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Développement des réseaux de capteurs sans fil noyés dans le béton pour la surveillance des ouvrages de Génie Civil

/ Abbadi Amal / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-09-2015
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L’objectif de ce mémoire de thèse est de mener des recherches sur l’utilisation des technologies sans contact pour la surveillance de santé structurale. Les recherches comportent des développements scientifiques et technologiques visant à bien comprendre le fonctionnement des réseaux de capteurs sans fils dans un milieu hétérogène. Tout d’abord, nos études se concentrent sur les mesures des coefficients de réflexion et de transmission des ondes électromagnétiques dans le béton. La réalisation d’une communication entre deux antennes patch noyées dans du béton a permis de confirmer l’effet de l’humidité du béton sur l’atténuation des ondes radio dans le béton. Cette analyse a conduit à l'identification des propriétés diélectriques du béton pour la fréquence 860 MHz. Ensuite, nous avons étudié l’influence des configurations des armatures du béton (emplacement des armatures, dimensions des armatures) sur les coefficients de réflexion et de transmission. Nous avons étudié et optimisé une topologie de réseaux de capteurs sans fils adéquate pour être noyée dans le béton armé. L’étude d’optimisation prend en compte les caractéristiques des nœuds de capteurs, le bilan de liaison entre un nœud de capteur communicant et le puits et la durée de vie d’un nœud. Enfin, la conception et la réalisation d’un « totem en béton armé » d’une hauteur de 3 m, a permis de valider les différentes études abordées au cours de ces travaux de thèse. Cet édifice en béton armée est un démonstrateur instrumenté par un réseau de capteurs sans fils permettant de connaitre l’évolution de la température, de l’humidité et le niveau de déformation internes du béton armé à six endroits critiques de la structure.

Contribution à l’étude de méthodes alternatives pour la caractérisation de l’environnement électromagnétique d’une chambre réverbérante à brassage de modes

/ Abdourachid Ibrahim Igueh / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 06-12-2016
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Ce travail de thèse porte sur l’étude des chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM), dispositifs de mesure en compatibilité électromagnétique (CEM) qui sont de plus en plus employés car moins onéreux que l’utilisation des chambres anéchoïques. La principale contribution de notre travail porte sur l’étude de méthodes alternatives pour la caractérisation de l’environnement électromagnétique d’une CRBM. La méthode développée dans la thèse est une autre approche permettant de vérifier certaines propriétés des champs (uniformité, lois statistiques) dans le volume de test (VDT) au moyen des monopoles électriquement petits installés sur les parois de la chambre. De ce fait, le VDT est libéré de l’antenne de référence utilisée dans les procédures normatives actuelles. L’avantage de tels capteurs (par rapport aux antennes et sondes de champ commerciales) est leur coût et leur encombrement insignifiants. En plus, leur interaction avec l’équipement sous test (EST) est pratiquement nulle. La thèse est organisée en deux grandes parties : Après avoir rappelé dans une première partie, les différentes études déjà réalisées sur les parois des CRBM, nous avons développé et validé expérimentalement un modèle théorique simplifié visant à décrire les propriétés du champ électromagnétique au voisinage des parois. Dans la deuxième partie, nous démontrons la faisabilité d’une détermination du champ électrique dans le VDT au moyen de ces monopoles sur parois et ce, sur une très large plage de fréquences. La bonne concordance de ces résultats avec ceux de capteurs conventionnels placés dans le VDT valide notre approche.

Études théorique et expérimentale de dispositifs à hétérojonction AL(Ga, In)N/GaN pour des applications de puissances en bande Q (40.5 - 43.5GHz)

/ Agboton Alain / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 01-07-2016
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Ce travail de thèse a consisté à faire une étude théorique et expérimentale des transistors HEMTs Al(In,Ga)N/GaN . Il a été réalisé au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à L’IEMN. Il s’articule autour de quatre chapitres qui permettent d’abord d’évoquer les principales propriétés physiques des matériaux nitrurés, de présenter les principes de fonctionnement des HEMTs Al(In,Ga)N/GaN et d’exposer à travers l’état de l’art, leurs performances en termes de puissances hyperfréquences. Ensuite l’analyse des contacts de type Schottky et ohmique a été réalisée notamment à températures cryogéniques dans le but d’identifier les différents modes de conduction qui s’opèrent en leur sein. Puis les caractéristiques statique et hyperfréquence de transistors HEMTs Al(In, Ga)N/GaN fabriqués pour les besoins de cette thèse ont été étudiées et présentées. Celles-ci ont permis d’étudier les performances fréquentielles de ces transistors au travers d’une étude originale basée sur le temps de transit. Enfin les effets de pièges d’interfaces qui constituent l’une des limites fondamentales inhérentes à ce type de composants ont été caractérisés et quantifiés par différentes méthodes de spectroscopies de défauts (méthode de la pente sous le seuil, de la conductance, haute fréquence - basse fréquence …).

Material thermal conductivity measurement by the 3-omega method : application to polymers characterization using inkjet printing technology

/ Al-Khudary Nadine / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 17-12-2014
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Dans le domaine de l'électronique souple, les substrats flexibles à base de polymères sont de plus en plus utilisés. Si dans les prochaines années, les structures de propagation mises en œuvre sur ce type de substrat véhiculent une puissance, alors la connaissance de la conductivité thermique de ces matériaux est essentielle. Dans ce travail, nous mesurons la conductivité thermique de matériaux de type polymère en utilisant la méthode 3 omégas. Des mesures ont été effectuées sur du polydiméthylsiloxane (PDMS). Un procédé technologique particulier est utilisé pour la fabrication des échantillons de PDMS. De ce fait, les conducteurs métalliques sont encapsulés dans le polymère et non en surface de ce dernier. Mais cela est sans conséquence sur les valeurs de conductivité thermique mesurées. Les procédés photolithographiques utilisés traditionnellement pour réaliser les lignes métalliques sont coûteux et longs. Par conséquent, nous proposons pour ce type de matériaux une méthode alternative pour la réalisation des lignes conductrices grâce à la technologie d'impression par jet d'encre. Les conductivités thermiques du polyimide et polyétheréthercétone ont été mesurées en utilisant la méthode 3omega combinée à la technologie d'impression par jet d'encre. Des simulations numériques basées sur la méthode des éléments finis ont été développées au cours de la thèse. Les mesures expérimentales obtenues sont comparées aux résultats obtenus par une solution analytique et par notre modélisation numérique. Ainsi durant cette thèse nous montrons avec succès la possibilité d'utiliser la technologie d'impression jet d'encre pour mesurer la conductivité thermique d'un substrat souple.

Reduced graphene oxide-based nanocomposites : synthesis, characterization and applications

/ Al-Nafiey Amer Khudair Hussien / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-01-2016
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Nous avons synthétisé avec succès ces nano-composés (rGO/Arg-Ag NPs, rGO-Ni NPs and rGO-Co3O4NPs) et les avons caractérisés par de nombreuses techniques, XPS, SEM, TEM, FTIR, Raman, UV-Vis et TGA. Les analyses montrent que ces nano-composés à base de graphène ont des propriétés excellentes et une grande stabilité. Utilisés comme catalyseurs dans des applications environnementales, ils réduisent efficacement le 4-nitrophenol en 4-aminophenol ainsi que les colorants à forte adsorption et le chrome (VI) présents dans les eaux usées.

Fabrication et caractérisation de dispositifs de type HEMT de la filière GaN pour des applications de puissance hyperfréquence

/ Altuntas Philippe / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 01-12-2015
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Les transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) à base de nitrure de gallium constituent une filière prometteuse pour l’amplification de puissance hyperfréquence pour les applications en bande millimétrique. Les propriétés remarquables du GaN, tels que le champ de claquage , la vitesse de saturation et la densité des électrons élevés sont à l’origine des performances exceptionnelles obtenues avec les dispositifs à base de GaN. Les travaux de thèse ont été réalisés au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à l’IEMN. Ce travail relate la fabrication et la caractérisation de dispositifs de type HEMT de la filière GaN pour des applications de puissance hyperfréquence. La première partie de ce travail expose les phénomènes physiques mis en jeu dans les hétérostructures à base de GaN. La suite porte sur l’optimisation des procédés technologiques ayant comme point de mire la montée en fréquence ainsi qu’en puissance hyperfréquence. Un travail a été mené en vue de la réduction de la longueur du pied de grille permettant d’atteindre des longueurs minimales de l’ordre de 60nm. De plus, des analyses sont effectuées afin d’étudier les principales limitations inhérentes aux composants HEMTs. Le dernier chapitre présente l’ensemble des caractérisations en régimes statique et hyperfréquence sur des structures HEMTs fabriquées dans le cadre de ce travail. Il en ressort notamment un résultat en terme de densité de puissance à 40GHz, à ce jour à l’état de l’art, relatif à un HEMT de topologie 2x50x0.075µm2. Celui-ci ayant permis d’obtenir une densité de puissance de 2.7W/mm associée à un gain linéaire de 6.5dB et un rendement en puissance ajoutée de 12.5%.

Advanced techniques for noise figure and noise parameters measurements of differential amplifiers

/ Andee Yogadissen / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-12-2015
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Les circuits différentiels présentent de nombreux avantages par rapport aux circuits 2-ports classiques en termes d’immunité contre les bruits de mode commun, de tensions de sortie doublées et de réduction de distorsion d’ordre pair. Leur usage répandu crée une demande pour le développement de nouvelles techniques de mesures du facteur de bruit différentiel. Le chapitre 1 démontre que le facteur de bruit est fonction de la corrélation des ondes de bruit en sortie du circuit différentiel. Il n’existe toutefois aucun appareil capable de mesurer directement cette corrélation. Le chapitre 2 présente une technique originale pour mesurer cette corrélation. Elle utilise un coupleur hybride connecté aux ports de sortie du circuit différentiel selon 2 configurations de connexion. Cette approche permet de mesurer rigoureusement le facteur de bruit de tous types d’amplificateurs différentiels. Le chapitre 3 propose une technique pour mesurer la corrélation sans utiliser de coupleurs. Une étude de la structure différentielle permet de trouver une expression de la corrélation en fonction des puissances de bruit en sortie et des paramètres S. Une technique rapide et fonctionnelle est ainsi développée sur un analyseur de réseau 4-port pour mesurer le facteur de bruit d’un amplificateur différentiel. Cette approche sans coupleur est étendue à la mesure des paramètres de bruit d’un amplificateur différentiel. L’extraction des 4 paramètres de bruit se fait grâce à la méthode des impédances multiples en utilisant un synthétiseur différentiel d’impédance. Ce travail présente pour la première fois une technique sans coupleur pour la mesure des paramètres de bruit différentiels.

Étude de la cinétique des décharges et post-décharges excitées à hautes et très hautes fréquences dans les mélanges azotés

/ Annusova Adriana / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Univerzita Komenského (Bratislava) / 03-09-2014
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Ce travail porte sur l’étude de la cinétique des décharges et post-décharges dans l’azote et les mélanges azotés en écoulement à pressions modérées. Des travaux de modélisations cinétiques ont été effectués sur la base des résultats expérimentaux afin de comprendre les processus de production et destruction des différentes espèces sondées. La thèse est divisée en deux parties suivant les types de décharge et mélanges gazeux étudiés. Dans la partie A, un plasma généré dans des mélanges N2-Ar par une cavité hélicoïdale originale excitée à 27 MHz est étudiée par spectroscopie optique d’émission. Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle cinétique global couplé à un modèle de la fonction de distribution vibrationnelle de l’état N2(C3Pu, v’=0-4) a été développé. Ces modèles permettent d’analyser nos résultats et démontrent l’importance, dans notre décharge, des mécanismes impliquant les espèces métastables d’azote et d’argon, N2(A3Su+) et Ar(3P0,2). Dans la partie B, des décharges dans des mélanges N2-O2 produites par une cavité coaxiale à 433 MHz et leur post-décharge ont été étudiées par spectroscopie optique d’émission et de spectrométrie de masse. Un modèle cinétique temporel 0D, basé sur les résultats expérimentaux et associé à une simulation de l’écoulement, nous permet de reproduire qualitativement les évolutions des concentrations des émetteurs et de prédire la nature du milieu produit par la décharge et ses caractéristiques en vue de son utilisation pour la chimie des dépôts de couches minces de matériaux organosiliciés pour la microtechnologie.

Déploiement de la technologie RFID pour de nouveaux usages dans les industries du commerce

/ Anssens Charles / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-06-2012
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Aujourd’hui personne n’est capable de garantir le 100% de taux de lecture d’objets à identifier sous un portique, la tendance est d’augmenter la puissance d’émission pour être certains d’envoyer assez d’énergie pour téléalimenter tous les tags passant sous un portique. Cependant la puissance émise devient suffisante pour lire les tags du portique adjacent, c’est le phénomène de lectures croisées. Pour s’affranchir de ce problème nous avons développé une technique de synchronisation des lectures RFID visant à maximiser le taux de lecture et à corriger les lectures croisées. Dans le cadre de ma thèse je me suis orienté vers une architecture basée sur l’inventaire temps réel et couvrant toute la surface d’un entrepôt et non plus seulement les entrées et sorties. Pour mettre en place cette architecture il faut un maillage de lecteurs RFID et ceux-ci doivent être communicants. Nous réalisons donc un réseau de capteurs RFID qui permet une traçabilité plus fine, des inventaires temps réel et de nouveaux services tel que la localisation d’articles. Nous avons pu réaliser des prototypes fonctionnels de réseau de capteurs RFID dans la bande UHF (868MHz). Obtenir un taux de lecture à 100% est complexe à obtenir car les conditions d’environnements varient. De nombreux facteurs influent sur les performances. Un de ces facteurs est le phénomène d’évanouissements d’ondes sélectifs. D’où le besoin de développer des antennes qui modifient leur rayonnement afin de déplacer les évanouissements et ainsi s’assurer de couvrir 100% de l’espace en lecture RFID.

On heterogeneous networks under non-Gaussian interferences: experimental and theoretical aspects

/ Araújo Moreira Nicolas de / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 17-09-2019
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L’Internet des Objets représente un défi technique pour la communication 5G à cause de son hétérogénéité caractéristique : la bande 2.4 GHz ISM, par exemple, est partagée entre différents types de technologies, comme Wifi, Bluetooth et Zigbee. En plus de la perte de qualité de communication, des études récentes montrent que l’interférence augmente de façon significative la consommation d’énergie. Donc, traiter l’interférence devient une tâche importante pour assurer la réussite de la transmission de données. Cette thèse approche deux aspects différents des réseaux hétérogènes. La première partie présente une étude expérimentale sur la nature de l’interférence entre dispositifs IEEE 802.11 et 802.15.4, ses impacts dans la fiabilité de la communication et propose une description statistique. La conclusion principale est que, dans ce contexte, l’interférence présente un comportement non-Gaussien, plus précisément, impulsif. Des travaux théoriques récents alliés avec ces résultats expérimentaux montrent que la distribution α-stable est plus convenable pour représenter bruits impulsives. Cela signifie que, une fois optimal, les architectures de communication classiques basé sur assomption Gaussienne, particulièrement la méthode des moindres carrés et le récepteur linéaire, ne sont plus optimales et présentent une perte de performance significative. La deuxième partie présente une architecture MIMO basé sur codage Alamouti, estimation de canal supervisée basé sur méthode Least Absolute Deviation et récepteur p-norme avec une estimation de p. L’architecture proposée présente une performance supérieure au méthode classique.

Cité Scientifique BP 30155 59653 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX Tél.:+33 (0)3 20 43 44 10