Добірка наукової літератури з теми "Capteur de déplacement haute résolution"

Ce papier présente un modèle de classification multi-résolution, multi-date et éventuellement multi-capteur fondé sur une modélisation statistique explicite au travers d'un modéle hiérarchique de champs de Markov construit sur une structure quad-arbre. L'approche proposée consiste en un classifieur bayésien supervisé qui combine un modèle statistique conditionnel par classe intégrant des informations pixel par pixel à la même résolution et un champ de Markov hiérarchique fusionnant l'information spatio-temporelle et multi-résolutions, en se basant sur le critère des Modes Marginales a Posteriori (MPM en anglais), qui vise à affecter à chaque pixel l'étiquette optimale en maximisant récursivement la probabilité marginale a posteriori, étant donné l'ensemble des observations multi-temporelles ou multi-capteur. Un nouvel élément intéressant de l'approche proposée est l'utilisation en cascade de plusieurs quad-arbres, chacun étant assocé à une nouvelle image disponible, en vue de caractériser les corrélations associées à des images distinctes.

Ces dernières années, l'IGN a participé à des expériences de photogrammétrie très haute résolution au coursdesquelles des appareils photo numérique (APN) ont été utilisés sur différents types de drones. Cela nous a permisd'affiner les caractéristiques techniques importantes que devrait proposer une nouvelle caméra photogrammétrique ultralégèreet de très haute résolution dédiée à ce type d'application. Le LOEMI, laboratoire en instrumentation de l’IGN, fortde l'expérience qu'il a acquise en concevant et réalisant les caméras aériennes numériques de l'IGN, s'est lancé dans laconception de ce nouvel imageur en 2012 après avoir étudié les possibilités offertes par le marché en termes de capteuret de composant "cerveau" de la caméra. La caméra sera basée sur un capteur CMOS et son électronique d'acquisitionet de traitements sur un SoC+FPGA de la société Xilinx. Grâce à la conception modulaire du dispositif, on pourradisposer, en fonction du porteur utilisé, de configurations plus ou moins autonomes et donc plus ou moins lourdes, ouavec plus ou moins de connectivité ou de capteurs annexes. La configuration la plus légère sera constituée du seul"étage imageur" dont une version est, en ce début 2014, en cours de test. Les premiers prototypes fonctionnelsdevraient être réalisés d'ici la fin de l'année 2014.

Cet article présente un ensemble de résultats obtenus par télédétection radar satellitaire sur le site test Chamonix-Mont Blanc. L'objectif est d'illustrer le potentiel et les limitations de l'imagerie SAR (Synthetic Aperture Radar) pour l'observation des glaciers de montagne en zone tempérée. Après avoir rappelé certaines spécificités de ces glaciers qui conditionnent l'exploitation des données SAR, trois types de mesures sont étudiés : i/ le calcul de champs de déformation par interférométrie différentielle (D-InSAR) avec des données ERS Tandem dont les couples à un jour permettaient de mettre en œuvre cette technique en dehors de la période estivale ; ii/ le calcul de champs de déformation bidimensionnels par corrélation d'amplitude avec des données haute résolution TerraSAR-X (TSX) et la reconstruction du déplacement tridimensionnel à partir de couples acquis sur des orbites ascendantes et descendantes ; iii/ le calcul de la topographie à partir de couples TanDEM-X (TDX) en évaluant les incertitudes liées à la pénétration radar dans la neige et la glace. Enfin, nous illustrons les premiers résultats obtenus avec les données des satellites Sentinel-1 A/B, de plus faible résolution spatiale mais dont la répétitivité à 6 jours et la gratuité ouvrent de nouvelles perspectives. Ces travaux montrent à la fois le fort potentiel de l'imagerie SAR pour observer la dynamique et les variations de volume des glaciers tout en soulignant les facteurs favorables ou limitant pour une exploitation régulière des données issues des satellites radar lancés depuis les années 90.

Les systèmes aériens sans pilote, appelés encore drones, se présentent comme une nouvelle tendance dans le domaine de la télédétection et connaissent un essor sans précédent dans le domaine civil depuis le début de la dernière décennie. Ces systèmes permettent de combler plusieurs lacunes de la télédétection aéroportée. En effet, contrairement aux avions, les drones se caractérisent par une facilité et une rapidité de mise en oeuvre, et par l’acquisition d’images à très haute résolution spatiale. Ce mode d’acquisition à coûts d’opération très réduits offre également des vols à basses altitudes réduisant ainsi les nuisances atmosphériques et l’effet des nuages fréquemment présents dans les acquisitions aéroportées. Les drones sont utilisés en combinaison avec différents capteurs imageurs. Les capteurs hyperspectraux montés sur ce type de plateforme figurent parmi les solutions en émergence. Comme toute donnée de télédétection, les données d’imagerie hyperspectrale acquises depuis un drone doivent être corrigées des différentes distorsions et dégradations avant de pouvoir être exploitées. L’utilisation du drone est encore en phase d’exploration et n’a pas encore atteint sa maturité notamment lorsqu’il est combiné avec un capteur hyperspectral. En effet, peu de travaux ont été consacrés à l’étude de ce système et de ses capacités. Cet article propose de passer en revue les différents types de distorsion affectant les données hyperspectrales acquises depuis un drone ainsi que les prétraitements à mettre en oeuvre pour les corriger.

De nombreuses études expérimentales sont conduites pour analyser quantitativement la cinématique et l’écrasement des grains à l’interface sable-pieu sous chargement axial. Néanmoins, les résultats sont obtenus soit post-mortem, soit en déformations planes, et principalement pendant l’installation du pieu. L’article présente une approche innovante associant la tomographie à rayons X et l’analyse d’images en 3D et permettant d’extraire des informations à l’échelle granulaire, pendant le chargement monotone et cyclique du pieu. Les tests sont réalisés sur un pieu instrumenté installé par fonçage monotone dans un échantillon dense de sable. Après son installation, le pieu est soumis à un grand nombre de cycles axiaux contrôlés en déplacement à contrainte radiale constante. Ces essais sont conduits dans une mini-chambre de calibration qui permet d’acquérir des tomographies à rayons X à haute résolution après différentes étapes de chargement. La réponse macroscopique de l’interface montre une évolution du frottement à l’interface pendant les cycles en deux phases, avec une augmentation non négligeable de la résistance de frottement dans la seconde phase. Pour ces deux phases, la mesure de la cinématique révèle un comportement du sable différent associé à une densification importante à l’interface. D’abord, le sol se contracte radialement dans une zone de 4 D50 d’épaisseur. Ensuite, les grains de sable se déplacent difficilement et la densité à l’interface atteint un seuil pour lequel le frottement sur le pieu augmente de manière significative.

En raison d’une forte croissance démographique et d’une évolution des modes de consommation, on se retrouve face à une augmentation rapide des volumes de déchets qui engendrent des risques pour la qualité des eaux dans la plaine de Sidi Bel Abbès. L’étude réalisée porte sur l’évaluation des risques de pollution ainsi que la cartographie de la vulnérabilité de la nappe alluviale à la pollution. Une première étape de l’étude consiste à utiliser des données spatiales du capteur algérien ALSAT-2A à haute résolution (2,5 m) pour l’identification et la cartographie des sources de pollution des eaux d’origines urbaines et industrielles. Ces données offrent la possibilité d’augmenter la rapidité et la précision de cette cartographie. Une deuxième étape vise la protection des ressources en eau contre les sources de pollution. Cette préservation est essentielle, particulièrement dans les zones semi-arides où l’eau souterraine constitue une importante source hydrique. La cartographie de la vulnérabilité de la nappe alluviale à la pollution est utile pour connaître les zones qui nécessitent une protection. La cartographie est faite en appliquant la méthode DRASTIC basée sur sept paramètres physiographiques et hydrogéologiques obtenus à partir des données de télédétection (MNT) et des données exogènes (lithologiques, pédologiques, pluviométriques, hydrogéologiques). La zone d’étude est la plaine de Sidi Bel Abbès (1 166 km2) au nord-ouest algérien. Il s'agit d'une cuvette à remplissage quaternaire. Le choix de la zone est lié à l’existence d’une unité hydrogéologique (nappe alluviale); c’est une zone à haute valeur agricole et où il y a une multiplication des sources de pollution des eaux. Les résultats obtenus traduisent le risque de pollution des ressources en eau (nappe alluviale, eaux du barrage de Chorfa et oued Mekerra) par des sources variées, urbaines et industrielles, notamment le centre d’enfouissement technique et les eaux usées industrielles. L’écoulement des eaux polluées vers le barrage de Chorfa dégrade la qualité de ces eaux. En décembre 2016, les eaux de ce barrage étaient très polluées et présentaient un résidu sec de 1 940 mg∙L-1, l’oxygène dissous de 66,5 %, le NH4 de 2 mg∙L-1, le nitrite de 0,22 mg∙L-1 et le phosphore de 0,51 mg∙L-1. Les eaux de l’oued Mekerra analysées en 2010 étaient de très mauvaise qualité : demande biochimique en oxygène (DBO5) de 41,296 t∙a-1, demande chimique en oxygène (DCO) de 123,465 t∙a-1, azote total de 3 193 t∙a-1 et phosphore total de 2 342 t∙a-1. Étant donné la connexion permanente entre l’oued et la nappe, on assiste à une détérioration de la qualité des eaux souterraines. Face à cette dégradation, une carte de la vulnérabilité a été réalisée afin de distinguer les zones de forte vulnérabilité en vue de prendre les dispositions de protection nécessaires. Ces zones représentent 34 % de la surface de la nappe alluviale.

An airborne topo-bathymetric lidar survey was conducted at Cape John, on the north shore of Nova Scotia, Canada, using the shallow water Leica AHAB Chiroptera II sensor. The survey revealed new bedrock features that were not discovered using previous mapping methods. A thick blanket of glacial till covers the bedrock on land, and outcrops are exposed only along the coastal cliffs and offshore reefs. The seamless landseabed digital elevation model produced from the lidar survey revealed significant bedrock outcrop offshore where ocean currents have removed the glacial till, a significant finding that was hitherto hidden under the sea surface. Several reefs were identified offshore as well as a major fold structure where block faulting occurs along the limbs of the fold. The extension of the Malagash Mine Fault located ~10 km west of Cape John is proposed to explain the local folding and faulting visible in the submerged outcrops. The extension of this fault is partially visible on land, where it is obscured by glacial till, and its presence is supported by the orientation of submerged bedding and lineaments on both the south and north sides of Cape John. This paper demonstrates how near-shore high-resolution topography from bathymetric lidar can be used to enhance and refine geological mapping.RÉSUMÉUn levé lidar topo-bathymétrique été réalisé à Cape John, sur la rive nord de la Nouvelle-Écosse, Canada, en utilisant un capteur Leci AHAB Chiroptera II. Ce levé a permis de repérer des affleurements que les méthodes de cartographie plus anciennes n’avaient pu détecter. Une épaisse couche de till glaciaire recouvre la roche en place sur le continent, et la roche affleure seulement le long des falaises côtières et des récifs côtiers. Le modèle numérique de dénivelé en continu terres et fonds marins obtenu par le levé lidar a révélé l’existence d’affleurement rocheux considérables au large des côtes, là où les courants océaniques ont emporté le till glaciaire, une découverte importante demeurée cachée sous la surface de la mer jusqu’alors. Plusieurs récifs ont été identifiés au large des côtes, ainsi qu’une structure de pli majeure, à l’endroit où se produit un morcellement en blocs le long des flancs du pli. Une extension de la faille de la mine Malagash situé ~ 10 km à l’ouest de Cape John est proposé pour expliquer les plis et les failles locaux visibles dans les affleurements submergés. L’extension de cette faille est partiellement visible sur la terre, voilée par le till, et sa présence est étayée par l’orientation de la stratification et des linéaments submergés tant du côté sud que nord de Cape John. Cet article montre comment la topographie haute résolution du lidar bathymétrique peut être utilisée pour améliorer et affiner la cartographie géologique.

Cet article présente un ensemble de résultats obtenus par télédétection radar satellitaire sur le site test Chamonix MontBlanc. L'objectif est d'illustrer le potentiel et les limitations de l'imagerie SAR (Synthetic Aperture Radar) pour l'observationdes glaciers de montagne en zone tempérée. Après avoir rappelé certaines spécificités de ces glaciers qui conditionnentl'exploitation des données SAR, trois types de mesures sont étudiés : i/ le calcul de champs de déformation par interférométriedifférentielle (D-InSAR) avec des données ERS Tandem dont les couples à un jour permettaient de mettre enoeuvre cette technique en dehors de la période estivale ; ii/ le calcul de champs de déformation bidimensionnel par corrélationd'amplitude avec des données haute résolution TerraSAR-X (TSX) et la reconstruction du déplacement tridimensionnelà partir de couples acquis sur des orbites ascendantes et descendantes ; iii/ le calcul de la topographie à partir de couplesTanDEM-X (TDX) en évaluant les incertitudes liées à la pénétration radar dans la neige et la glace. Enfin, nous illustronsles premiers résultats obtenus avec les données des satellites Sentinel-1 A/B, de plus faible résolution spatiale mais dontla répétitivité à 6 jours et la gratuité ouvrent de nouvelles perspectives. Ces travaux montrent à la fois le fort potentielde l'imagerie SAR pour observer la dynamique et les variations de volume des glaciers tout en soulignant les facteursfavorables ou limitant pour une exploitation régulière des données issues des satellites radar lancés depuis les années 90.

Résumé Des levés régionaux de géologie marine effectués sur trois ans dans l’estuaire du Saint-Laurent permettent pour la première fois de caractériser en détail le relief sous-marin entre l’Ile aux Coudres et Pointe-des-Monts, Québec Canada. Les levés de bathymétrie multifaisceaux, couplés à des levés géophysiques à haute résolution (sismique et sonar à balayage latéral) et à l’échantillonnage du fond marin, ont permis d’imager et de documenter des champs de dunes décamétriques pouvant atteindre une dizaine de kilomètres de longueur et quelques kilomètres de largeur. La présence de ces mégadunes suggère un environnement très dynamique ainsi qu’une grande mobilité des sédiments. Deux de ces champs, localisés à l’intérieur des limites du Parc marin Saguenay‑Saint‑Laurent, font l’objet d’une description plus détaillée afin de comprendre l’environnement physique dans lequel ils ont été mis en place. Des ondes internes modernes dans l’estuaire moyen du Saint‑Laurent, phénomènes connus et documentés, sont peut-être un mécanisme important de la mise en place et de la mobilité des mégadunes. Toutefois, les profils sismiques dans ces champs de mégadunes montrent que certaines pourraient être un vestige d’une période où le régime hydraulique de l’estuaire était différent, avec un débit beaucoup plus fort vers l’aval et des courants de marée plus importants. Des mégadunes imagées sur le fond marin, d’une amplitude de 10 m et d’une longueur d’onde moyenne de 200 m, sont en effet observées sur un des profils sismiques en‑dessous de boues modernes. Les ondulations du fond marin sont identifiables à plusieurs échelles, les plus grosses étant surmontées de plus petites, qui elles pourraient représenter le régime hydrodynamique actuel. Il reste à évaluer l’activité moderne des mégadunes par le biais de levés multi‑annuels afin de quantifier le taux de déplacement, les changements morphologiques et d’établir une relation directe avec les conditions hydrodynamiques modernes.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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