Rozprawy doktorskie na temat „Micro visualisation”

Dans ce travail, nous proposons un nouvel appareillage, destiné à aider à la détermination du mécanisme de certaines protéines. Cet outil, qui combine un appareil de pinces magnétiques, et un microscope de fluorescence en ondes évanescentes, a été conçu pour permettre à la fois la manipulation mécanique et l'observation de l'activité d'ADN translocases à l'échelle de la molécule unique. Nous présentons d'abord ici la conception, la réalisation et l'expérimentation de ce montage. Nous montrons que, d'une part, il se compare favorablement à ses composants séparés (pinces magnétiques et microscope de fluorescence), et que d'autre part leur réunion dans un appareil unique permet d'obtenir des résultats d'un type nouveau. Nous avons orienté l'étude des ADN translocases avec cet appareil sur l'exemple de deux protéines : le moteur FtsK de Escherichia coli et l'ARN Polymérase de T7. Nous détaillons dans cette étude les questions importantes encore en suspens concernant le mécanisme et présentons les expériences que nous avons envisagées pour y répondre. Nous relatons ensuite également la difficulté que nous avons rencontrée à obtenir des substrats protéiques adaptés aux expériences que nous avons envisagées, et les solutions que nous avons mises en oeuvre pour y remédier. Enn, nous analysons les résultats obtenus dans des expériences en volume ou en pinces magnétiques seules, qui ont permis de mettre en valeur de nouveaux comportements et de préparer la réalisation de nouvelles expériences sur notre montage combiné.

La compréhension des mécanismes couplés de vaporisation et de pompage capillaire dans des micro-canaux est primordiale pour le développement des micro-boucles fluides diphasiques. Ce travail aborde les études expérimentale et théorique d'un évaporateur capillaire constitué d'un micro-tube de section carrée chauffé à son extrémité. Le banc expérimental développé permet de caractériser l'écoulement obtenu par pompage capillaire en fonction de la puissance de chauffe. Une attention particulière est portée sur la répartition des phases liquide et vapeur déterminée par le traitement d'images vidéo. Il apparaît que le phénomène de vaporisation dans de telles conditions opératoires est très instable. Les données issues du traitement des images, couplées à celles fournies par les autres capteurs, permettent d'analyser sous différents angles (i. E. Temporel, spatial et statistique) les caractéristiques de cet écoulement. Parallèlement à cette approche expérimentale, une modélisation de la répartition des phases est développée dans cette configuration de pompage capillaire. Ce modèle stationnaire permet de mieux comprendre les mécanismes dominant l'écoulement avec changement de phase et de prédire l'extension des zones de films minces de liquide. Pour finir, une étude sur le plan expérimental et numérique d'une boucle diphasique à pompage capillaire de type CPL et de dimensions réduites a été mise en place. Un modèle de fonctionnement a été développé permettant de mieux appréhender les problèmes de conduction thermique créés par la miniaturisation. Les premiers résultats expérimentaux mettent en avant l'orientation à suivre pour fiabiliser de tels systèmes
Understanding the coupled mechanisms of vaporisation and capillary pumping in micro-channels is crucial for the development of micro-loop heat pipes. This work deals with the theoretical and experimental studies of a capillary evaporator that consists of a square cross section micro-tube heatedat the end. The developed experimental setup allows to characterize the flow obtained by capillary pumping as a function of the heating power. Particular attention is focused on the distribution of liquid and vapour phases determined by the video image processing. It appears that the phenomenon of vaporisation in these operating conditions is very unstable. Data from the images processing, coupled with those provided by other sensors, allow to analyse from different ways (i. E. Temporal, spatial and statistical) the flow characteristics. In addition to this experimental approach, a model of the phase distribution has been developed in this configuration of capillary pumping. This stationary model provides a better understanding of the mechanisms that dominate the flow with phase-change and predicts the liquid thin films extension. Finally, an experimental and numerical study of a miniaturised capillary-driven two-phase loop (CPL's like) has been developed. An operating model is proposed in order to take into account the thermal conduction phenomena, which appear fundamental in miniaturised systems of thermal management. First experimental results highlight the direction for increasing the reliability of such systems

Les phénomènes aérodynamiques autour d'une aile vibrante dans un fluide au repos (vol stationnaire) sont étudiés en vue des applications aux micro-drônes. L'objectif de ce travail est de caractériser la dynamique tourbillonnaire générée par l'aile en mouvement par simulation numérique directe et analyse expérimentale puis de proposer un modèle analytique simplifié de prédiction des efforts en vue, à terme, d'optimiser les paramètres du mouvement conduisant à une force de sustentation maximale. Un grand nombre de cas ont été examinés correspondant à différentes incidences, lois de vitesse en translation et en rotation, axes de rotation et nombres de Reynolds. Le profil d'aile utilisé est symétrique. L'écoulement est incompressible, laminaire pour des nombres de Reynolds compris entre 500 et 2000. Les résultats expérimentaux, obtenus par visualisation par plan laser et technique anémométrique PIV, sont utilisés conjointement avec les résultats de simulation numérique directe pour l'analyse phénoménologique de l'écoulement. Le modèle développé pour les efforts aérodynamiques est une méthode indicielle basée sur l'utilisation d'intégrales de Duhamel ; les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à ceux des simulations numériques
The aerodynamics phenomena of flapping motion in hover are considered in view of the future Micro Air Vehicle applications. The aim of this work is to characterize the vortex dynamics generated by the wing in motion using direct numerical simulation and experimental analysis then to propose a simplified analytical model for prediction of the forces in order to optimize the parameters of the motion leading to maximum force. A great number of cases are investigated corresponding to different angles of attack, location of start of change of incidence, location of start of change of velocity, axis of rotation, and Re number. The airfoil used is symmetrical. The flow is assumed to be incompressible and laminar with the Reynolds numbers between 500 and 2000. The experimental results obtained by the laser sheet visualization and the Particle Image Velocimetry (PIV) techniques are used in parallel with the direct numerical simulation results for the phenomenological analysis of the flow. The model developed for the aerodynamic forces is an indicial method based on the use of the Duhamel Integral and the results obtained by this model are compared with the ones of the numerical simulations

Cette thèse porte sur la recherche sur la conception et l'utilisation de micro-visualisations pour l'exploration de données mobiles et pervasives sur des smartwatches et des trackers de fitness. Les gens portent de plus en plus de smartwatches qui peuvent suivre et afficher une grande variété de données. Mon travail est motivé par les avantages potentiels des visualisations de données sur les petits appareils mobiles tels que les brassards de suivi de la condition physique et les smartwatches. Je me concentre sur les situations dans lesquelles les visualisations soutiennent des tâches spécifiques liées aux données sur des smartwatches interactives. Mon principal objectif de recherche dans ce domaine est de comprendre plus largement comment concevoir des visualisations à petite échelle pour les trackers de fitness. Ici, j'explore : (i) les contraintes de conception dans le petit espace par le biais d'un atelier d'idéation ; (ii) le type de visualisations que les gens voient actuellement sur le visage de leur montre ; (iii) une revue de conception et l'espace de conception des visualisations à petite échelle ; (iv) et la lisibilité des micro-visualisations en considérant l'impact de la taille et du rapport d'aspect dans le contexte du suivi du sommeil. Les principaux résultats de la thèse sont, premièrement, un ensemble de besoins de données concernant un contexte d'utilisation touristique dans lequel ces besoins de données ont été satisfaits avec une richesse de conceptions de visualisation dédiées qui vont au-delà de celles couramment vues sur les affichages des montres. Deuxièmement, un affichage prédominant des données de santé et de forme physique, les icônes accompagnant le texte étant le type de représentation le plus fréquent sur les faces actuelles des smartwatchs. Troisièmement, un espace de conception pour les visualisations sur les faces de smartwatch qui met en évidence les considérations les plus importantes pour les nouveaux affichages de données sur les faces de smartwatch et autres petits écrans. Enfin, dans le contexte du suivi du sommeil, nous avons constaté que les gens effectuaient des tâches simples de manière efficace, même avec une visualisation complexe, à la fois sur les écrans de la smartwatch et du bracelet de fitness, mais que les tâches plus complexes bénéficiaient de la taille plus grande de la smartwatch. Dans la thèse, je souligne les opportunités ouvertes importantes pour les futures recherches sur la visualisation des smartwatchs, telles que l'évolutivité (par exemple, plus de données, une taille plus petite et plus de visualisations), le rôle du contexte et du mouvement du porteur, les types d'affichage des smartwatchs et l'interactivité. En résumé, cette thèse contribue à la compréhension des visualisations sur les smartwatches et met en évidence les opportunités ouvertes pour la recherche en visualisation sur les smartwatches
This thesis covers research on how to design and use micro-visualizations for pervasive and mobile data exploration on smartwatches and fitness trackers. People increasingly wear smartwatches that can track and show a wide variety of data. My work is motivated by the potential benefits of data visualizations on small mobile devices such as fitness monitoring armbands and smartwatches. I focus on situations in which visualizations support dedicated data-related tasks on interactive smartwatches. My main research goal in this space is to understand more broadly how to design small-scale visualizations for fitness trackers. Here, I explore: (i) design constraints in the small space through an ideation workshop; (ii) what kind of visualizations people currently see on their watch faces; (iii) a design review and design space of small-scale visualizations; (iv) and readability of micro-visualizations considering the impact of size and aspect ratio in the context of sleep tracking. The main findings of the thesis are, first, a set of data needs concerning a sightseeing usage context in which these data needs were met with a wealth of dedicated visualization designs that go beyond those commonly seen on watch displays. Second, a predominant display of health & fitness data, with icons accompanying the text being the most frequent representation type on current smartwatch faces. Third, a design space for smartwatch face visualizations which highlights the most important considerations for new data displays for smartwatch faces and other small displays. Last, in the context of sleep tracking, we saw that people performed simple tasks effectively, even with complex visualization, on both smartwatch and fitness band displays; but more complex tasks benefited from the larger smartwatch size. Finally, I point out important open opportunities for future smartwatch visualization research, such as scalability (e.g., more data, smaller size, and more visualizations), the role of context and wearer's movement, smartwatch display types, and interactivity. In summary, this thesis contributes to the understanding of visualizations on smartwatches and highlights open opportunities for smartwatch visualization research

Ce travail de thèse repose sur l'élaboration et l'exploitation d'un banc expérimental dédié à l'étude d'un écoulement cavitant dans un micro-canal, pour des conditions proches de celles de l'injection diesel. Ce banc a été développé dans le but de faire varier différents paramètres, notamment l'état de surface des parois du canal. Plusieurs méthodes optiques (imagerie en transmission, strioscopie et interférométrie) ont été mises en place afin de visualiser l'écoulementet d'en extraire des informations quantitatives. Les images en transmission permettent de visualiser la formation de vapeur dans le canal. Elles sont sensibles au gradient de masse volumique et font ainsi apparaître des couches de cisaillement, des structures turbulentes et des ondes de pression. Leur interprétation est rendue délicate par cette richesse en information et nécessite de recourir aux autres techniques optiques. Il ressort de ce travail que la cavitation se forme dans la couche de cisaillement, sous l'effet combiné de la dépression engendrée par le décollement à l'entrée du canal et de tourbillons générés par des instabilités dans la couche de cisaillement. La confrontation des résultats obtenus à l'aide des différentes techniques optiques, notamment les champs de pression reconstruits à partir des interférogrammes, montre que la zone de formation de la cavitation ne correspond pas à la zone de minimum de pression moyenne de l'écoulement. Il apparaît aussi que certaines bulles de vapeur ont une durée de vie bien supérieure à ce que prévoient les modèles de dynamique de bulles. On suspecte que des fluctuations de pression de l'ordre de 20 bar, associées à la turbulence, contribuent à la prolongation de ces temps de vie. Un algorithme de PIV, appliqué à des couples d'images en transmission, permet de montrer une augmentation importante des fluctuations de vitesse en sortie de canal lorsque les poches de vapeur se développent. Cette augmentation devient plus significative quand les poches atteignent60% de la longueur du canal. L'écoulement cavitant est essentiellement piloté par le nombre de cavitation K. Les conditions d'apparition et de développement de la cavitation ont été quantifiées dans différents canaux, en faisant varier des paramètres géométriques, la pression amont ou la température. L'influence de la hauteur du canal et du rayon de courbure à l'entrée de l'orifice est conforme aux données de la littérature. Une dépendance du nombre de cavitation critique Kcrit à l'apparition de la cavitation au nombre de Reynolds Re est montrée. Enfin, l'influence de l'état de surface des parois a fait l'objet d'une étude spécifique. Cette partie du travail demande probablement à être complétée mais l'état de surface semble avoir une influence sur la cavitation. D'après les cas étudiés au cours de cette thèse, une surface rugueuse ou texturée avec des motifs suffisamment espacés peut retarder l'apparition de la cavitation et une rugosité limitée (jusqu'à Ra = 0,7 μmici) peut favoriser le développement des poches de vapeur.

L'utilisation des micro-carnaux a l'avantage de contribuer à une augmentation significative de la compacité des échangeurs de chaleur et à une amélioration des performances énergétiques des systèmes. L'étude des régimes d'écoulements diphasiques et des transferts thermiques locaux représentent un véritable verrou scientifique vu son effet sur la durée de vie et les performances énergétiques des systèmes énergétiques tels que les piles à combustible et les refroidisseurs miniatures. Malheureusement, l'aspect hydrodynamique de l'écoulement et du transfert thermique (mesure des densités de flux thermique et des coefficients d'échange thermique locaux) dans un seul micro-canal demeure toujours mal connu. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à étudier les différents phénomènes se produisant lors de la condensation dans un seul micro-canal en repérant les différentes instabilités hydrodynamiques et en analysant les différents mécanismes physiques influençant les coefficients d'échange thermique. A cette fin, nous avons développé un banc d'essais pour tester la condensation en micro-canaux et dans lequel le micro-canal est instrumenté par des micro-thermocouples de 20 µm de diamètre. Cet aspect micro-instrumentation représente une véritable originalité de ce travail de thèse car il permet de mesurer les températures de surface locales tout au long du micro-canal. Une camera rapide est utilisée pour la visualisation des structures des écoulements se produisant en condensation dans le micro-canal. Une procédure de traitement d'images est développée pour caractériser les différents paramètres de l'écoulement diphasique dans le micro-canal, à savoir : taille des bulles, parcours des bulles, forme du ménisque, vitesse et fréquence des bulles, etc. L'influence de ces paramètres sur les structures des écoulements et sur l'intensification des transferts est étudiée. On montre que la présence des écoulements instationnaires et cycliques qui changent de structure durant chaque période. La variation de la température pour chaque période est reliée à la structure de l'écoulement en condensation dans le micro-canal. On a aussi identifié des écoulements développés de différentes structures. Nous avons aussi mis en évidence que la densité du flux thermique local dépend non seulement du flux massique et du taux de condensation mais également de la structure de l'écoulement en condensation. Enfin, nos résultats donnent une démonstration sur l'influence de la micro-structuration de surface sur la structure d'écoulement lors de la condensation dans un micro-canal, et fournissent de nouvelles méthodes pour l'amélioration de l'intensification thermique.

Dans une première partie de ce travail, nous avons développé de nouveaux outils pour la micromanipulation d'ADN en pinces magnétiques. Cet appareil permet d'appliquer une force contrôlée à une molécule d'ADN tout en mesurant son extension. Nous avons amélioré la résolution spatiale du dispositif, limitée par le bruit de photons affectant la détection optique, et la mesure de force, limitée par la résolution temporelle de la microscopie vidéo. Nous avons donc couplé une imagerie haute-fréquence par ondes évanescentes aux pinces magnétiques et l'avons appliqué à un nouveau principe de séquençage d'ADN démontrant une résolution sub-nanométrique. Pour mesurer de hautes forces, nous avons mis au point un protocole de modulation de l'exposition vidéo qui permet d'échantillonner correctement les fluctuations browniennes du système senseur magnétique-brin d'ADN et de restaurer leur niveau au-delà de la fréquence de coupure du système d'acquisition. Dans une seconde partie, nous proposons une imagerie photothermique, en champ large et en temps réel, de nanoparticules métalliques pour le marquage de moteurs moléculaires uniques. Nous avons démontré la possibilité d'imager rapidement des nanoparticules d'or uniques par effet photothermique, cependant des améliorations restent à produire pour visualiser des nanoparticules de taille adaptée aux applications biologiques. Dans cette optique, nous avons aussi exploré un nouveau mode de chauffage périodique et spatialement étendu: les interactions électromagnétiques entre champ radio-fréquence et nanoparticules métalliques. Finalement, nous avons appliqué le principe de démodulation optique utilisé pour la photothermie à l'identification sélective d'espèces biochimiques résonantes, visualisées en microscopie de fluorescence.

Les écoulements diphasiques sont couramment utilisés dans de nombreux domaines dont, en particulier, le domaine spatial. La performance de ces systèmes est entièrement régie par les couplages se produisant entre les écoulements et les transferts de chaleur. Cette particularité a conduit, depuis les dernières décennies, au développement de nombreuses études sur les écoulements diphasiques en microgravité. Afin d'accroître la connaissance sur le comportement thermo-hydraulique de ces systèmes thermiques, la présente étude se focalise sur l'étude de la condensation dans un mini-tube en présence ou non de la force gravitationnelle. Pour étudier l'effet de la gravité sur cette configuration, un premier modèle instationnaire d'écoulement diphasique a été développé. Parallèlement, une analyse des effets de la gravité sur l'hydrodynamique et les transferts thermique a été menée dans deux sections d'essai possédant un diamètre interne commun de 3,4 mm et des vitesses massiques faibles à modérées. La première étude a été réalisée au cours de la 62e campagne de vols paraboliques de l'ESA. Elle a été dédiée à la détermination des coefficients de transfert de chaleur quasi-locaux se produisant à l'intérieur d'un tube de cuivre. Afin de visualiser également les régimes d'écoulement présents, un tube en verre a été inséré au sein de cet échangeur. L'effet de la gravité sur les écoulements et les transferts a ainsi été déterminé. La seconde expérience, menée au sol, a porté sur l'étude d'un écoulement de vapeur descendant au sein d'un tube en saphir placé verticalement. Un protocole de mesure permettant d'obtenir simultanément l'épaisseur du film de liquide ruisselant et le coefficient d'échange local associé a été développé
Liquid-vapor two-phase flows have common applications in many fields including space thermal management systems. The performances of such systems are entirely associated to the coupling between thermal and hydrodynamic phenomena. Therefore, two-phase flows in microgravity condition have emerged as an active research area in the last decades. In order to complete the state of the art and to contribute to the increase in the knowledge of hydrothermal behavior of two-phase thermal management systems, the present study was conducted on convective condensation inside a mini tube, both in normal and micro gravity conditions. To analyze the effect of gravity on such flows, a preliminary transient modeling of the two-phase flow has been established. Simultaneously, an experimental investigation was carried out on the hydrodynamic and thermal behaviors of condensation flows in two test sections of 3.4 mm inner diameter at low and intermediate mass velocities. The first experiment was conducted during the 62nd ESA parabolic flights campaign. The test section was made with copper and allowed measurements of the quasi-local heat transfer coefficient. A glass tube was also inserted in the middle of the test section for the visualization of the two-phase flow regime. From this study, the changes in heat transfer coefficient and flow regime according to gravity variations were determined. The second experiment was carried out on ground in a sapphire tube installed vertically considering downward flow. The set-up was designed in order to measure simultaneously the local heat transfer coefficient and the thickness of the liquid film falling down along the tube wall

Les puissances thermiques dissipées par les systèmes électroniques dans les satellites sont en constante augmentation au fil des années. Les surfaces émissives des satellites deviennent ainsi insuffisantes pour évacuer ces flux thermiques. Une solution à ce problème consiste à développer une machine thermique à compression couplée aux classiques caloducs pour élever la température des panneaux radiatifs sans dégrader celle des équipements. Le travail réalisé s'inscrit dans cette problématique en se focalisant sur la zone de condensation en microgravité. Pour cela, une étude expérimentale a été menée sur les comportements hydrodynamique et thermique des écoulements en condensation à faibles vitesses massiques à l'intérieur de tubes ayant des diamètres hydrauliques inférieurs au millimètre. Cette étude a mis en évidence trois zones d'écoulement principales : annulaire, intermittente et à bulles sphériques. Les transitions entre les structures d'écoulement ont été analysées et les paramètres hydrauliques et thermiques ont été déterminés pour chacune des zones. Enfin, l'impact du couplage hydrodynamique entre plusieurs micro-tubes montés en parallèle sur les lois d'écoulement et de transferts thermiques a été mis en évidence et étudié. Parallèlement à cette étude expérimentale, une machine thermique à compression (à l'échelle 1) a été dimensionnée et réalisée avec les différents partenaires du projet dans lequel s'est inscrite cette thèse
The heat powers dissipated by the electronic systems in the satellites are in continuous increase over the years. The emissive areas of the satellites become thus insufficient to evacuate these heat fluxes. One solution to this problem is to develop a heat pump coupled with the classical heat pipes in order to increase the temperature of the radiative panels without degrading that of the equipments. The present work is carried out in this issue with a focus on the condensation zone in microgravity. For this purpose, an experimental study was conducted on the hydrodynamic and thermal behaviors of the condensation flows at low mass velocities inside channels having hydraulic diameters less than one millimeter. This study highlighted three main flow zones: annular, intermittent and spherical bubbles. The transitions between the flow patterns were analyzed and the hydraulic and thermal parameters were determined for each zone. Finally, the impact of the hydrodynamic coupling between several micro-channels mounted in parallel on the flow and heat transfer laws was highlighted and studied. In parallel to this experimental study, a heat pump (at scale 1) was dimensioned and realized with the different partners of the project in which this thesis is positioned

Les atomes neutres piégés sont des candidats potentiels pour
l'implémentation de portes logiques quantiques. Dans ce contexte, cette étude
porte sur la réalisation d'un piège dipolaire optique de si petite taille qu'il
ne puisse contenir qu'un atome unique. Pour cela, il est nécessaire de
focaliser très fortement un laser à l'endroit où l'on désire capturer les
atomes. L'expérience s'articule donc autour d'un objectif de microscope de
grande ouverture numérique, entièrement conçu et réalisé au laboratoire. Cette
optique est utilisée pour faire focaliser un laser au centre d'un piège
magnéto-optique, réservoir d'atomes froids alimentant le piège dipolaire ainsi
créé.

Le dispositif d'observation des atomes piégés est basé sur le même objectif,
qui collecte, avec une grande efficacité, la fluorescence des atomes piégés et
en fait l'image sur une caméra CCD ou une photodiode à avalanche. La résolution
spatiale du dispositif utilisant la caméra permet d'obtenir une image des
atomes capturés, alors que l'on utilise la rapidité de la photodiode à
avalanche pour les études de la dynamique du piège avec une bonne résolution
temporelle.

Après une description détaillée de ce dispositif expérimental, nous montrons
qu'il est possible de réaliser des micro-pièges dipolaires optiques, de
quelques microns cube et contenant une dizaine d'atomes. L'étude de la
dynamique de chargement et de la durée de vie de ces pièges révèle également la
présence de processus de collisions à deux corps. Nous montrons ensuite qu'en
diminuant le taux de chargement il est possible d'observer, en temps réel, un
atome unique piégé pendant quelques secondes. Dans ce régime, un processus de
"blocage collisionnel" limite ce nombre d'atome à un. Pour finir, nous
décrirons la mise en place d'un double piège dipolaire, dans lequel on peut
piéger un atome unique dans chaque site. Ce dispositif ouvre la voie vers
l'étude de l'interaction entre atomes piégés individuellement.

Factory shop floors of the future will see a significant increase in interconnected devices for monitoring and control. However, if a Service Orientated Architecture (SOA) is implemented on all such devices then this will result in a large number of permutations of services and composite services. These services combined with other business level components can pose a huge challenge to manage as it is often difficult to keep an overview of all the devices, equipment and services. This thesis proposes an SOA based novel assimilation architecture for integrating disparate industrial hardware based processes and business processes of an enterprise in particular the plastics machinery environment. The key benefits of the proposed architecture are the reduction of complexity when integrating disparate hardware platforms; managing the associated services as well as allowing the Micro Injection Moulding (µIM) process to be monitored on the web through service and data integration. An Enterprise Service Bus (ESB) based middleware layer integrates the Wireless Sensor Network (WSN) based environmental and simulated machine process systems with frontend Google Gadgets (GGs) based web visualisation applications. A business process framework is proposed to manage and orchestrate the resulting services from the architecture. Results from the analysis of the WSN kits in terms of their usability and reliability showed that the Jennic WSN was easy to setup and had a reliable communication link in the polymer industrial environment with the PER being below 0.5%. The prototype Jennic WSN based µIM process monitoring system had limitations when monitoring high-resolution machine data, therefore a novel hybrid integration architecture was proposed. The assimilation architecture was implemented on a distributed server based test bed. Results from test scenarios showed that the architecture was highly scalable and could potentially allow a large number of disparate sensor based hardware systems and services to be hosted, managed, visualised and linked to form a cohesive business process.

La miniaturisation continue et la complexité des dispositifs poussent les techniques existantes de nano-caractérisation à leurs limites. De ce fait, la combinaison de ces techniques apparait être une solution attrayante pour continuer à fournir une caractérisation précise et exacte. Dans le but de dépasser les verrous existants pour l’imagerie chimique 3D haute résolution à l’échelle nanométrique, nous avons concentré nos recherches sur la création d’un protocole combinant la spectrométrie de masse à ions secondaires de temps de vol (ToF-SIMS) avec la microscopie à force atomique (AFM). Ceci permet entre autre de corréler la composition et la visualisation en 3 dimensions avec des cartographies de topographie ou d’autres propriétés locales fournies par l’AFM. Trois principaux résultats sont obtenus grâce à cette méthodologie : la correction d’un ensemble de données ToF-SIMS pour une visualisation 3D sans artefacts, la cartographie du taux de pulvérisation locale permettant de mettre en évidence les effets liés à la rugosité et la présence d’interfaces verticales et la superposition des informations avancées ToF-SIMS et AFM. Quatre applications de la méthodologie combinée ToF-SIMS et AFM sont abordées dans cette thèse. La procédure de correction des données ToF-SIMS en 3D a été appliquée sur une structure hétérogène GaAs / SiO2. Les artefacts liés à la pulvérisation, notamment l’effet d’ombrage, ont été étudiés par le biais des cartographies de taux de pulvérisation sur des échantillons avec nano-motifs structurés et non structuré. Enfin, nous avons exploré la combinaison de l’analyse ToF-SIMS avec trois modes avancées de microscopie AFM : piézoélectrique (PFM), capacité (SCM) et conducteur (SSRM). Une première étude a notamment permis d’observer l’évolution et la modification chimique suite à l’application d’une contrainte électrique sur deux film mince piézoélectriques. Une deuxième étude s’est focalisée sur l’impact de l’implantation Ga lors de la préparation d’échantillons par FIB pour voir comment limiter l’effet de l’amorphisation sur la mesure électrique. Les aspects techniques de la méthodologie seront abordés pour chacune de ces applications et les perspectives de cette combinaison seront discutés
The continuous miniaturization and complexity of devices have pushed existing nano-characterization techniques to their limits. The correlation of techniques has then become an attractive solution to keep providing precise and accurate characterization. With the aim of overcoming the existing barriers for the 3D high-resolution imaging at the nanoscale, we have focused our research on creating a protocol to combine time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) with atomic force microscopy (AFM). This combination permits the correlation of the composition in 3-dimensions with the maps of topography and other local properties provided by the AFM. Three main results are achieved through this methodology: a topography-corrected 3D ToF-SIMS data set, maps of local sputter rate where the effect of roughness and vertical interfaces are seen and overlays of the ToF-SIMS and AFM advanced information. The application fields of the ToF-SIMS and AFM combined methodology can be larger than expected. Indeed, four different applications are discussed in this thesis. The procedure to obtain the topography-corrected 3D data sets was applied on a GaAs / SiO2 patterned structure whose initial topography and composition with materials of different sputter rates create a distortion in the classical 3D chemical visualization. The protocol to generate sputter rate maps was used on samples with structured and non-structured nano-areas in order to study the possible ToF-SIMS sputtering artefacts, especially the geometric shadowing effect. Finally, we have explored the combination of ToF-SIMS analysis with three AFM advanced modes: piezoresponse force microcopy (PFM), scanning capacitance microscopy (SCM) and scanning spreading resistance microscopy (SSRM). Specifically, two main applications were studied: the chemical modification during electrical stress of a piezoelectic thin film and the recovery of initial electrical characteristics of a sample subjected to Ga implantation during FIB preparation. Technical aspects of the methodology will be discussed for each application and the perspectives of this combination will be given

La motivation de ce travail est la réalisation de circuits permettant d'afficher rapidement des images sur un écran d'ordinateur. Voici dix ans, nous avons proposé un circuit LSI, prenant en charge la gestion d'une mémoire d'image et l'écriture rapide de segments de droite et de caractères, dans une optique de "terminal graphique". Nous avons ensuite cherché à augmenter les performances de cette architecture et à l'adapter à l'environnement "station de travail". Nous sommes aujourd'hui convaincu que la solution ne passe pas par des circuits spécialisés, mais par la définition d'opérateurs généraux de calcul très puissants. Pour expliquer cet itinéraire, nous décrivons une suite d'expérimentations réalisées, précédée par une histoire des architectures de visualisation.

Yes
Ultrasound injection molding has emerged as an alternative production route for the manufacturing of micro-scale polymeric components, where it offers significant benefits over the conventional micro-injection molding process. In this work, the effects of ultrasound melting on the mechanical and morphological properties of micro-polypropylene parts were characterized. The ultrasound injection molding process was experimentally compared to the conventional micro-injection molding process using a novel mold, which allows mounting on both machines and visualization of the melt flow for both molding processes. Direct measurements of the flow front speed and temperature distributions were performed using both conventional and thermal high-speed imaging techniques. The manufacturing of micro-tensile specimens allowed the comparison of the mechanical properties of the parts obtained with the different processes. The results indicated that the ultrasound injection molding process could be an efficient alternative to the conventional process.

Yes
Micro-injection moulding (μIM) stands out as preferable technology to enable the mass production of polymeric components with micro- and nano-structured surfaces. One of the major challenges of these processes is related to the quality assurance of the manufactured surfaces: the time needed to perform accurate 3D surface acquisitions is typically much longer than a single moulding cycle, thus making impossible to integrate in-line measurements in the process chain. In this work, the authors proposed a novel solution to this problem by defining a process monitoring strategy aiming at linking sensitive in-line monitored process variables with the replication quality. A nano-structured surface for antibacterial applications was manufactured on a metal insert by laser structuring and replicated using two different polymers, polyoxymethylene (POM) and polycarbonate (PC). The replication accuracy was determined using a laser scanning confocal microscope and its dependence on the variation of the main μIM parameters was studied using a Design of Experiments (DoE) experimental approach. During each process cycle, the temperature distribution of the polymer inside the cavity was measured using a high-speed infrared camera by means of a sapphire window mounted in the movable plate of the mould. The temperature measurements showed a high level of correlation with the replication performance of the μIM process, thus providing a fast and effective way to control the quality of the moulded surfaces in-line.
MICROMAN project (“Process Fingerprint for Zero-defect Net-shape MICRO MANufacturing”, http://www.microman.mek.dtu.dk/) - H2020 (Project ID: 674801), H2020 agreement No. 766871 (HIMALAIA), H2020 ITN Laser4Fun (agreement No. 675063)