dispositif Ratchet fiable approprié pour de nombreuses applications pratiques à la température ambiante, dans la gamme de fréquences micro-ondes et pourraient s'étendre à la bande térahertz

Certains domaines d'applications tels que l'aérospatial, l'automobile ou le forage de haute profondeur peuvent nécessiter la visualisation de certains paramètres physiques dans des environnements hostiles. Les capteurs microélectroniques basés sur le silicium y atteignent souvent leurs limites, qui sont qualifiées de conditions " sévères ". Ce travail se base principalement sur l'étude de solutions de capteurs mécaniques fonctionnant en conditions sévères. Le principe de ces capteurs repose sur l'exploitation de transistors de mesures HEMT à base de nitrures III-V (III-N), à la fois piézoélectriques et semiconducteurs, qui reste stable en conditions sévères. La compréhension des interactions entre physique des semiconducteurs et physique des matériaux ainsi que la caractérisation de structures possibles pour la détection mécanique représentent les principaux enjeux de ce sujet de thèse. La modélisation mécanique analytique et numérique des structures étudiées a permis d'appréhender le comportement de structures piézoélectriques multicouches. Le couplage de ce modèle électromécanique avec un modèle électronique du capteur a permis d'établir la faisabilité du principe de détection ainsi que la linéarité de la réponse du capteur. La caractérisation des prototypes réalisés en cours de thèse ont corroboré la linéarité du capteur tout en faisant apparaître l'influence de nombreux effets parasites réduisant sa sensibilité à savoir les effets de résistance parasites et de piézorésistances variables.

Notre projet vise la conception d’un biocapteur ultra-sensible à base de bactéries pour la détection de métaux lourds (contrôle environnemental). Ces travaux concernent le développement de systèmes impédimétriques et à ondes acoustiques de Love, associés à une puce microfluidique et fonctionnalisés par des bactéries Escherichia coli immobilisées sur une multicouche de polyélectrolytes déposés par la méthode « Layer by Layer » . L’ étude fondamentale des interactions physiques-chimiques-biologiques mises en jeu lors des étapes de fonctionnalisation du capteur, et de son application à la détection de cadmium et de mercure, est également abordée, à travers le suivi en temps réel par le capteur acoustique, ainsi que par microscopie à force atomique en milieu sec ou liquide.Des seuils de détection inférieurs à 10-12M en quelques minutes ont été observés
Our works aim the study of an ultra-sensitive bacteria-based biosensor for the detection of heavy metals (environmental control). They include the development of impedimetric and of Love acoustic wave devices, both associated with a microfluidic chip and functionalized with Escherichia coli immobilized on a polyelectrolyte multilayer deposited by the method "Layer by Layer." The theoretical study of physico-chemical interactions and biological phenomena involved during the steps of functionalization of the sensor surface, and during its application to the detection of cadmium and mercury, is also addressed through the real-time monitoring by the acoustic sensor and by atomic force microscopy in air or liquid medium. Detection threshold better than10-12M within only a few minutes have been observed

À l'heure où les préoccupations climatiques sont plus que jamais d'actualité, les problématiques du contrôle, de la gestion et de l'économie de l'énergie prennent une importance considérable dans notre société. Dans le secteur avionique, cela peut se traduire par une nécessité de réduction du poids des aéronefs afin d'économiser le kérosène consommé durant le vol, résultant au final à une réduction drastique d'émission de CO². En adéquation avec les problématiques d'économie d'énergie l'avion plus électrique crée depuis quelques années un nouvel engouement dans le monde aéronautique pour l'actionnement tout électrique. La refonte des systèmes actuels (hydrauliques, mécaniques, pneumatiques) vers des systèmes plus électriques permet de plus de diminuer les coûts de maintenance des équipements et d'augmenter la fiabilité globale des systèmes, en s'affranchissant par exemple des problèmes fluidiques liés à l'hydraulique. Plusieurs projets ont été fédérés autour de ce nouvel élan dont le projet ModErNe dans le cadre duquel les travaux présentés tout au long de ce mémoire de thèse ont été réalisés. La mise en place dans un aéronef de nouveaux dispositifs électroniques de puissance nécessite une parfaite connaissance du comportement des composants notamment sous environnement thermique extrême. Cela permet de dimensionner des systèmes haute puissance et haute température optimisés et sécurisés. La technologie SiC n'étant pas suffisamment mature au lancement du projet ModErNe, celui-ci a eu pour postulat l'utilisation de composants IGBT silicium. L'un des objectifs principaux de ces travaux est alors l'étude par la caractérisation du comportement des IGBT dans une gamme de température allant au-delà de celle établie par les fondeurs (-55°C à +175°C). Ces travaux décrivent ainsi la conception, la réalisation et la mise en place d'un banc de caractérisation électrique en température, de véhicules de test et la procédure de tests utilisée. Un second objectif essentiel de ces travaux se situe au niveau du prototypage virtuel. La modélisation et l'analyse des systèmes sont aujourd'hui incontournables afin d'éviter au maximum les défaillances qui peuvent mettre en danger des fonctions élaborées comme celles liées à la sécurité. Dans ces travaux de thèse nous modélisons le dispositif choisi afin de déterminer par simulation son comportement électrique sous l'influence de conditions de fonctionnement environnementales thermiques sévères. À l'aide d'une analogie électrique l'Équation de Diffusion Ambipolaire est résolu analytiquement pour fournir un modèle (1D) précis et complet de composants de puissance. Une confrontation simulation/ données constructeurs/ mesures expérimentales ouvre une discussion sur l'identification de l'Injection Enhanced effect : un phénomène physique permettant d'améliorer considérablement les performances statiques des composants IGBT, et présent dans certains IGBT selon une configuration structurelle particulière.

Ces travaux ont visé le développement d'une plateforme complète de détection de gaz pour environnement sévère haute température. Cette plateforme intègre un dispositif à ondes acoustiques de surface sur substrat Langasite, une résistance chauffante, une couche sensible inorganique nanostructurée et est placée dans une enceinte hermétique. Des températures de l'ordre de 450 °C ont été atteintes et des tests de cyclages ont démontré un fonctionnement reproductible en accord avec les modèles théoriques. Des tests de détection de composés organiques volatils (éthanol et toluène) ont mis en avant le fort potentiel du couplage entre dispositifs acoustiques et couches sensibles mésoporeuses présentant des seuils de détection de l'ordre de quelques ppm.

La réduction des dimensions et paramètres électriques des transistors, fruit des progrès dans les technologies de fabrication de circuits intégrés, rend les composants présents et futurs de plus en plus sensibles aux perturbations appelées évènements singuliers S.E.E. (Single Event Effects). Ces événements sont la conséquence d'une impulsion de courant résultant de l'impact dans des zones sensibles du circuit, de particules énergétiques présentes dans l'environnement dans lequel ils fonctionnent. Parmi les différents types de SEE, peuvent être mentionnés les SEU (Single Event Upsets) qui consistent en l'inversion du contenu de cellules mémoires, les SEL (Single Event Latchups) qui donnent lieu à des courts-circuits masse-alimentation et peuvent donc conduire à la destruction du circuit par effet thermique. Cette thèse a pour but de décrire et valider les méthodologies nécessaires pour évaluer de manière précise la sensibilité face aux radiations de deux types de circuits numériques représentatifs, processeurs et mémoires, composants utilisés dans la plupart des systèmes embarqués.

Notre projet vise la conception d'un biocapteur ultra-sensible à base de bactéries pour la détection de métaux lourds (contrôle environnemental). Ces travaux concernent le développement de systèmes impédimétriques et à ondes acoustiques de Love, associés à une puce microfluidique et fonctionnalisés par des bactéries Escherichia coli immobilisées sur une multicouche de polyélectrolytes déposés par la méthode " Layer by Layer " . L' étude fondamentale des interactions physiques-chimiques-biologiques mises en jeu lors des étapes de fonctionnalisation du capteur, et de son application à la détection de cadmium et de mercure, est également abordée, à travers le suivi en temps réel par le capteur acoustique, ainsi que par microscopie à force atomique en milieu sec ou liquide.Des seuils de détection inférieurs à 10-12M en quelques minutes ont été observés.

Les systèmes électroniques, évoluant dans les environnements spatial et terrestre, sont soumis à un flux de particules d'origine naturelle pouvant induire des dysfonctionnements. Ces particules ont la faculté de provoquer des aléas logiques (SEU) dans les mémoires SRAM. Bien que non destructifs, les SEU peuvent avoir des conséquences sur la sûreté de fonctionnement des équipements dans les applications nécessitant une grande fiabilité (avion, satellite, lanceur, médical, etc.). L'évaluation de la sensibilité de la technologie d'un composant est donc nécessaire afin de prédire la fiabilité d'un système. En environnement atmosphérique, cette sensibilité aux SEU est principalement causée par les ions secondaires issus des réactions nucléaires entre les neutrons et les atomes du composant. En environnement spatial, les protons de forte énergie induisent les mêmes effets que les neutrons de l'environnement atmosphérique.
Dans ce travail de recherche, un nouveau code de prédiction du taux de SEU a été développé (MC-DASIE) afin de pouvoir quantifier la sensibilité pour un environnement donné et explorer les mécanismes de défaillances en fonction de la technologie. Ce code permet d'étudier différentes technologies de mémoires SRAM (Bulk et SOI) en environnement neutronique et protonique entre 1 MeV et 1 GeV. Ainsi, MC-DASIE a été utilisé avec l'aide d'expérimentations pour étudier l'effet de l'intégration sur la sensibilité des mémoires en environnement terrestre, une comparaison entre les irradiations neutroniques et protoniques et l'influence de la modélisation du composant cible sur le calcul du taux de SEU.

Ce travail traite de la fiabilité des composants électroniques de puissance comme les MOSFETs et les IGBTs affectés par l'Environnement Radiatif Naturel dans lequel ils évoluent. Cette problématique fait, de nos jours, partie intégrante de la fiabilité des composants. Alors qu'elle concernait initialement les composants destinés à travailler en environnement radiatif sévère du type spatial ou aéronautique, l'évolution et la complexité de l'électronique embarquée, qui peuvent interagir avec ce type d'environnement et avoir des effets potentiellement dommageables, nous amène à prendre en compte ces contraintes radiatives comme le cas d'ion lourd. C'est dans ce cadre que nous avons effectué les travaux présentés dans ce mémoire. Des simulations utilisant les outils Synopsis TCAD ont été menés afin de mieux comprendre les mécanismes de défaillances comme le Single Event Burnout (SEB) et le Single Event Latchup (SEL) ainsi que la définition de critères de déclenchement, de comportement et de la sensibilité de différents composants (VDMOS, SJ-MOSFET, IGBT planar et IGBT trench). Ces études nous ont permis de proposer et d'évaluer des solutions de durcissement au niveau de design permettant la désensibilisation contre les phénomènes de déclenchement liés aux structures parasites
This work deals with the reliability of electronic components such as power MOSFETs and IGBTs affected by Radiative Natural Environment. Nowadays, this problem is considered to be part of the component reliability. While it concerned initially with components which work in severe radiation environment for aerospace, the evolution and complexity of embedded electronics that can interact with this environment which have potentially damaging effects lead us to take these radiative constraints into account as the case of heavy ion. From this scope this work was conducted. Simulations were carried out with Synopsys TCAD simulator in order to give a better understanding of the failure mechanisms such as the Single Event Burnout (SEB) or Single Event Latchup and to define the criteria of triggering, the behavior and the sensitivity of different structure (VDMOS, SJ-MOSFET, IGBT planar and IGBT trench). This study allows us to propose and evaluate hardening solutions in design against the triggering phenomena related to the parasites structures

Ce travail traite de la fiabilité des composants électroniques de puissance comme les MOSFET et les IGBT affectés par l'Environnement Radiatif Naturel dans lequel ils évoluent. Cette problématique fait, de nos jours, partie intégrante de la fiabilité des composants. Alors qu'elle concernait initialement les composants destinés à travailler en environnement radiatif sévère du type spatial ou aéronautique, l'évolution et la complexité de l'électronique embarquée, qui peut interagir avec ce type d'environnement et avoir des effets potentiellement dommageables, nous amène à prendre en compte ces contraintes radiatives comme le cas d'ion lourd. C'est dans ce cadre que nous avons effectué les travaux présentés dans ce mémoire. Des simulations utilisant les outils Synopsys TCAD ont été menées afin de mieux comprendre les mécanismes de défaillances comme le Single Event Burn-out (SEB) et le Single Event Latch-up (SEL) ainsi que la définition de critères de déclenchement, de comportement et de la sensibilité de différents composants (VDMOS, SJ-MOSFET, IGBT planar et IGBT trench). Ces études nous ont permis de proposer et d'évaluer des solutions de durcissement au niveau de design permettant la désensibilisation contre les phénomènes de déclenchement liés aux structures parasites.

L'interaction rayonnement matière est bien connue et documentée. A contrario, les études portant sur l'influence d'un environnement radiatif sur les diodes laser sont rares, et considèrent souvent le composant comme une boîte noire dont seules les propriétés extrinsèques sont étudiées. Nous proposons une méthodologie originale d'étude des diodes laser, basée sur l'analyse des propriétés optiques, électriques, dynamiques des composants. Nous montrons que ce type d'étude permet de remonter aux grandeurs physiques intrinsèques des composants étudiés. Cette méthodologie est ensuite appliquée à l'étude de l'impact d'un environnement radiatif spatial sur des diodes laser émettant à 852 nm destinées à être utilisées pour le refroidissement d'atome de césium dans des dispositifs embarqués. Pour généraliser la méthode utilisée, nous avons étendu nos essais à des diodes laser avancées à base d'alliages de GaInNAs sur InP en tension et de diodes laser à ilots quantiques InAs sur InP.

L'augmentation des performances requises pour les systèmes aéronautiques et spatiaux nécessite l'utilisation de composants électroniques de complexité croissante, dont la fiabilité, incluant la tenue aux radiations cosmiques, doit être évaluée au sol. Les mémoires DRAMs sont largement utilisées, mais leurs modes de défaillance sont de plus en plus variés, aussi les essais traditionnels en accélérateur de particules ne sont plus suffisants pour les caractériser parfaitement. Le laser impulsionnel peut déclencher des effets similaires aux particules ionisantes, aussi cet outil a été utilisé en complément d'accélérateurs de particules pour étudier, d'une part, les événements parasites SEUs (Single Event Upset) dans les plans mémoire et, d'autre part, les SEFIs (Single Event Functional Interrupt) dans les circuits périphériques. Ces études ont notamment permis d'expliquer l'influence des motifs de test sur les sensibilités mesurées, de découvrir l'origine des SEFIs les plus importants ainsi que de valider des techniques pour quantifier leurs surfaces sensibles. Une méthodologie de test destinée aux industriels a été établie, basée sur l'utilisation du moyen laser en complément des essais en accélérateur de particules dans le but d'optimiser les coûts et l'efficacité des caractérisations. En outre, une nouvelle solution de tolérance aux fautes est proposée, utilisant la propriété des cellules DRAMs d'être immune aux radiations pour un de leurs états de charge.

La caractérisation par mesure spectrale de l'environnement neutronique atmosphérique ambiant s'avère être spécifiquement primordiale dans le contexte de la problématique actuelle liée à l'évaluation des effets de radiations naturelles dans les matériaux semi-conducteurs. Ces " effets singuliers " identifiés sont susceptibles d'altérer le bon fonctionnement des technologies sur silicium fortement intégrées jusqu'au niveau du sol terrestre. Les travaux menés au cours de cette thèse de doctorat ont ainsi porté sur le développement d'un spectromètre de neutron, basé sur le principe du système généralisé des sphères de Bonner, de sensibilité adaptée à la mesure en environnement radiatif atmosphérique naturel et d'efficacité étendue de surcroît jusqu'au domaine des hautes énergies. Le développement du spectromètre s'est alors grandement appuyé sur la simulation numérique de type Monte Carlo au moyen du code de transport MCNPX. Une fois le système multi-détecteurs défini sur le support d'une modélisation détaillée, la matrice de réponse en fluence a été déterminée sur un large spectre en énergie, depuis les énergies thermiques jusqu'à plusieurs GeV. Une phase d'extension puis d'optimisation de la réponse aux neutrons d'énergies supérieures à la dizaine de MeV ont été menées pour aboutir à la configuration et au dimensionnement finals du système de spectrométrie, jusqu'à sa propre réalisation. Une phase de caractérisation, par simulations Monte Carlo, du spectromètre s'est ensuite consacrée à l'évaluation des possibles déviations et incertitudes associées aux réponses en fluence calculées. Une analyse de la sensibilité du spectromètre aux composantes radiatives atmosphériques chargées complète et finalise cette étude exhaustive de caractérisation. Des tests de mesures réalisés au moyen du spectromètre auprès d'une source 241Am-Be de référence ont apporté des éléments de validation expérimentale préliminaire de la matrice de réponse calculée.

Le besoin pressant de substitution du plomb dans les alliages de soudure a conduit à une introduction très rapide de nouveaux alliages sans plomb dont la connaissance en termes de comportement n'est pas assez approfondie. En effet, d'autres problématiques sont apparues (l'augmentation de la température du procédé de soudage, trop grand choix disponible dans les alliages alternatifs) alors que les problèmes relatifs aux alliages actuels sont restés sans réponse (le changement incessant de la microstructure des alliages de soudure, la méthodologie empirique prédisant la durée de vie). Tous les paramètres cités ci-dessus modifient la stabilité et la fiabilité des performances spécifiques de l'alliage de soudure et par conséquence, de tout le module électronique.De plus, avec la miniaturisation de l'électronique et les conditions d'environnement de plus en plus sévères, ces obstacles deviennent critiques et les solutions actuelles ne sont plus compatibles. Les demandes de ce marché deviennent donc de plus en plus strictes en termes de prédiction de durée de vie et de contrôle de fiabilité.L'objectif de ce projet est de comprendre et de concevoir une nouvelle formulation d'alliage sans plomb afin de développer une alternative à l'alliage plombé haute température et un alliage pour les applications haute fiabilité et en accord avec les directives gouvernementales. Des approches expérimentales avancées comme la nano-indentation, le suivi de l'évolution de la microstructure par SEM et par EDS mapping, l'étude des effets du vieillissement thermique sur la croissance de la taille des grains avec de la lumière croisée polarisée de microscopie optique etc seront utilisées pour développer un alliage sans plomb qui convienne aux exigences des applications automobile et pipeline
The urgent need for removing lead from solder alloys led to the very fast introduction of lead-free solder alloys without a deep knowledge of their behaviour. As a consequence, additional issues raised (increased thermally induced problems during soldering process, a too wide range of possible available alternative alloy formulations), while problems related to current solder alloys remained unsolved (the constant change of the solder alloy microstructure, empirical predicting lifetime methodology). All the above mentioned issues alter stability and reliability of the application specific performances of the solder alloy, and subsequently of the whole electronic module. These problems become critical and are no longer compatible, as the market goes towards miniaturization and harsh environment conditions. These market trends now require stricter life time prediction and reliability control. Objective of this project is to understand and design a novel lead-free solder formulation to develop a potential alternative to lead-based high temperature melting point solder for high reliability requirements and in accordance with governmental directives. An advanced experimental approach like nanoindentation, microstructure evolution with SEM and EDS mapping, thermal aging effects on continuous grain size growth with cross polarized light of optical microscopy etc. would be implemented to develop doped-SAC lead-free solders for the best-fit to requirements in automotives and pipelines applications

L'exploration du système solaire et l'étude de l'univers lointain sont principalement basées sur la mesure d'ions et de particules in-situ. Les détecteurs, utilisés pour convertir l'énergie en charges électriques mesurables, sont étroitement liés à leur électronique analogique Analog-Front-End (AFE) et cette combinaison forme des chaines astrophysiques de détection appelées "sensor heads". La nécessité d'améliorer les résolutions spatiales et spectrales des détecteurs nécessite la conception d'une électronique intégrée multivoies. Par ailleurs, pour s'adapter au mieux à chaque détecteur, une instrumentation spécifique devra être mise en oeuvre. Ainsi, le développement d'une électronique spatiale de type Application Specific Integrated Circuit (ASIC) doit être développée, nécessitant un savoir faire spécifique. La première partie de la thèse est consacrée à décrire les différentes méthodes de mesure des particules en environnement spatial. Le deuxième chapitre présente l'architecture d'un détecteur constitué de MicroChannel Plates (MCP), puis l'architecture d'un détecteur à base de semi-conducteurs pour la spectrométrie d'électrons énergétique. Le premier détecteur est utilisé pour la détection de particules alors que le deuxième permet de mesurer le niveau d'énergie déposé par les électrons dans des semi-conducteurs (Si et CdZnTe). Le simulateur GEANT 4 a permis de déterminer la géométrie optimale du détecteur en quantifiant le nombre de paires électron-positron créées dans les semi-conducteurs en fonction de l'énergie des particules incidentes. Le troisième chapitre présente une méthodologie de conception des chaînes d'instrumentation en technologie CMOS permettant de s'adapter aux différents détecteurs. Une étude succincte des effets de l'environnement spatial sur l'électronique CMOS est également réalisée. La structure analogique permettant de convertir une charge en tension est présentée et des pistes dont proposées afin de l'optimiser en vitesse, en bruit et en consommation. Le quatrième et cinquième chapitres de la thèse traitent du développement de deux ASICs, l'un permettant d'instrumenter un détecteur à MCP, l'autre un détecteur à semi-conducteurs. Enfin, le dernier chapitre présente les validations expérimentales et les performances des chaînes de détection pour la MCP et les semi-conducteurs. Les résultats de ces mesures ont permis de montrer la faisabilité de l'intégration multivoies de deux chaînes d'instrumentation spatiale validant ainsi la méthodologie de conception. Les performances obtenues sont meilleures que celles obtenues en électronique discrète et sont adaptées à l'environnement spatial. Ces nouvelles chaînes multivoies réalisées ouvrent donc de nouvelles perspectives dans les futures missions en astrophysique.

Ce projet contribue à développer la prochaine génération de nano-emballages en utilisant une approche plus sûre et éco-conçue avec des avantages directs à la fois pour l'environnement et la sécurité des consommateurs. Les emballages alimentaires constituent l’un des principaux secteurs d’applications des nanotechnologies avec des enjeux environnementaux prometteurs de substitution des pétro-plastiques par des bio-plastiques et de réduction des pertes et gaspillages alimentaires grâce à des emballages plus performants, de type actifs et intelligents. Dans le cas de matériaux nano-composites (matrice polymérique contenant des nano-particules) destinés au contact alimentaire, le risque majeur en terme de santé humaine est lié à leur impact sur la migration de composés indésirables de l’emballage vers l’aliment (stabilisants UV, antioxydants, plastifiants, etc) qui peuvent avoir des effets néfastes en fonction des doses et durées d’exposition. Ces interactions contenant/contenu sont soumises à une réglementation européenne dont l’objectif est la protection de la santé du consommateur en fixant des limites de migration spécifique pour tous les composés supposés entrer dans la composition des matériaux plastiques dédiés au contact alimentaire. Dans le cas des nanomatériaux, la présence de nanoparticules est susceptible de modifier les interactions entre le polymère et les additifs et par voie de conséquence leurs propriétés de transfert. Ainsi, la formalisation des phénomènes de migration de l’emballage vers l’aliment établie sur des matériaux plastiques ne contenant pas de nanoparticules ne peut pas être directement transposée au nano-matériaux. De plus la présence de ces nanoparticules peut profondément modifier l’éco-toxicité environnementale du système matrice- nanoparticule -additif.La présente étude vise à comprendre et contrôler l’impact des structures nanocomposites (matrice polymérique contenant des nano-particules) sur les propriétés de transport (diffusivité et solubilité) des nanoparticules et des additifs chimiques en condition d’usage. À cet égard, il est nécessaire de combler le déficit de connaissances dans a caractérisation de la structure 3D, des propriétés physico-chimique et des interactions aux interfaces entre nanoparticules et matrice dans les nanomatériaux. Devant la complexité du système étudié, la modélisation est indispensable pour représenter (simplifier sans pour autant perdre trop de connaissances) la structure 3D des nanomatériaux et simuler, reproduire puis prédire, l’évolution de leurs propriétés de transfert en fonction des paramètres structurels et en condition d’usage. La modélisation des transferts est également indispensable pour, dans une approche d’ingénierie inverse, éco-concevoir et dimensionner à façon des nano-emballages sûrs pour l’Homme et l’Environnement. Dans cette optique une démarche de modélisation multi-échelle des relations structure/propriétés de transfert de masse a été mise en place sur des matériaux nanocomposites ciblés choisis pour leur pertinence dans le domaine de l’emballage alimentaire
The market of nanotechnologies is dominated by the food packaging area which amounts more than 20% of the total nanotechnologies market in 2015. However, the wide-scale use of nanomaterials raises important questions about environmental and safety issues that could hinder their development. In the case of plastics intended to be in contact with food, the risk of contamination concerns not only the nanoparticles but also all the chemical additives added during the material processing. The presence of nanoparticles is susceptible to modify the interactions between polymer and the additives with a possible change in their transport properties and therefore the food contamination.The present work aims at identifying the relationship between the structural characteristic and the transport properties (diffusivity and solubility) of nanoparticles and chemical additives incorporated in nanocomposites. In this regard, it is necessary to fill the gap of knowledge in 3D nanostructure characterization and a multi-scale modeling of mass transfer properties of nanocomposites in real usage conditions.In this way, polyethylene and nanoclay were selected based on the best compromise between real potential applications and the scientific knowledge previously published and eventually the nanocomposites were synthesized with LLDPE, Cloisite20 and a compatibilizer by melt intercalation method.The nanocomposite structure was characterized using TEM, X-ray nanotomography, TGA and XRD then submitted to migration tests undertaken in contact with different food simulants which represent various types of food (aqueous, acid, alcoholic) following the recommendation of the European regulation on the food contact material. To evaluate the positive or adverse effects of the nanomaterials on the contamination of the food by chemical additives which are usually incorporated with the plastic packaging, the virgin polymer and nanocomposite material were spiked with a mixture of the additives exhibiting various volatility, polarity and molecular weight. Then, the transport properties (i.e inertia) of nanocomposite structure was distinctively investigated on kinetic (apparent diffusion coefficient) and thermodynamic (partition coefficient) considerations.The results indicated that nanoclay addition in plastic materials favorably reduced the migration of additives by modifying both their diffusivity in the polymer and their partition between the polymer and the food simulant. However, while the partition coefficient of additives increases in nanocomposite in comparison to pure LLDPE for the samples in contact with all types of food simulants, the reduction of diffusion coefficient is significantly dependent on the nature of the food simulant in contact. Hence, it can be concluded that the major role in the migration of additives is not played by the imposed tortuosity path, but by the factors such as the affinity between the base polymer and simulants as well as the effects of simulants on swelling and crystallinity of the samples. Moreover, the effect of additive-related parameters and the structural parameters were assessed and put in perspective with their impact on the transport properties of nanostructures. Integrating the results of characterization and transfer properties led to an improved understanding of the influence of structure of nanocomposites on their mass transfer properties and therefore on the suitability of using them as food contact materials

Il est communément admis que les écoulements dans les aquifères karstiques sont particulièrement concentrés dans les conduits et les fractures principaux. Dans ce travail, on cherche à décrire le comportement du flux à différentes échelles. A l'échelle locale, on considère une modélisation des écoulements en milieu continu. A cela s'ajoute à l'échelle régionale l'inclusion de drains comme éléments discrets (approche hybride). Nous avons recours pour ceci à l'utilisation d'un modèle d'écoulement défini par des équations aux dérivées partielles qui décrivent l'écoulement dans un milieu à double-porosité. La solution analytique de ce modèle nous permet d'étudier les phases de transition des flux selon une condition à la limite de type charge imposée. Ceci correspond à une perturbation hydraulique tel qu'un puits maintenu à charge constante. Afin d'inclure des conditions aux limites spécifiques (par exemple une limite imperméable) et une géométrie de domaine irrégulière, nous développons et employons un modèle numérique basée sur la méthode des éléments intégrales de frontière. Ceci permet de mettre en oeuvre l'approche hybride (milieu continu et discret) dans laquelle nous considérons les intersections entre conduits verticaux et horizontaux. Ce type de modélisation permet ainsi de considérer une échelle plus importante qu'un modèle continu seul. Par ailleurs, un modèle expérimental de laboratoire est conçu et réalisé afin d'étudier expérimentalement les phases de transition du flux issu de milieux hétérogènes. Cette approche est complémentaire de celle développée à l'aide de la solution analytique et du modèle numérique. Enfin, nous proposons le développement et les essais préliminaires d'un nouvel instrument de mesure. Il s'agit d'une sonde autonome qui a pour objectif de cartographier les conduits noyés dans les aquifères karstiques. Ainsi la géométrie des drains discrets pourra être représentée de façon plus réaliste dans le modèle numérique hybride. Les conclusions principales de ce travail sont les suivantes : à l'échelle locale et régionale, les phases de transition du flux dépendent des propriétés hydrauliques du milieu. La solution numérique permet d'étudier l'influence des géométries de domaine et de conditions aux limites complexes. Le modèle expérimental permet de reproduire qualitativement les phases de transition du flux analysées théoriquement. Enfin, la sonde permet de cartographier son parcours dans des conditions expérimentales contrôlées. Ces nouvelles méthodes contribuent à la caractérisation de l'hydrodynamique dans les aquifères karstiques.

La complexité et l'hétérogènité des MPSoC sont accentuées par l'émergence de nouvelles applications multimédia. Pour ce genre d'architectures MPSoC, les environnements de programmation classiques ne sont pas adaptés. Cette thèse propose un flot de conception du logiciel pour MPSoC. Le flot commence par un modèle de haut niveau de l'application et de l'architecture en Simulink. La génération et la validation du logiciel sont effectuées graduellement en partant de ce premier modèle, correspondant à différents niveaux d'abstraction. Des plateformes spécifiques de développement sont employées pour permettre le débogage des différents composants logiciels. Le flot proposé a été appliqué pour la génération et validation du logiciel pour plusieurs architectures MPSoC, qui contiennent plusieurs processeurs interconnectés par un bus ou un réseau sur puce, et exécutent des applications, comme l'encodeur H.264, le décodeur M-JPEG et le décodeur MP3.

L'évolution des technologies microélectroniques augmente la sensibilité des circuits intégrés face aux perturbations (impact de particules, perte de l'intégrité du signal...). Le comportement erroné d'un circuit peut être inacceptable et une analyse de sûreté à haut niveau d'abstraction permet de choisir les protections les plus adaptées et de limiter le surcoût induit par une éventuelle reprise de la description. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie et d'un environnement améliorant l'étude de la robustesse de circuits intégrés numériques. L'approche proposée met en œuvre un prototype matériel d'une version instrumentée du circuit à analyser. L'environnement comprend trois niveaux d'exécution dont un niveau logiciel embarqué qui permet d'accélérer les expériences en conservant une grande flexibilité : l'utilisateur peut obtenir le meilleur compromis entre complexité de l'analyse et durée des expériences. Nous proposons également de nouvelles techniques d'instrumentation et de contrôle des injections afin d'améliorer les performances de l'environnement. Une évaluation prédictive de ces performances renseigne l'utilisateur sur les paramètres les plus influents et sur la durée de l'analyse pour un circuit et une implantation de l'environnement donnés. Enfin la méthodologie est appliquée pour l'analyse de deux systèmes significatifs dont un système matériel/logiciel construit autour d'un microprocesseur SparcV8.

Les diverses branches de la conception de circuits intégrés, ont tendance aujourd'hui à se fondre en la notion de synthèse de système sur une puce ou de système de monopuce. Cela est dû à l'accroissement de la densité d'intégration, couplée à l'évolution des techniques de conception assistée. Au sein du flot de synthèse de systèmes monopuces, deux tendances en particulier se détachent, qui sont l'intégration croissante de logiciel embarqué dans de tels système, et la prise en compte très tôt dans le flot du problème de la consommation. Cette thèse s'intéresse à ces deux aspects de la conception de ystèmes actuels.
La première partie se focalise sur l'optimisation de programmes embarqués C. Ces travaux s'attachent principalement à optimiser à haut niveau les performances de programmes faisant un usage intensif de boucles et de tableaux, comme c'est le cas popur les applications de traitement du signal. Les optimisations étudiées et développées au cours de ces travaux, ont pour objectif de se substituer à des transformations manuelles de programmes embarqués, pratique qui reste courante de par l'incapacité de la plupart des compilateurs pour processeurs embarqués à gérer efficacement un code écrit à un niveau élevé.
La seconde partie de cette thèse se donne pour objectif de fournir une méthodologie d'estimation de la consommation dans un environnement de synthèse comportementale. C'est en effet à haut niveau d'abstraction que les stratégies de conception basse consommation ont l'impact le plus important sur la consommation du circuit final. Mais il est nécessaire pour cela de pouvoir juger de l'efficacité des stratégies base consommation appliquées, à l'ide d'un modèle d'estimation fiable.

Dans cette étude, nous nous intéressons aux outils de génération de logiciel embarqué ciblant des plateformes multi-tuiles hétérogènes. Dans ces plateformes, un système sur puce multiprocesseurs hétérogène (ou tuile) est répliqué et connecté par des réseaux externes à la tuile, extensibles et commutés par paquets. Ces outils se basent sur une représentation abstraite de l'architecture, de l'application et du déploiement des éléments applicatifs sur les éléments de l'architecture. Programmer de zéro ces architectures complexes n'est pas concevable, cependant nous ne pouvons nous contenter des environnements de programmation embarqués classiques en raison de l'hétérogénéité de la tuile de base, qui embarque des RISCs, des DSPs et une infrastructure interne à la tuile non uniforme et complexe. L'un des enjeux dans ce contexte est de masquer cette complexité au programmeur de l'application pour qu'il puisse se concentrer sur l'écriture de son programme sans se soucier dans un premier temps de son déploiement sur la plateforme cible. L'une des difficultés des systèmes multi-tuiles est le nombre de chemins de communication que ceux-ci proposent, c'est pourquoi nous nous concentrons dans ce manuscrit sur la gestion (transparente pour le programmeur) des communications dans notre flot. Nous définissons donc les informations minimales à inclure dans le modèle d'entrée du flot pour arriver à synthétiser les communications de l'application. Grâce à ces informations, nous arrivons à puiser les composants logiciels de communication adéquats, qui se présentent sous la forme de pilotes d'un système d'exploitation. Cette sélection n'est pas suffisante, il faut ensuite spécialiser ces composants pour chaque canal de communication de l'application afin d'arriver à un résultat correct. En raison du nombre d'unités de calcul de la plateforme ciblée et du nombre de canaux des applications considérées, une automatisation totale du flot est requise, nous abordons donc les difficultés que cela représente en raison du processus de compilation croisé mis en jeu par le flot, et la solution que nous avons retenue pour arriver à un flot fonctionnel. Trois applications (dont une appartenant au monde du calcul de haute performance), écrites par des programmeurs ne maîtrisant pas la plateforme multi-tuiles choisie, ont été soumises à notre flot, qui a généré de manière correcte plusieurs déploiements de ces applications.

Cette thèse est consacrée à l'étude du comportement de processeurs digitaux face à l'un des effets induits par l'environnement radiatif : le phénomène dit SEU ou upset qui se traduit par le basculement intempestif du contenu d'un élément mémoire comme conséquence de l'ionisation produite par le passage d'une particule chargée. Les conséquences de ce phénomène dépendent de l'instant d'occurrence et de l'élément mémoire affecté et peuvent aller de la simple erreur de résultat à la perte de contrôle d'un engin spatial. Les techniques de durcissement ne pouvant pas garantir entièrement l'immunité face aux upsets des circuits candidats aux applications spatiales, des méthodes d'estimation des taux d'erreurs de ces applications par des tests sous radiation ou par injection de fautes s'avèrent nécessaires, dans le double but de choisir les circuits les moins sensibles à ces effets et d'étudier le comportement des applications de vol face aux upsets. L'objectif de cette thèse consiste en la définition d'une méthode d'injection de fautes de type upset et de son expérimentation sur différentes architectures digitales afin d'étudier ses potentialités ainsi que son efficacité. La méthode proposée se base sur l'injection d'erreurs de type upset sur une carte digitale bâtie autour du processeur cible, comme conséquence de l'activation d'un signal d'interruption asynchrone. L'exécution de la séquence de traitement de l'interruption appelée CEU dans cette thèse (Code Emulant un Upset) provoquera la modification du contenu d'un bit sélectionné aléatoirement parmi les éléments de la zone mémoire sensible aux upsets du processeur. L'implantation de cette technique a été réalisée par l'intermédiaire d'un système THESIC, testeur dédié à la qualification sous radiation de circuits intégrés. Ce système comporte deux cartes digitales (carte mère/carte fille), dont la configuration s'est révélée adaptée aux contraintes imposées par la technique d'injection de fautes proposée. L'objectif final de ces recherches a été de démontrer que le taux d'erreurs d'une application peut être prédite à partir des résultats issus d'essais d'injection d'upsets et des mesures des sensibilités des éléments mémoires du processeur considéré. La confrontation de ces prédictions avec des mesures réalisées à l'aide d'accélérateurs de particules, a permis de montrer la validité de l'approche proposée pour différents types de processeurs.

Les composants reprogrammables de type FPGA à base de mémoire SRAM sont des candidats appréciés pour les applications aéronautiques et spatiales. Cependant les particules énergétiques présentes dans l'environnement naturel peuvent engendrer une mutation de l'application implémentée en créant des erreurs dans la mémoire de configuration. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont eu pour but principal l'étude d'une stratégie de prédiction du taux d'erreurs pour un système implémenté dans ce type de composant. La pertinence d'une telle approche a été évaluée par confrontation des prédictions des taux d'erreurs, issus de sessions d'injections matérielles/logicielles de fautes, avec les mesures obtenues lors de campagnes de test en accélérateur de particules. Le second objectif fut le développement d'une expérience embarquée, dans un satellite scientifique de la NASA, afin d'obtenir des informations sur le comportement du FPGA étudié et son application en environnement réel.