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Intégration des équipements électroniques dans la modélisation de l'architecture électrique des véhicules automobiles‎ : eapplication à la prédiction de compatibilité électromagnétique dans les phases amont de la conception

/ Egot-Lemaire Stéphane / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 01-12-2005
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Cette thèse traite de l'élaboration et de l'évaluation d'une méthodologie d'intégration des équipements électroniques dans la modélisation CEM de l'architecture électrique en amont dans la conception des véhicules. L'approche proposée a pour principe de dissocier la modélisation d'un équipement en deux parties complémentaires mettant en jeu constructeur automobile et équipementier. La faisabilité de cette modélisation a préalablement nécessité de caractériser l'interaction entre l'équipement et la caisse du véhicule. En outre, les différents facteurs influant sur la validité du modèle ont été examinés, ainsi que le degré de précision à lui accorder. Ce dernier aspect a été envisagé en tenant compte de la globalité du système, notamment de la variabilité introduite par l'entrelacement aléatoire du faisceau de câbles. Enfin, la démarche proposée a été évaluée en confrontant les résultats statistiques des mesures et des simulations obtenus sur un sous-système électronique réaliste.

Commutation optique sur InP : apports pour la fabrication de commutateurs de très hautes performances

/ Rodriguez Christophe / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-12-2010
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Les nouvelles applications de la commutation optique nécessitent des composants de très hautes performances, c'est-à-dire un faible temps de commutation combiné avec une diaphotie très faible entre branches et un courant de commutation de quelques dizaines de milliampère. Cette combinaison est extrêmement délicate, mais le problème devient redoutable dès qu’on exige, en plus, des pertes fibre à fibre compatibles avec une intégration, c'est-à-dire de l’ordre du décibel. Notre travail de thèse se place dans cette perspective. Il fait suite aux différents travaux de l’IEMN dans ce domaine. Nous avons d’abord mis au point une structure de guide optique à multipuits quantiques pour augmenter les mécanismes de variation d’indice. Puis, nous avons optimisé des commutateurs de très faible diaphotie et des interféromètres de Mach-Zehnder. Ces composants ont ensuite été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Les résultats de cette étude ont déçu nos attentes à cause des pertes excessives des guides optiques. En parallèle, nous avons conçu d’autres guides de type dilué à cœur très fin. Ces guides on ensuite été fabriqué puis caractérisés. Nous avons finalement obtenu des pertes de couplage de 1,6 dB/face sans couche anti-réfléchissante, ce qui donnerait 0,1 dB avec une telle couche. Ce résultat très intéressant doit être lié au fait que la variation d’indice de réfraction obtenue sur ces guides est très importante, montrant un effet de porteurs libres bien plus élevé que dans les guides semi-conducteur classique. Tous ces aspects font de notre guide un excellent candidat pour fabriquer des commutateurs intégrés de très hautes performances.

BioMEMS pour l'analyse de cellules biologiques par spectroscopie d'impédance

/ Houssin Timothée / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-02-2011
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Les travaux de thèse ici présentés portent sur l’analyse intégrée de cellules biologiques par spectroscopie d’impédance en basse fréquence dans des systèmes microfluidiques. L’impédancemétrie représente une alternative intéressante aux marqueurs optiques car elle semble moins invasive. Le but de ces travaux est de développer des bioMEMS impédimétriques pour l’analyse du parasite aquatique Cryptosoridium parvum (C. parvum) et la détection des interactions protéine-cellule. Pour cela, des réseaux de microélectrodes interdigitées ont été réalisés au sein de puits et de microcanaux. Différentes géométries d’électrodes sont caractérisées. Des circuits électrique de modélisation sont présentés. Les spectres de relaxation diélectrique de l’eau déionisée en basse fréquence (< 1 MHz) et les temps de relaxation mis en jeu ont été déterminés. Une méthode électrique permettant de quantifier automatiquement et sans marqueurs la concentration de parasites C. parvum suspendus dans de l’eau purifiée est présentée. La viabilité de ces parasites est discriminée par impédancemétrie. Pour étudier les interactions protéine-cellule, la lactoferrine (Lf) et des cellules d’ovaires d’hamster chinois (CHO) ont été choisies comme modèle d’étude. Différents paramètres biologiques de culture cellulaire sont analysés pour optimer les mesures impédimétriques. L’interaction de la Lf avec les CHO est détectée spécifiquement. Afin d’injecter des réactifs aux cellules tout en minimisant les perturbations électrochimiques, l’analyse impédimétrique des interactions cellule-protéine est effectuée dans des canaux microfluidiques. Dans ces conditions, les mesures élecrtriques ont des effets invasifs.

Fabrication of Nanostructured Silicon Substrates for the Development of Superomniphobic Surfaces and Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Analysis of Biomolecules

/ Nguyen Thi Phuong Nhung / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 09-06-2011
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Mes travaux de thèse concernent la fabrication de micro et de nanostructures en silicium dans le but de développer des surfaces non-mouillantes et d’outils analytiques pour des applications en biochimie et en microfluidique. Pour ce faire, nous avons utilisé d’une part la gravure chimique humide qu’est la « metal-assisted electroless etching » (approche descendante) et d’autre part la croissance de nanofils par « Chemical Vapor Deposition » via le mécanisme « Vapor-Liquid-Solid » (approche ascendante). Des surfaces structurées possédant des morphologies différentes ont été obtenues. Grâce à ces méthodes de fabrication nous avons préparé des structurations simple et double, à savoir des structurations nanométriques et micrométriques et des doubles structurations micro-nanométriques. Dans une première partie, les surfaces structurées ont permis de développer des surfaces superomniphobes, capables de repousser des liquides présentant des tensions de surface très variables. Les surfaces présentant une double structuration donnant les meilleures propriétés non-mouillantes. Dans une deuxième partie, ces surfaces nanostructurées ont été utilisées comme matrices inorganiques pour la désorption/ionisation assistée par laser permettant l’analyse en spectrométrie de masse de petites molécules sans l’utilisation de matrice organique. Nous avons étudié l’influence de la morphologie, du type de dopage et de la terminaison chimique sur l’analyse en spectrométrie de masse d’un mélange de peptide standard. Finalement, nous avons réalisé l’enrichissement d’un peptide et son analyse en spectrométrie de masse à partir d’un mélange donné, grâce à l’introduction d’un ligand spécifique.

Réalisation d’une caméra infrarouge à bas coût pour application grand public

/ Sion Charles / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-11-2011
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Le rayonnement émis par un humain peut être détecté par un capteur infrarouge travaillant dans la bande 8-14µm. Les caméras basées sur ce type de détecteur, initialement réservées aux applications militaires, sont en développement constant grâce à la demande croissante d’applications commerciales telles que la détection de personnes ou la thermographie. Les détecteurs « non refroidis » constitués de matrices microbolomètriques représentent aujourd’hui près de 95% du marché industriel mais demeurent néanmoins trop couteux pour des applications grand-public. Pour remédier à ce problème, le travail reporté dans ce mémoire est relatif à la conception et la réalisation d’un système de vision infrarouge intégrant un capteur thermique matriciel développé au laboratoire et principalement destiné à la détection de personnes. Contrairement aux matrices bolométriques basées sur une variation de résistance électrique, ce capteur fonctionnant par effet thermoélectrique ne nécessite pas d’alimentation et l’interface électronique associée est très simple. Une attention particulière a été portée sur la diminution des coûts de fabrication par réduction des dimensions des pixels thermoélectriques associés à un objectif équipé d’une lentille de Fresnel en polyéthylène afin de permettre l’implantation de ce type de système dans l’habitat individuel. Des séries de microcapteurs 5x5, 7x7, 10x10 pixels ont été développées durant cette thèse ainsi qu’un imageur complet utilisant une matrice de 7x7 pixels. Le modèle mathématique mis au point durant ce travail montre que les dimensions des capteurs peuvent être encore réduites pour obtenir un nombre de pixels plus conséquent sans augmentation du coût.

Contribution à la modélisation HF du comportement électromagnétique de l’infrastructure d’alimentation ferroviaire

/ Ouaddi Hamid / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 09-12-2011
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L’infrastructure d’alimentation ferroviaire, qui comprend principalement la sous-station d’alimentation ferroviaire, la caténaire et les rails, permet l’acheminement de l’énergie nécessaire au fonctionnement du matériel roulant, mais les signaux d’amplitudes élevées qu'elle véhicule peuvent engendrer des champs électromagnétiques non négligeables sur une large bande fréquentielle. Il est donc essentiel de déterminer les contraintes électromagnétiques auxquelles seront soumis les équipements électroniques et de télécommunication à bord et à proximité du matériel roulant. La thèse propose un modèle du comportement électromagnétique de l’infrastructure d’alimentation sur une large bande de fréquences et dont les paramètres sont déterminés à partir de données accessibles, par exemple, la mesure d’impédances aux bornes de la sous station. Après une description des sous-stations, qui se composent principalement de transformateurs et de convertisseurs statiques, un modèle HF du transformateur est proposé en considérant les effets magnétiques et les capacités parasites. Ce modèle a été appliqué à un premier banc d’essai représentatif d’une sous-station d’alimentation en tension continue qui comprend un transformateur, un redresseur et une résistance. Ensuite l'étude du comportement fréquentiel du courant lorsque les effets de propagation sont introduits dans le modèle a été réalisée puis appliquée au banc de laboratoire modifié en conséquence. Pour terminer, une méthode de simulation d’une infrastructure d’alimentation, basées sur des données issues de mesures de courant effectuées directement aux bornes d'une sous-station réelle puis appliquées un modèle de ligne est détaillée.

Nanophotointerrupteur avec optique intégrée pour échantillonnage hyperfréquence

/ Pagies Antoine / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 09-12-2011
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L'objectif de cette thèse était d'explorer la possibilité de fabriquer un nanophotointerrupteur avec optique intégrée permettant de répondre aux besoins en terme d'échantillonnage optique de signaux radars. Le photointerrupteur est une ligne coplanaire interrompue sur substrat GaAs semi-isolant (SI) ou basse température (BT). L'interruption peut être éclairée soit par le dessus avec une fibre optique ou à l'aide d'un guide optique intégré. Le conducteur central des premiers composants, sur GaAs-SI, dispose de deux adaptateurs modaux hyperfréquences triangulaires au centre desquels se trouve une interruption de taille pouvant être submicronique. Nous avons mesuré un rapport ON/OFF supérieur à 13 dB jusqu'à 20 GHz, avec un éclairage par le dessus. Nous avons ensuite travaillé sur la géométrie de la ligne coplanaire. Nous avons en particulier étudié des adaptateurs modaux à géométrie sinusoïdale et exponentielle ainsi que l'effet du resserrement des masses autour du conducteur central. Nous avons ainsi mesuré un rapport ON/OFF de 32 dB jusqu'à 20 GHz, et des pertes d'insertion hyperfréquence de 6.5 dB. Concernant la partie optique, nous avons étudié par la méthode des faisceaux propagés différents types de guides diélectriques. Pour le composant intégré, nous avons choisi des nanoguides avec un cœur de Si3N4 enterré dans une matrice de SiO2, pouvant être fabriqués sur un dépôt d'or. Nous avons mesuré un rapport ON/OFF supérieur à 25 dB jusqu'à 20 GHz. Des nanophotointerrupteurs sur GaAs-BT ont été intégrés dans un système d'échantillonnage comprenant un laser impulsionnel femtoseconde, et ont permis de sous-échantillonner un signal à 20 GHz avec 3,15 bits effectifs.

Fabrication de micro-résonateurs haute fréquence pour la microscopie à force atomique sur des objets biologiques

/ Walter Benjamin / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-12-2011
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La Microscopie à Force Atomique (AFM) rapide et ses applications potentielles en nano-biotechnologie nécessite l’augmentation de la fréquence de résonance des sondes, constituées de levier résonant à quelques mégahertz. De plus, lors du passage en liquide, la fréquence de résonance ainsi que le facteur de qualité sont dégradés tandis que le système optique de mesure gagne en complexité. Les travaux présentés dans ce manuscrit proposent de remplacer le levier standard de l’AFM par un microsystème résonant à haute fréquence, présentant un facteur de qualité élevé et dont l’actionnement comme la détection seront intégrés. Après un état de l’art de l’AFM et de l’apport potentiel des microsystèmes pour la discipline, les détails de la conception d’une sonde basée sur un anneau en silicium vibrant suivant un mode elliptique munie d’une pointe sont présentés. Le procédé technologique 3D de fabrication collective sur substrats des sondes est détaillé. La pointe, dont l’apex présente un rayon de courbure nanométrique, est fabriquée par gravure chimique. L’actionnement électrostatique et la détection capacitive mettent en jeu un entrefer de 80nm auto-aligné. Un ensemble de caractérisations électriques et optiques permettent de mesurer et de calibrer les sondes avant leur montage sur un scanner AFM commercial. L’imagerie sur des échantillons biologiques, des origamis d’ADN, à l’aide d’une sonde fonctionnant à 11MHz et présentant un facteur de qualité à l’air de 1300 conclue ce manuscrit. La résolution en force obtenue est de 5pN.Hz-1/2.

Etude, conception et réalisation de transitions verticales coaxiales pour une intégration hétérogène 3D de microsystèmes en gamme millimétrique

/ Crunelle Romain / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-12-2011
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L’atteinte prévisible des limites de la loi de Moore dans les dix prochaines années poussent les concepteurs de systèmes de communication à intégrer le maximum de fonctionnalités dans des modules 3D de plus en plus petits, incluant des capteurs, de l’intelligence embarquée, des modules radio avec leurs antennes,(Approche More than Moore). On passe donc du concept de SoC (System-on-Chip) au concept de SiP (System-in-Package) pouvant intégrer des SoC mais offrant d’autres fonctionnalités au niveau de la perception de l’environnement, de la communication, de la reconfigurabilité et de la possibilité d’auto-organisation en réseau ad-hoc, tout en minimisant le volume et la consommation énergétique. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse, qui présentent cette technologie d’intégration hétérogène (System-In-Package) miniature, faible coût associant des MEMS RF à des circuits MMIC actifs et des antennes intelligentes pour établir des communications robustes en gamme millimétrique. Pour cela, nous proposons, par le projet SIPCOM, la réalisation et le test d’un module radio ultra compact et performant en gamme millimétrique grâce à une l’approche d’« intégration hétérogène ». Ce module intégrera toutes les fonctions nécessaires pour la réalisation d’un émetteur 60 GHz : le réseau d’antennes, les déphaseurs à base de MEMS pour assurer l’agilité du faisceau, le convertisseur DC/DC pour alimenter les MEMS, un FPGA (du commerce) pour commander la reconfigurabilité du module radio et les circuits mise en veille/réveil du module pour une consommation minimale. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer la technologie de mise en boitier et les interconnexions et transitions verticales. Au cours de ce manuscrit, nous proposons une nouvelle approche de transitions verticales, les TSCV (Through Silicon Coaxial Vias). Transition verticale basée sur le modèle coaxial, utilisant du benzocyclobuitène (BCB) en guise de matériau diélectrique, son étude, son développement, et l’évolution de la structure sont présentés. Du fait de sa nature, cette transition coaxiale offre tous les avantages à la mise en boitier à haute densité d’intégration, avec une totale isolation électromagnétique par rapport au substrat, et donc une totale indépendance quant à la nature du substrat, un rayonnement électromagnétique parasites ultra faible et, par les propriétés du BCB, des pertes électromagnétiques ultra faibles en bande millimétrique. Nous détaillons également le procédé e réalisation technologique et son évolution, qui permet la fabrication et le test de ces structures.

Modélisation comportementale SystemC-AMS d’interfaces RF et liaisons radio multipoint pour réseaux de capteurs

/ Massouri Abdelbasset / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-01-2012
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Ce travail vise à la mise en œuvre d'une plateforme de simulation basée sur SystemC-AMS. Elle permet de traiter un système complexe et hétérogène. Nous validons cette approche sur une application de réseau de capteurs (communication entre véhicule). Pour ce faire un niveau d'abstraction élevé a été adopté et une modélisation en bande de base des blocs RF a été développée. Non seulement les aspects relatifs à l'émetteur/récepteur ont été traités, mais également le canal radio. Si les actuels flots de conceptions permettent d'estimer la consommation des blocs numériques d'un SoC, une méthodologie d'estimation de la consommation des blocs analogiques et RF n'est toujours pas disponible. Nous proposons une méthodologie descendante basée sur le facteur de mérite et les paramètres systèmes pour estimer la consommation instantané de ces blocs. Ainsi des estimations de la consommation globale des nœuds et du réseau sont fournies par la plateforme. Nous avons fourni une bibliothèque implémentée en SystemC-AMS pour différents blocs d'un réseau de capteurs (nœud et canal radio). Les résultats montrent la faisabilité d'une simulation complexe mixte analogique, numérique et RF. Par ailleurs, ils montrent le gain considérable apporté par la simulation au niveau système en SystemC-AMS de modèles comportementaux d'un réseau de capteurs. La plateforme développée dans ce travail ouvre diverses perspectives sur de nombreux et importants aspects de la simulation système des réseaux de capteurs. Parmi ces aspects, le choix et l'optimisation des algorithmes de routage, les protocoles MAC, les algorithmes de traitement du signal sous une contrainte de consommation d'énergie.

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