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Thousands to millions of sensitive signals will need to be conveyed through all the temperature stages of a dilution fridge to operate future large-scale quantum processors made of many quantum bits. The exploding number of heat-conductive coaxial cables will overwhelm the fridge cooling capabilities, detrimental to the quantum core. Moving the control electronics down to cryogenic temperatures allows the use of already-available superconducting cables, alleviating heat conduction between low-temperature stages, and appears as a clear path towards scalability in the number of operating qubits.This Ph.D. work aimed to explore the use of the industrial CMOS 28nm Fully-Depleted Silicon-On-Insulator (FD-SOI) technology at cryogenic temperatures for quantum computing applications. Our first objective is to extend the sparse existing knowledge about the FD-SOI 28nm transistors at cryogenic temperatures for practical aspects of circuit design and later for developments of compact models.To speed-up the characterization of single devices with the inherent hour-long cooling cycles, we designed an integrated circuit multiplexing a thousand of transistors for different geometries and gate-stack flavors for low-frequency measurement of the current-voltage characteristics and pair-matching analysis from 300 down to 0.1K. We discuss and analyze the evolution trends with varying geometry at different temperatures for important quantities in circuit design, such as the transconductance, the conductance, and the transconductance over drain current ratio of individual transistors.Secondly, we explore the low-temperature co-integration and the full on-chip integration of semiconductor quantum devices with classical electronics aimed at specific measurements down to the millikelvin range.We first focus on the sub-nanoampere current measurement of quantum dot devices by designing and characterizing a low-power transimpedance amplifier (TIA). The high-gain amplifier is successfully applied to measure the current across single- and double quantum-dot devices, respectively wire-bonded a few mm away or on-chip integrated a few micrometers-away. To further leverage the integration into the same substrate, we connected GHz-range voltage-controlled oscillators to one of the gates of the double dot in an attempt to observe discrete charge pumping in a fully-integrated device.Lastly, we tackled the measurement of the gate capacitance of single quantum devices by proposing a new measurement scheme making use of the cryogenic electronics capabilities as an alternative to the well-known reflectometry. By integrating a voltage-controlled current excitation and a voltage-sensing amplifier in the 200 MHz range, both in close proximity to the quantum device connected to an LC tank, the read-out circuitry of a variation in the device capacitance becomes a purely lumped-element system with impedance measurement of the resonant circuit without any wave propagation like in reflectometry. This approach increases simplicity and compactness of the measurement set-up. We even replace the bulky passive inductor used in reflectometry by an active inductor made of transistors and capacitors, offering improved scalability with a 3-orders of magnitude lower area for the same inductance. The resulting circuit successfully measured aF-capacitance variations of nanometric transistors at 4.2K revealing oscillatory quantum effects in the gate capacitance as a function of the gate and back-gate voltages.At the end of this dissertation, a picture is given with the challenges laying ahead related to circuit architecture and design for the ultimate goal of entering into the era of large-scale quantum processing.; Des milliers, voire des millions de signaux sensibles devront être acheminés à travers tous les étages de température d'un réfrigérateur à dilution pour faire fonctionner les futurs processeurs quantiques à grande échelle composés de nombreux bits quantiques (qubits). L'explosion du nombre de câbles coaxiaux thermo-conducteurs va submerger les capacités de refroidissement du réfrigérateur, au détriment du noyau quantique. Refroidir l’électronique de contrôle, aujourd’hui à températures ambiantes, à des températures cryogéniques pourrait permettre l’utilisation de câbles supraconducteurs, thermiquement isolant, et ouvrir la voie vers l’augmentation du nombre de qubits.Ces travaux de doctorat visent à explorer l'utilisation de la technologie CMOS FD-SOI 28nm à des températures cryogéniques pour des applications dans le calcul quantique. Notre premier objectif fut d'étendre les connaissances existantes sur les transistors FD-SOI 28 nm à des températures cryogéniques pour les aspects pratiques de la conception de circuits et plus tard pour le développement de modèles compactes.Pour accélérer la caractérisation de dispositifs CMOS, longue à cause de la durée inhérente des cycles de refroidissement, nous avons conçu un circuit intégré multiplexant un millier de transistors aux différentes géométries et empilements de grilles pour la mesure des caractéristiques courant-tension basses-fréquences et des disparités entre dispositifs identiques de 300 à 0.1K. Nous discutons et analysons le comportement en fonction de la température et de la géométrie des transistors en se concentrant sur des quantités importantes lors de la conception de circuits intégrés, telles que la transconductance, la conductance et le rapport de la transconductance sur courant de drain des transistors.Deuxièmement, nous explorons la co-intégration à basse température et l'intégration complète sur un même substrat silicium de dispositifs quantiques semi-conducteurs avec leur électronique classique visant à les mesurer jusqu’à des températures de l’ordre du millikelvin.Nous nous concentrons d'abord sur la mesure du courant à travers des puits quantiques en concevant et en caractérisant un amplificateur à transimpédance de faible puissance (TIA). L'amplificateur de fort gain permet de mesurer avec succès le courant à travers des dispositifs à un et deux puits quantiques, respectivement placés à quelques mm ou intégrés sur puce à quelques micromètres. Afin de tirer davantage parti de l'intégration sur le même substrat, nous avons connecté des oscillateurs commandés en tension dans la gamme GHz à l'une des portes du double puit quantique dans le but d'observer le pompage de charge discret au sein d’une unique puce.Finalement, nous avons abordé la mesure de la capacité de grille de dispositifs nanométriques en proposant un nouveau mode de mesure qui tire parti de l’électronique cryogénique et qui se substitue à la célèbre réflectométrie. En intégrant une source de courant commandée en tension et un amplificateur de tension opérant à des fréquences de l’ordre de 200 MHz à proximité immédiate du dispositif quantique et du résonateur, le circuit de lecture de la capacité de grille devient un circuit électronique discret sans ondes propagatrices, contrairement à la réflectométrie, pour une plus grande simplicité et meilleure compacité. Nous remplaçons même l'encombrante inductance passive utilisée en réflectométrie par une inductance active composée de transistors et de condensateurs, offrant une surface active réduite. Le circuit conçu mesure avec succès les variations de capacité de grille des transistors nanométriques à 4,2 K, ainsi révélant des effets quantiques oscillatoires dans la capacité de grille en fonction des tensions de grille.À la fin de cette thèse, une image est dépeinte concernant les futurs défis et obstacles liés à l'architecture et à la conception des circuits dans le but ultime d'entrer dans l'ère du calcul quantique à grande échelle.

La distance est le maître-mot du contexte pandémique auquel la planète est confrontée depuis mars 2020. Elle s’est installée dans les relations humaines en conquérant les secteurs d’activité les plus divers. L’acte notarié, traditionnellement fondé sur le rapport présentiel entre les parties et le notaire, qui permet à ce dernier l’accomplissement de son devoir d’authentification personnelle, n’a pas échappé à un tel bouleversement. L’admission de la comparution des parties devant le notaire par visioconférence met à l’épreuve la notion d’authenticité jusque-là uniforme au sein du notariat latin. Le présent texte propose une réflexion sur les principaux enjeux de l’authenticité dématérialisée du point de vue de ses fondements et de la reconnaissance internationale de ses effets juridiques., Distance is the watchword in the pandemic context the world is facing since March 2020. It has settled in human relations by conquering the most diverse sectors of activity. The notarial deed, traditionally based on the face-to-face relationship between the parties and the notary, which enables the latter to fulfil his duty of personal authentication, has not escaped such upheaval. The admission of the appearance of the parties before the notary by videoconference puts to the test the notion of authenticity, which had hitherto been uniform within the Latin notarial system. This text proposes a reflection on the key challenges of the dematerialized authenticity, from the point of view of its foundations and the international recognition of its legal effects.

Quelle périodisation retenir pour caractériser l’évolution du Japon depuis 1945 ? En faisant valoir que l’appareil productif japonais est soumis comme d’autres aux grandes évolutions technologiques, on peut découper en trois phases ces quarante dernières années. Durant les années 50 et 60, le Japon fonde sa croissance principalement sur les industries de main-d’œuvre « banalisées », comme le textile et les chantiers navals ; puis il parvient à la maîtrise des activités fordiennes, comme l’aut...

SCHEMA 1 SCHEMA 2 Remarques : L’épaisseur des lignes extérieures donne le degré de fermeture du marché du travail. Les flèches donnent la direction des flux, leur épaisseur la fréquence de ces flux. Source : UJIHARA Shojiro, 1973, p. 231.

Cet article analyse révolution du système de travail et d’emploi au Japon, face au développement de la micro-électronique. Le système d’emploi à vie, au Japon, est favorable à l’introduction de la micro-électronique. En particulier, la mobilité des salariés favorise l’acquisition des compétences de métier, des savoir-faire nouveaux et la promotion interne des salariés. De même, le système de travail japonais permet une extension des compétences ouvrières vers les tâches de programmation, de maintenance, de contrôle de la qualité. Cependant, de multiples formes de dualisme apparaissent entre PME et grandes entreprises, entre ouvriers et ingénieurs-techniciens, fragilisant ainsi le système de travail et d’emploi japonais.

La dynamique du syndicalisme au Japon révèle la crise du système d’emploi. On assiste aujourd’hui à un double mouvement de restructuration des confédérations syndicales (création du Rengo) et de revitalisation du syndicalisme d’entreprise. Le syndicat veut être plus actif face à la désyndicalisation : il se transforme en prestataire de services pour les salariés et intègre davantage les valeurs et les objectifs de l’entreprise.

Cet article décrit la rapide internationalisation du système automobile japonais (constructeurs et fournisseurs) qui, ne pouvant plus seulement exporter des voitures construites au Japon ou dans les pays proches, a été amené à développer ses implantations productives en Amérique du Nord, et partiellement encore, en Europe. Les exemples de la Corée du Sud et de Taiwan sont présentés plus en détail. Les stratégies qui se mettent en place ne sont ni une simple transposition à l’extérieur des « pyramides » japonaises ni une intégration complète dans des réseaux d’alliances mondiales pas encore stabilisées.

Les statistiques japonaises sous-évaluent le chômage, dit-on. La comparaison attentive des méthodes utilisées en France et au Japon conduit au contraire l’auteur à conclure à leur similitude. Mais, au Japon, la moindre extension de la sphère emploi/chômage en raison notamment de l’ambivalence d’une partie de la main-d’œuvre féminine limite le rôle du chômage en tant que mode d’ajustement. Le « petit » chômage japonais est néanmoins source d’inquiétude pour les pouvoirs publics.

Les investissements industriels japonais en France sont présentés dans cet article comme partie intégrante de la redistribution des capitaux japonais vers les pays industrialisés. Des données quantitatives permettent de suivre l’évolution des flux d’investissements directs japonais en France au sein desquels on note une accélération des investissements industriels. Quelques exemples détaillés permettent d’analyser la diversité des stratégies concrètes.

Le dualisme du marché du travail japonais ne peut être isolé du dualisme de l’ensemble des structures économiques qui consacre la coupure entre PME et grandes entreprises (GE), conséquence du processus de rattrapage d’une économie en développement rapide. Le système d’emploi à vie et de rémunération à l’ancienneté, bien qu’il soit difficile d’en mesurer l’ampleur, joue un rôle important dans la persistance de ce dualisme. Analysés sur longue période, les écarts entre PME et GE alternent phases de rattrapage et phases de réouverture, sans qu’il soit, aujourd’hui encore et malgré quelques tendances récentes, possible de parler de résorption de ce dualisme.

Au cours des années 1970, c’est l’effort d’organisation de la production qui domine dans l’industrie automobile japonaise, en particulier avec le « Just-In-Time System » et une gestion des stocks qui rejaillit sur l’ensemble du système de sous-traitance. Depuis 1980, la micro-électronique envahit la production (robotique, automatisation flexible), accentuant l’effort de rationalisation, et de réduction des coûts.

L’industrie automobile japonaise est entrée depuis 1985 dans une phase de restructuration accélérée. La délocalisation d’une partie de sa production sur ses principaux marchés d’exportation, ainsi que la rationalisation du système productif engagée au Japon-même, tendent à définir les nouvelles bases mondiales d’un cartel monopolistique en accord/concurrence avec l’industrie américaine. Le processus d’internationalisation s’étend aux équipementiers ; à terme, l’ensemble du système automobile intégrera les répercussions de la standardisation des pièces. Pour l’heure, les firmes délocalisées adaptent leur gestion à un environnement qu’il leur faut apprendre à maîtriser.

Le présent ouvrage analyse la dynamique actuelle du système industriel japonais, dans ses dimensions économiques, techniques et sociales. À partir du cas de la branche automobile, vecteur de la croissance japonaise et creuset d’amples mutations techniques et organisationnelles, il présente les stratégies développées à l’échelle mondiale par les firmes japonaises : en particulier, les délocalisations d’activités qu’elles réalisent hors du Japon pour répondre à la hausse du yen (E. DE BANVILLE, F. QUELLE, S. SEI). Ce mouvement se déroule dans le cadre du « modèle japonais » de gestion du travail, de la production et des changements techniques. Celui-ci s’est montré particulièrement efficace au cours des trente dernières années pour assurer la croissance de la production et de l’emploi et la diffusion de l’innovation (J.-L. BESSON, Y. BOUCHUT, Y. LECLER). Face aux contraintes d’aujourd’hui, les trois piliers sociaux de l’économie japonaise - l’emploi à vie, le salaire à l’ancienneté, le syndicat d’entreprise - ne devront-ils pas s’adapter aux nouvelles conditions de l’accumulation ? Derrière une apparente stabilité globale, on peut repérer des signes de mutations qui pourraient affecter le cœur même du système japonais (W. CAVESTRO, C. MERCIER, K. SATO, K. SUGITA).

Comme le montre l’auteur dans le cas de l’électronique, les activités de petits groupes sont une pratique systématique des entreprises industrielles japonaises (CCQ). Permettant de resserrer la cohérence du collectif de travail, ces pratiques contribuent à rendre plus productives les équipes de travail, elles-mêmes plus autonomes dans l’organisation de l’entreprise que ne le sont leurs correspondants occidentaux.

High-pressure drops characteristic of microchannel heat sinks (MCHS) is an issue that needs to be addressed to reduce the size of heat-removing devices in compact electronic devices. Supercritical carbon dioxide (s-CO₂) is a suitable candidate being proposed as an alternative coolant to enhance the cooling of the microchannel heat sink (MCHS), with high heat flux, due to its favorable thermophysical properties near its critical point. In this study, numerical simulations are conducted to evaluate the thermal and hydraulic performance of a channel for a designed heat sink with s-CO₂ (at constant (Formula presented.)) and compare it with conventional liquid coolant (water). The effect of coolants mass flow rate ((Formula presented.)), channel aspect ratio (AR), and inlet temperatures on the thermal and hydraulic performance of one channel is studied by varying (Formula presented.) from 0.004 to 0.03 kg/s and AR from 0.33 to 10. The results show that, for the same aspect ratio, same geometry, and constant heat flux, s-CO₂ offers a higher overall heat transfer coefficient (32%) with a lower friction factor (pumping power) compared with the water at the same inlet temperature (T = 32°C). The results of pumping power comparison between two coolants reveal that for CO₂ in supercritical conditions ((Formula presented.), T = 32°C), the consumed power varies by change of the aspect ratio, which is 1.85 times lower than water for AR = 0.33 and is 3.6 times higher for AR = 10. However, in the subcooled state, the reverse effect of the aspect ratio is seen.

Le sujet principal de cette thèse est le constant changement au sein de deux rôles, soit celui d’interprète et celui de compositrice et comment chacune de ces disciplines aura une influence directe sur la démarche présentée dans cette recherche. Les diverses étapes du travail avec l’électronique sont également présentées, ainsi que l’évolution de celui-ci dans chaque projet. On aborde aussi dans cette recherche la grande différence, les avantages et les désavantages de la composition de musique mixte en vue d’une interprétation pour soi même ou pour d’autres interprètes. Autres aspects importants : l’influence de la musique populaire, plus spécifiquement la musique afro-cubaine, l’improvisation et la théâtralité. Un processus de recherche et de création qui présente différentes oeuvres, leurs problématiques et leurs étapes de création. Les oeuvres #TheEraOfTheShow et Babilonia seront présentées et analysées plus en détail., Being in constant change between several roles, that of the interpreter and the composer and how each of these disciplines influences the approach presented in this research is the main subject of this thesis. The various stages regarding working with electronics and its evolution in each project presented will also be addressed. Another aspect covered in this research is the differences, the advantages and the disadvantages that exist in composing mixed music to be performed by ourselves and music for other performers. The influence of popular music, more specifically Afro-Cuban music. Improvisation as a starting point in several projects. A whole process of research and creation which presents various works, their problems and stages of creation. The works #TheEraOfTheShow and Babilonia, will be presented and analyzed in more detail., Certains enregistrements vidéos et un enregistrement audio des interprétations des œuvres n’ont pas été inclus comme fichiers complémentaires à cette thèse pour des questions de droits d’auteur. Les vidéos pour les œuvres "Au_sommet_de_ses_convulsions_lhomme_est_pret_a_partir" et "The Era of the Show" sont accessibles sur la chaine YouTube des interprètes; les liens sont insérés dans la partition. Pour les autres enregistrements concernés, une description se trouve dans la thèse.

National audience

We propose a feedforward-feedback con-trol of piezomicropositioing systems devoted to pre-cise positioning over different operating conditions. Such systems exhibit rate-dependent hysteresis non-linearities and badly damped oscillations character-istics. First, we introduce a rate-dependent Prandtl-Ishlinskii (RDPI) inverse model for feeforward com-pensation of hysteresis. This yields to compensation that can be characterized by an uncertain linear model with disturbances. To model the uncertainties, we suggest to use intervals then we propose a new interval design for a RST structured feedback controller. The proposed design method permits to satisfy prescribed performances. Simulation and experiments on a piezo-electric tube actuator are carried out and demonstrate the efficiency of the proposed control design.

International audience; Validation and verification are the most important issues in railway applications due to cost and security reasons. Therefore, having a model of the system would be necessary in this case. Due to non-ideal test conditions in industrial applications, an accurate parameter identification process has to be defined. In this paper, bond graph method is used to model energy exchanges within components of a traction chain. More precisely, the non-linear transformer model and its parameter identification is studied. In the case of non-ideal test conditions, the usual Jiles-Atherton parameter identification procedure can not be performed. Regarding state of the art, the Jiles-Atherton parameter identification is discussed. It is highlighted that an uncomplete hysteresis cycle, including extremum point and coercive field are mandatory for an accurate parameter identification. The proposed identification process is applied to a real application case. The obtained parameters are then inserted into the overall system model. The consecutive simulations are compared to experimental data obtained through traction chain test bench.

International audience; The presence of nonlinearities such as hysteresis and creep increases the difficulty in the dynamic modeling and control of piezoelectric micromanipulators, in spite of the fact that the application of such devices requires high accuracy. Moreover, sensing in the microscale is expensive, making model feedback the only viable option. On the other hand, data-driven dynamic models are powerful tools within system identification that may be employed to construct models for a given plant. Recently, considerable effort has been devoted in extending the huge success of deep learning models to the identification of dynamic systems. In the present paper, we present the results of the successful application of deep learning based black-boxmodels for characterizing the dynamic behavior of micromanipulators. The excitation signal is a multisine spanning the frequency band of interest and the selected model is validated with semi static individual sinusoidal curves. Various architectures are tested to achieve a reasonable result and we try to summarize the best approach for the fine tuning required for such application. The results indicate the usefulness and predictive power for deep learning based models inthe field of system identification and in particular hysteresis modeling and compensation in micromanipulation applications.

Micro-displays, unlike traditional displays, are only a few milimeters in diagonal. They are generally equipped with a magnification system to project their image. In order to achieve an image quality equal to that of traditional displays, a certain pixel density must be attained, but the small surface of the micro-displays requires pixel miniaturization to a micrometric scale. In addition, the use of micro-displays in the so-called “portable technologies” such as augmented reality glasses imposes other constraints such as the need for low energy consumption and a consequent luminous flux. The display technologies that are already available in the market (LCD, OLED) partially meet the specifications of micro-display applications. To address these needs, a new technology is being developed, micro-LEDs. Micro-LEDs are simply micrometric-sized LEDs, adapted to the small surface of micro-displays. Micro-LEDs theoretically benefit from the advantages of LEDs (low energy consumption, high brightness) placing them as the most suitable technology for micro-display applications in augmented reality. However, the miniaturization of LEDs adds a new chalenge; micro-LEDs see their efficiency drop sharply with miniaturization. In addition to this problem, the complexity of micro-LEDs epitaxies (multilayers, quantum wells) and a complicated manufacturing process must be taken into account. In this context, this thesis is focused on studying micro-LEDs by correlating several characterization techniques in order to understand and propose solutions to these issues. Particular attention was paid to micro-LEDs based on AlGaInP emitting red wavelength. To begin with, the impact of the etching process was studied at the pixel formation step (MESA) by optical and chemical characterization methods. In this part, a new approach was explored in order to estimate the efficiency of the pixels by hyperspectral cathodoluminescence mapping. The particularity of the developed approach is its simplicity, which allows to perform fast measurements to evaluate the efficiency at each point (x,y) of the pixel. This approach was then applied to compare different variants of chemical passivation, intended to reduce surface recombinations. In a second part, a study on micro-LED devices was carried out. First, classical I-V-L (Current-Tension-Luminance) measurements were conducted to evaluate the EQE as a function of the devices size. The epitaxy was then evaluated by different TEM characterizations including holography, which revealed a junction asymmetry, confirmed by band structure simulations., Les micro-écrans contrairement aux écrans traditionnels ne font que quelques millimètres de diagonale et sont généralement munis d’un système d’agrandissement pour projeter leur image. Afin d’atteindre une qualité d’image égale à celle des écrans traditionnels, une certaine densité de pixels doit être atteinte, mais la surface réduite des micro-écrans impose une miniaturisation des pixels à une échelle micrométrique. De plus, l’utilisation des micro-écrans dans des technologies dites « portables » telles que les lunettes de réalité augmentée, impose d’autres contraintes comme la nécessité d’une faible consommation énergétique et un flux lumineux conséquent. Les technologies déjà présentes (LCD, OLED) ne remplissent que partiellement les caractéristiques nécessaires pour subvenir aux spécificités d’applications micro-écran. Pour adresser ces besoins, une nouvelle technologie est en cours de développement, les micro-LEDs. Ces dernières sont simplement des LEDs de taille micrométrique, adaptées à la surface réduite des micro-écrans. Les micro-LEDs jouissent théoriquement des avantages des LEDs (faible consommation énergétique, forte brillance) les plaçant comme la technologie la plus adaptée pour des applications micro-écran en réalité augmentée. Cependant, la miniaturisation des LEDs en micro-LEDs ajoute une nouvelle problématique, les micro-LEDs voient leur rendement fortement baisser avec la miniaturisation. De plus, à cette problématique, s'ajoute la complexité des épitaxies micro-LED (multicouches, puits quantiques) et un procédé de fabrication compliqué. Dans ce contexte, cette thèse s’est attachée à étudier les micro-LEDs en corrélant plusieurs techniques de caractérisation en vue de comprendre et proposer des solutions à ces problématiques. Une attention particulière a été portée sur les micro-LEDs à base d’AlGaInP émettant dans le rouge. Dans un premier temps, l’impact de la gravure a été étudié à l’étape de pixellisation (MESA) par caractérisations optiques et chimiques. Dans cette partie, une nouvelle approche a été explorée afin d’estimer le rendement des pixels par cartographie hyperspectrale de cathodoluminescence. La particularité de l’approche développée est sa simplicité, qui permet d’effectuer des mesures rapides pour évaluer le rendement en chaque point (x,y) du pixel. Cette approche a été ensuite mise en application pour comparer différentes variantes de passivation chimique, destinées à réduire les recombinaisons de surface. En deuxième partie, une étude sur dispositifs micro-LEDs a été conduite. Tout d’abord de façon classique où des mesures I-V-L (Courant-Tension-Luminance) ont été utilisées pour évaluer l’EQE en fonction de la taille. L’épitaxie a été ensuite évaluée par différentes caractérisations TEM, dont l’holographie qui a démontré une dissymétrie de la jonction, confirmée par des simulations de structure de bande.

Ferroelectric materials show a spontaneous polarization that can be switched by applying an electric field. This polarization at the nanoscale is ordered in regions called ferroelectric domains. Recently, it has been reported that domains can also be controlled by a mechanical stimulus. This work is focused on the study of domains with atomic force microscopy (AFM) and derived techniques such as piezoresponse force microscopy (PFM), which allows for the application of electrical and mechanical stimuli. In this context, two different ferroelectric materials belonging to the family of perovskites were considered: Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) and BiFeO3 (BFO). PZT allowed for the study of the distribution of out-of-plane domains and the parameters affecting electrical and mechanical switching, such as different synthesis methods, different atmospheres and different thicknesses. The results illustrated the successful tuning of the threshold force needed to mechanically switch ferroelectric domains. Meanwhile, BFO allowed for the study of an in-plane polarization and its manipulation by trailing fields. These results were affected by AFM tip contamination, which was observed by switching spectroscopy PFM. Since AFM and PFM are surface techniques, this work was complemented by structural analysis of the sample using techniques such as x-ray diffraction (XRD), scanning transmission electron microscopy (STEM) or Rutherford backscattering spectrometry (RBS)., Les matériaux ferroélectriques montrent une polarisation spontanée qui peut être basculée par l’application d’un champ électrique. Cette polarisation à l’échelle nanométrique est localisée dans des régions appelées domaines ferroélectriques. Récemment, il a été rapporté que les domaines peuvent être contrôlés par une stimulationmécanique. Ce travail est centré sur l’étude des domaines au moyen de la microscopie à force atomique (AFM) et des techniques dérivées comme la microscopie à force piézoélectrique (PFM), qui permet l’application simultanée des stimulations électriques et mécaniques. Dans ce contexte, deux matériaux ferroélectriques différents ont été considérés : Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) et BiFeO3 (BFO). PZT a permis l’étude de la distribution des domaines hors du plan et des paramètres qui affectent leurs basculements électrique et mécanique, comme l’influence de la méthode de synthèse sur les propriétés ferroélectriques d’un matériau de même composition, ainsi que de l’atmosphère de mesure (humidité) et de l’épaisseur de l’échantillon. Nos résultats montrent qu’il est possible de contrôler la force nécessaire pour faire basculer mécaniquement les domaines. En parallèle, BFO a permis l’étude de la polarisation dans le plan et sa manipulation avec la composante du champ électrique localisée dans le plan de l’échantillon. Nous avons mis en évidence par la spectroscopie à commutation PFM (SS-PFM) un phénomène de contamination de la pointe qui rend l’interprétation des mesures difficile. Puisque l’AFM et la PFM sont des techniques de surface, ce travail a été complété par des analyses structurales des échantillons en utilisant des techniques comme ladiffraction des rayons X (x-ray diffraction, XRD), la microscopie électronique en transmission à balayage (scanning transmission electron microscopy, STEM) et la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford (Rutherford backscattering spectrometry, RBS).

The current silicon technology is reaching its theoretical limits and the only road to improve the performance is to use new materials with better properties. Among all possible candidates, diamond is the ultimate semiconductor for power electronics due to its outstanding properties. Besides being the hardest material, diamond possesses the best properties among ultra-wide band gap semiconductors including its high electron-hole mobility, high critical electric field and low dielectric constant. Moreover, it surpasses all competitor materials in terms of thermal conductivity with the highest value reported for any material. All these properties make the ideal performance of diamond devices to be above any other material. However, diamond devices are still under development with several technological limitations and bottlenecks that need to be addressed in order to extract diamond’s full potential.This thesis is dedicated to the development of Schottky barrier diodes and Schottky based transistors (MESFET) based on p-type diamond. The optimization of these components is crucial for the diamond future roadmap for power electronics, as a true demonstration of diamond potential still lacks, and it will definitely attract interest from research and companies further pushing the development of devices and eventually ending up in their commercialization. In order to get demonstrate diamond potential, various challenging objectives were accomplished regarding Schottky contact based devices during this thesis: i) The optimization of metal-diamond junction properties from an electronic, physico-chemical and material science point of view in order to extract the best possible performing Schottky contact. Molybdenum was selected as the best option due to its high Schottky barrier, low ideality factor, great blocking capabilities and good thermal stability. The oxygen termination of diamond interface with molybdenum and its role as a passivation surface were demonstrated to be crucial for the blocking voltage capabilities of the contacts. ii) The design, fabrication and characterization of a vertical Schottky contact based on molybdenum sustaining >2 MV/cm and 1.1 kV. These promising results will allow the fabrication of 10 kV Schottky diodes with reproducibility with the use of thicker diamond layers in the future. iii) The design, fabrication and characterization of a normally-off 1 kV blocking voltage diamond gate-drain Schottky lateral MESFET. The fabricated transistor is the first normally-off MESFET reported in literature and its future implementation into a vertical architecture will allow to boost the performance up to 100 times., La technologie actuelle du silicium atteint ses limites théoriques et la seule façon d'améliorer les performances est d'utiliser de nouveaux matériaux dotés de meilleures propriétés. Parmi tous les candidats possibles, le diamant est le semi-conducteur ultime pour l'électronique de puissance en raison de ses propriétés exceptionnelles. En plus d'être le matériau le plus dur, le diamant possède les meilleures propriétés parmi les semi-conducteurs à bande interdite ultra large, notamment une mobilité électron-trou élevée, un champ électrique critique élevé et une faible constante diélectrique. En outre, il surpasse tous les matériaux concurrents en termes de conductivité thermique, avec la valeur la plus élevée rapportée pour un matériau quelconque. Toutes ces propriétés font que les performances idéales des dispositifs en diamant sont supérieures à celles de tout autre matériau. Cependant, les dispositifs en diamant sont toujours en cours de développement et présentent plusieurs limitations et goulots d'étranglement technologiques qui doivent être résolus afin d'extraire tout le potentiel du diamant.Cette thèse est dédiée au développement de diodes à barrière Schottky et de transistors à base de Schottky (MESFET) basés sur le diamant de type p. L'optimisation de ces composants est cruciale pour le développement de la technologie du diamant. L'optimisation de ces composants est cruciale pour la future feuille de route du diamant dans le domaine de l'électronique de puissance, car une véritable démonstration du potentiel du diamant fait encore défaut, et elle attirera certainement l'intérêt de la recherche et des entreprises, ce qui poussera le développement des dispositifs et aboutira finalement à leur commercialisation. Afin de démontrer le potentiel du diamant, plusieurs objectifs ambitieux ont été atteints concernant les dispositifs à contact Schottky au cours de cette thèse : i) L'optimisation des propriétés de la jonction métal-diamant d'un point de vue électronique, physico-chimique et de la science des matériaux afin d'obtenir le contact Schottky le plus performant possible. Le molybdène a été sélectionné comme la meilleure option en raison de sa barrière Schottky élevée, son faible facteur d'idéalité, ses grandes capacités de blocage et sa bonne stabilité thermique. La terminaison en oxygène de l'interface du diamant avec le molybdène et son rôle en tant que surface de passivation se sont avérés cruciaux pour les capacités de tension de blocage des contacts. ii) La conception, la fabrication et la caractérisation d'un contact Schottky vertical à base de molybdène supportant >2 MV/cm et 1,1 kV. Ces résultats prometteurs permettront la fabrication de diodes Schottky de 10 kV avec reproductibilité grâce à l'utilisation de couches de diamant plus épaisses à l'avenir. iii) La conception, la fabrication et la caractérisation d'un MESFET latéral ave grille et drain Schottky en diamant à tension de blocage de 1 kV. Le transistor fabriqué est le premier MESFET normalement OFF rapporté dans la littérature et sa future implémentation dans une architecture verticale permettra d'augmenter les performances jusqu'à 100 fois.

Première femme à remporter le Prix d’Europe en composition, à l’avant-garde de l’écriture et de la recherche en musique électroacoustique, militante pour les arts et le rôle du compositeur dans la société, Micheline Coulombe Saint-Marcoux est indéniablement une pionnière dans son milieu. Elle fut également la première Québécoise à composer une oeuvre pour percussion solo. Dans la lignée des Zyklus (1959) de Karlheinz Stockhausen et Intérieur I (1966) de Helmut Lachenmann, Trakadie (1970) pour percussion et sons fixés représente le début de cette discipline au Québec. En plus d’offrir une analyse de Trakadie, cet article replace également l’oeuvre dans son contexte en traitant de deux autres pièces écrites par Coulombe Saint-Marcoux dans les mêmes années : Séquences (1968, rév. 1973) et Épisodie II (1972)., As the first woman to win the Prix d’ Europe in composition, in the avant-garde of writing and research in electroacoustic music, and a fighter for the arts and the role of the composer in society, Micheline Coulombe Saint-Marcoux was undeniably a pioneer. She was also the first Quebecer to compose a work for solo percussion. In the tradition of Karlheinz Stockhausen’s Zyklus (1959) and Helmut Lachenmann’s Intérieur I (1966), Trakadie (1970), for percussion and fixed sounds, represents the beginning of this discipline in Quebec. In addition to offering an analysis of Trakadie, this article places the work in context by discussing two other pieces written by Coulombe Saint-Marcoux in the same time period: Séquences (1968, rev. 1973) and Épisodie II (1972).

Reliability of electrical components is an issue studied to improve the quality of products, and to plan maintenance in case of failure. Reliability is measured by studying the causes of failure and the mean time to failure. One of the methods applied in this field is the study of component aging, because failure often occurs after degradation. The objective of this thesis is to model the degradation of components in electrical engineering, in order to estimate their lifetime. More specifically, this thesis will study large area organic white light sources (OLEDs). These sources offer several advantages in the world of lighting thanks to their thinness, their low energy consumption and their ability to adapt to a wide range of applications. The second components studied are electrical insulators applied to pairs of twisted copper wires, which are commonly used in low voltage electrical machines. First, the degradation and failure mechanisms of the various electrical components, including OLEDs and insulators, are studied. This is done to identify the operational stresses for including them in the aging model. After identifying the main causes of aging, general physical models are studied to quantify the effects of operational stresses. Empirical models are also presented when the physics of degradation is unknown or difficult to model. Next, methods for estimating the parameters of these models are presented, such as multilinear and nonlinear regression, as well as stochastic methods. Other methods based on artificial intelli­gence and online diagnosis are also presented, but they will not be studied in this thesis. These methods are applied to degradation data of organic LEDs and twisted pair insulators. For this purpose, accelerated and multifactor aging test benches are designed based on factorial experimental designs and response surface methods, in order to optimize the cost of the experiments. Then, a measurement protocol is described, in order to optimize the inspection time and to collect periodic data. Finally, estimation methods tackle unconstrained deterministic degradation models based on the measured data. The best empirical model of the degradation trajectory is then chosen based on model selection criteria. In a second step, the parameters of the degradation trajectories are modeled based on operational constraints. The parameters of the aging factors and their interactions are estimated by multilinear regression and according to different learning sets. The significance of the parameters is evaluated by statistical methods if possible. Finally, the lifetime of the experiments in the validation sets is predicted based on the parameters estimated by the different learning sets. The training set with the best lifetime prediction rate is considered the best.

International audience; With the emergence of new semi-conductor technologies, an increasing number of high integrated power electronic modules are designed. The increase of reliability of power modules induces the precise knowledge of the local temperature, even if it cannot be measured at any location. In this paper, the design of a soft sensor, more precisely a linear functional observer, is proposed. It enables the estimation of the temperature at any location using measurements provided from thermal sensors located at a number of precise points. The aim is to design a reduced size observer that could be implemented on a real-time embedded target such as Digital Signal Processor. Consequently, it is necessary to obtain a minimal order observer to limit the computation complexity.

Cette contribution propose une classification des statuts de maîtrise des connaissances professionnelles activées dans l’enseignement d’un cours à l’aide de la simulation informatique. L’évaluation des domaines de connaissances réalisée s’appuie sur la catégorisation du TPACK[1] de (Mishra et Koehler, 2006) et implique 40 enseignants des lycées au Cameroun. L’analyse des données recueillies à l’aide d’un questionnaire Likert a révélé une configuration épistémologique constituée de trois statuts dominants de maîtrise des connaissances professionnelles parmi les enseignants. La classe n°1 réfère au statut de maîtrise composée majoritairement d’enseignants possédant un niveau « insuffisant ». Elle renferme les connaissances des contenus (CK), technologiques liées aux contenus (TCK) et technopédagogiques du contenu (TPCK). La classe n°2 renvoie au statut de maîtrise pour lequel la plupart des enseignants expriment un niveau « satisfaisant ». Elle adresse les connaissances pédagogiques liées aux contenus (PCK). Enfin, la classe n°3 correspond au statut de maîtrise pour lequel les enseignants se positionnent majoritairement au niveau « d’expert ». Celle-ci inclut les connaissances pédagogiques (PK), technologiques (TK) et technopédagogique (TPK). Ces résultats ouvrent la perspective d’une réflexion sur les actions à entreprendre pour développer la professionnalité des enseignants par le biais de la formation. [1] Technological Pedagogical and Content Knowledge.

Conditioned-based maintenance and prognostics and health management enable to optimize maintenance by scheduling the necessary repairs and replacements of technical system components according to their present and future health states. The assessment of future health states is the prognostics and health management keystone. Many technical production systems are made of numerous components implementing their functions. A method to assess the ability of multicomponent systems to carry out future production tasks is proposed to provide decision supports for production and maintenance planning for a better compromise between their objectives. It is based on components prognoses. To handle inherent uncertainties of these prognoses, the method is based on the Dempster Shafer theory and Bayesian networks inferences. Local prognoses are categorized and transformed to be compliant to Dempster Shafer theory. Patterns of systems are identified for which inferences are defined. The patterns are then used to model systems and to assess their abilities to achieve future tasks. An identification of components that should first undergo maintenance is proposed. An example implementing a fictitious complex systems is presented to show how the provided decision supports can be used for production and maintenance planning purposes.

National audience; Cette étude présente une synthèse des travaux de développement de sondes champ proche, intégrées au sein de modules d’électronique de puissance. L’article aborde la conception et la caractérisation de l’antenne considérée séparément, avant d’envisager son mode de couplage. Des résultats d’expérimentation montrent comment ensuite une mesure de champ faite par une antenne intégrée peut être exploitée pour révéler des caractéristiques liées aux commutations des interrupteurs.

En lien avec le dernier objectif du projet "De la diffusion à l’exploitation", c’est-à-dire "mieux comprendre l’archivistique en contexte numérique", le troisième volet des Notes de recherche vise à analyser le discours sur la question du numérique depuis le début des années 2000. À cette fin, une banque de plus de 1000 citations provenant de quatre périodiques en archivistique (Archives, Archivaria, La Gazette des archives et Archival Science) a été créée et incluse dans les Notes. Privilégiant, comme dans le volet précédent, une approche collaborative, la professeure Anne Klein et les étudiants au doctorat Annaëlle Winand, Simon Côté-Lapointe et William Yoakim étaient à même d’intervenir dans les propos de différentes façons. Pour faire également suite aux travaux menés lors des Notes de recherche 2, des photographies ont été intégrées au contenu dans le but de réfléchir à l’exploitation des archives. Sauf une exception, elles proviennent de BAnQ numérique., Cette publication s’inscrit dans le projet de recherche "De la diffusion à l’exploitation : nouveau regard sur l’archivistique", sous la direction d’Anne Klein, professeure agrégée au Département des sciences historiques de l’Université Laval. Le projet est financé par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada (CRSH) dans le cadre des Subventions Savoir pour la période de 2017 à 2020.

Enseignant­-chercheur à IMT Atlantique au sein du département Électronique, et membre du Lab­STICC (CNRS, UMR 6285), pôle Communications, Architecture et Circuits (CACS), je présente dans ce document mon activité depuis mon doctorat. Je détaille notamment mon implication en enseignement tout au long des différentes formations d’ingénieurs d’IMT Atlantique et les grands axes de mes travaux de recherche. Ceux-­ci ont concerné l’adéquation algorithme­-architecture en allant jusqu´à l’adéquation au niveau du signal physique et du mode de représentation électrique adapté à l’information traitée. Ainsi, j’ai investigué des solutions électroniques mixtes analogique­numérique et stochastiques pour traiter les signaux dans un récepteur de télécommunications mais aussi pour intégrer des réseaux de neurones. L’association information-­signal­-transistor a été un objet de réflexion depuis ma thèse et m’a permis d’explorer le triptyque débit­-consommation de ressources (matérielles et énergétiques)­flexibilité. J’ai ainsi montré qu’une association bien pensée information-signal­-transistor peut permettre d’améliorer conjointement au moins deux axes, bien qu’ils paraissent souvent orthogonaux. Tenter le grand écart simultanément dans trois directions d’amélioration de l’état de l’art est ainsi intellectuellement faisable.Les télécommunications sont certes mon domaine de prédilection mais ne sont pas l’unique objet de mes recherches. Je les ai progressivement étendues à des applications biomédicales et plus récemment à l’intelligence artificielle pour les systèmes autonomes. Ces travaux de recherche ont fait l’objet de nombreuses collaborations, académiques et industrielles, nationales et internationales, et ont permis de former douze docteurs diplômés à cette date, dont plusieurs ont fait le choix de poursuivre d’ailleurs dans l’enseignement-­recherche.

Current technologies see an exponential increase in the number of connected objects. These objects are integrated in every domain and come along with an important challenge: their energy supply. In this thesis, we propose a new Silicon solar cell architecture that is easy to integrate in a chip design. This solar cell is composed of several subcells connected in series by vertical tunnel junctions. We study the tunnel junction from an analytical point of view and develop two new models on the I(V) characteristic. Then, we develop a new process flow to fabricate auto-aligned vertical tunnel junctions. With this process flow, a first prototype shows 200 mV output voltage for an 18 µm wide cell. We could also demonstrate the impact of series connection on cells containing up to 10 tunnel junctions. Several optimisations solutions have been proposed and investigated, notably on the resistance sources. This thesis studies physical phenomena interacting in a vertical tunnel junction solar cell from an analytical point of view, with optical, physical and electrical simulations along with experiments., Les technologies actuelles sont marquées par une augmentation exponentielle du nombre d’objets connectés. Ceux-ci sont intégrés dans tous les domaines et s’accompagnent d’un enjeu de taille : leur approvisionnement en énergie. Dans cette thèse, on propose une nouvelle architecture de cellule solaire en Silicium pouvant s’intégrer facilement dans le design d’un objet connecté. Cette cellule est constituée de plusieurs sous-cellules mises en série par des jonctions tunnels verticales. La jonction tunnel a été étudiée analytiquement par le développement de deux nouveaux modèles sur sa caractéristique I(V). Par la suite, un procédé de fabrication a été mis en place pour la réalisation de jonctions tunnels verticales auto-alignées. Un premier démonstrateur de cellule solaire a été réalisé et a produit 200 mV de tension de sortie pour une cellule de 18 µm de large. L’effet de cascade de sous-cellules a également pu être montré sur des cellules contenant jusqu’à 10 jonctions tunnels. Par ailleurs, des options d’améliorations ont été proposées ainsi que des études sur la diminution des sources de résistance dans la cellule. Cette thèse étudie les phénomènes physiques interagissant dans une cellule à jonctions tunnels verticales de manière analytique, par simulation optique, physique et électrique ainsi que de manière expérimentale.

2-terminal (2T) crystalline silicon (c-Si) based tandem solar cell is an approach to overcome the Shockley-Queisser efficiency limit of single-junction solar cells. The objective of this thesis is to fabricate a low-resistance c-Si tunnel junction and implement it as the interconnection in 2T Si-based tandem solar cells. The proximity rapid thermal diffusion technique is applied in this work to fabricate the Si tunnel junctions with a damage-free surface. The fabrication and characterization of p++/n++ tunnel junction on (111)-oriented Si wafer are presented. Several parameters of the tunnel junction fabrication process are investigated. The adjustment of the n++ emitter by a two-step rapid thermal annealing has effectively facilitated the fabrication of the p++/n++ tunnel junction. Si tunnel diodes have been fabricated to characterize the electrical properties of tunnel junctions. The peak current density of the tunnel diodes is within the range of 140-192 A/cm2 with a peak to valley current ratio of 1.9-3.2. Afterwards, the p++/n++ tunnel junction was implemented in III-V nanowires/Si tandem solar cells. Despite the defectuosity of the nanowires array, an increase of the open-circuit voltage was observed in tandem solar cells in comparison with that of sole single-junction Si solar cells. The fabricated tunnel junctions can be integrated with other top cell materials such as perovskites and copper indium gallium selenide. The application of Si tunnel junctions obtained by proximity rapid thermal diffusion will improve the development of competitive high-efficiency c-Si based tandem solar cells., La cellule photovoltaïque tandem à base de silicium cristallin (c-Si) avec 2 terminaux (2T) est une solution permettant de dépasser la limite de Shockley-Queisser. L'objectif de ce travail de thèse est de réaliser une jonction tunnel en c-Si présentant une résistance faible afin de l’intégrer comme interconnexion des 2 sous-cellules constitutives de la tandem. La technique de diffusion thermique rapide par proximité est appliquée pour fabriquer les jonctions tunnel en silicium en minimisant les dommages causés à la surface du SIlicium. La fabrication et la caractérisation de la jonction tunnel p++/n++ sur un substrat de silicium orienté (111) sont présentées. Plusieurs paramètres du processus de fabrication de la jonction tunnel sont étudiés. L'ajustement de l'émetteur n++ par un recuit thermique rapide en deux étapes a effectivement facilité la réalisation de la jonction tunnel p++/n++. Des diodes tunnel en silicium ont été fabriquées pour caractériser les propriétés électriques des jonctions tunnel. Le pic de densité de courant des diodes tunnel se situe entre les valeurs 140 et 192 A/cm2 avec un ratio de courant de pic à vallée de 1,9 à 3,2. Par la suite, cette jonction tunnel p++/n++ a été intégrée dans des cellules photovoltaïques tandem nanofils III-V/Si. Malgré la défectuosité des réseaux de nanofils, une augmentation de la tension de circuit ouvert a été observée dans les cellules photovoltaques tandem par comparaison avec celle de la cellule solaire à simple jonction. Ce type de jonction tunnel peut également être intégré à d'autres types de cellules en dessus, par exemple les pérovskites ou le CIGS. L'application de jonctions tunnel en Si obtenues par la technique de diffusion thermique rapide à proximité pourrait faciliter le développement de cellules photovoltaïques tandem compétitives à haut rendement à base de c-Si.

In recent years, multiple functions traditionally realized by hardware components have been replaced by digital-signal processing, making radar and wireless communication technologies more similar. A joint radar and communication system, referred to as a RadCom system, was proposed to overcome the drawbacks of the conventional existent radar techniques while using the same system for intervehicular communication. Consequently, this system enhances used spectral resources. Conventional orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) was proposed as a RadCom waveform. However, due to OFDM’s multiple shortcomings, we propose universal filtered multicarrier (UFMC), a new 5G waveform candidate, as a RadCom waveform that offers a good trade-off between performance and complexity. In addition to that, we propose multicarrier code division multiple access (MC-CDMA) as a multiple-access (MA) technique that can offer great performance in terms of multiuser detection and power efficiency. Moreover, we study how UFMC filter length and MC-CDMA spreading sequences can impact overall performance on both radar and communication separately under a multipath channel. Analysis of the bit error rate (BER) of the UFMC waveform was performed in order to confirm the experiment results.

CMOS image sensors are microelectronic devices that present important issues concerning the passivation of their interfaces and the presence of metallic contamination. These two aspects are sources of defectivity that can significantly impact their operation. It is therefore important to check them regularly during the manufacturing process to detect their degradation. Photoluminescence is a characterization technique, recently introduced into the microelectronics industry as a qualitative measurement system, allowing to image the fluctuations of the lifetime and the diffusion length of the charge carriers in silicon. The PhD experiments consisted firstly in verifying the sensitivity of this technique to the presence of metallic contamination and to the passivation of the interfaces. Finally, applications more oriented towards industry have shown a certain potential which could, in the future, allow this characterization technique to evolve towards a control of manufactured devices in the production line., Les capteurs d’image CMOS sont des dispositifs microélectroniques qui présentent des enjeux importants concernant la passivation de leurs interfaces et la présence de contaminations métalliques. Ces deux aspects sont des sources de défectivité qui peuvent significativement impacter leur fonctionnement. Il est alors important de les contrôler régulièrement au cours du processus de fabrication afin de détecter leur dégradation. La photoluminescence est une technique de caractérisation, introduite récemment dans l’industrie microélectronique en tant que système de mesure qualitatif, permettant d’imager les fluctuations de la durée de vie et de la longueur de diffusion des porteurs de charges dans le silicium. Les travaux de thèse ont consisté dans un premier temps à vérifier la sensibilité de cette technique à la présence de contamination métallique et à la passivation des interfaces. Enfin, des applications davantage orientées vers l’industrie ont montré un potentiel certain qui pourra, dans le futur, permettre à cette technique de caractérisation, d’évoluer vers un contrôle des dispositifs en ligne de production.

Enseignant­-chercheur à IMT Atlantique au sein du département Électronique, et membre du Lab­STICC (CNRS, UMR 6285), pôle Communications, Architecture et Circuits (CACS), je présente dans ce document mon activité depuis mon doctorat. Je détaille notamment mon implication en enseignement tout au long des différentes formations d’ingénieurs d’IMT Atlantique et les grands axes de mes travaux de recherche. Ceux-­ci ont concerné l’adéquation algorithme­-architecture en allant jusqu´à l’adéquation au niveau du signal physique et du mode de représentation électrique adapté à l’information traitée. Ainsi, j’ai investigué des solutions électroniques mixtes analogique­numérique et stochastiques pour traiter les signaux dans un récepteur de télécommunications mais aussi pour intégrer des réseaux de neurones. L’association information-­signal­-transistor a été un objet de réflexion depuis ma thèse et m’a permis d’explorer le triptyque débit­-consommation de ressources (matérielles et énergétiques)­flexibilité. J’ai ainsi montré qu’une association bien pensée information-signal­-transistor peut permettre d’améliorer conjointement au moins deux axes, bien qu’ils paraissent souvent orthogonaux. Tenter le grand écart simultanément dans trois directions d’amélioration de l’état de l’art est ainsi intellectuellement faisable.Les télécommunications sont certes mon domaine de prédilection mais ne sont pas l’unique objet de mes recherches. Je les ai progressivement étendues à des applications biomédicales et plus récemment à l’intelligence artificielle pour les systèmes autonomes. Ces travaux de recherche ont fait l’objet de nombreuses collaborations, académiques et industrielles, nationales et internationales, et ont permis de former douze docteurs diplômés à cette date, dont plusieurs ont fait le choix de poursuivre d’ailleurs dans l’enseignement-­recherche.

International audience; In order to face an increasing economic competition, industrial manufacturers wish to reduce the time and cost of product development. Furthermore, up-to-date products are more and more integrated, and must be assembled, disassembled or maintained under potentially very strong geometric constraints. In the context of Industry 4.0, manufacturers are therefore expressing the desire to validate all the tasks related to their products lifecycles, from design stage on, by simulation using a digital mock-up, and before building the physical prototypes. A key issue is then to find a trajectory, a movement, to show the feasibility of the simulated scenarios. Automatic path planning algorithms, developed by the robotics community from the 1980s on, have been widely used for this purpose. In this paper, we intend to improve the relevance of the trajectories proposed by such algorithms and the associated computation times. To do so, we consider: a) the use of path planning algorithms or of combinations of these; b) the involvement for the environment modelling of data with a higher abstraction level than the purely geometric data traditionally used; and c) the representation of the knowledgerelated to the task to be performed by using ontologies. The approaches developed and associated improvements of the state of the art are validated experimentally through the simulation of highly geometrically constrained manipulation tasks.

The objectives of this thesis concern the simulation, the design and the characterization of new single-photon avalanche diode (SPAD) structures implemented in 28nm FD-SOI (Fully Depleted Silicon on Insulator) CMOS technology from STMicroelectronics. SPAD photodetectors have a high detection sensitivity (combined with a very short response time) which makes them excellent candidates for Time of Flight (ToF) measurements in telemetry, facial recognition and LIDAR applications (Light Detection and Ranging) for autonomous cars. The integration of the SPAD into the FD-SOI CMOS technology allows to create an intrinsically 3D pixel, i) by implementing the SPAD at the PW (P-Well) / DNW (Deep N-Well) junction into the silicon bulk under the buried oxide (BOX), and ii) by using the silicon film located above the BOX to integrate the associated electronics (quenching and addressing circuits), while optimizing the filling factor with a back-side illumination (BSI) approach. The SPAD realized in the native technology (with respect of all design rules) have highlighted several weak points: a high DCR (Dark Count Rate) for low excess voltages (500Hz/µm2 at Vex = 0.5V for a breakdown voltage of 9.5V) and a predominant breakdown on the edges of the active zone. In this context, the work presented in this thesis has focused on the optimization of the electrical performances of the FD-SOI SPAD by modifications of the structure: adjustments of DNW implantation conditions, modifications of STI (Shallow Trench Isolation) etc. The optimized SPAD FD-SOI structures have experimentally demonstrated a much lower level of DCR (17Hz/µm2 at Vex = 1V for a breakdown voltage of 15.8V). Preliminary electro-optical characterizations were carried out with a photon detection probability of 7% at Vex = 1V and a wavelength of 650nm. Even if this work did not achieve the performance of the state of the art, it explored many paths for optimization, some leading to a significant improvement in the performance of SPAD in this technology. The continuation of this work (association of these SPAD FD-SOI structures optimized with powerful integrated electronics, thinning of the devices to operate with back side illumination etc.) should allow to realize intrinsically 3D SPAD pixels (without the use of wafer-to-wafer bonding) with high performance in the near infrared for embedded 3D imaging applications., L'objectif de cette thèse concerne la simulation, la conception et la caractérisation de nouvelles structures de diodes à avalanche à photon unique (Single Photon Avalanche Diode - SPAD) implémentées dans la technologie CMOS FD-SOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) 28nm de STMicroelectronics. Les photodétecteurs SPAD présentent une grande sensibilité de détection (associée à un temps de réponse très court) qui fait d’eux d’excellents candidats pour la mesure du temps de vol (Time Of Flight – ToF) dans des applications de télémétrie, de reconnaissance faciale et de LIDAR (Light Detection And Ranging) pour les voitures autonomes. L’intégration de la SPAD en CMOS FD-SOI permet de créer un pixel intrinsèquement 3D, i) en incorporant la SPAD au niveau de la jonction PW (P-Well) / DNW (Deep N-Well) dans le silicium bulk sous l’oxyde enterré (BOX) et ii) en utilisant le film silicium situé au-dessus du BOX pour intégrer l'électronique associée au détecteur (circuits d'étouffement et d'adressage), tout en optimisant le facteur de remplissage avec une approche BSI (back side illumination). Les SPAD réalisées dans la technologie native (avec respect des règles de dessin) ont mis en évidence plusieurs points faibles : un DCR (Dark Count Rate) élevé pour des tensions d'excès faibles (500Hz/µm2 à Vex = 0.5V pour une tension de claquage de 9.5V) ainsi qu'un claquage prédominant sur la périphérie de la zone active. Dans ce contexte, les travaux présentés dans cette thèse ont porté sur l'optimisation des performances électriques de la SPAD FD-SOI par des modifications de la structure respectant ou non le procédé de fabrication : adaptation des conditions d’implantation du caisson profond DNW, remaniement des tranchées STI (Shallow Trench Isolation) etc. Les structures SPAD-FD-SOI ainsi optimisées ont démontré expérimentalement un bien meilleur niveau de DCR (17Hz/µm2 à Vex = 1V pour une tension de claquage de 15.8V). Des caractérisations électro-optiques préliminaires ont été réalisées avec une probabilité de détection des photons de l’ordre de 7% à Vex = 1V et une longueur d’onde de 650nm. Même si ces travaux n’ont pas permis d’atteindre les performances des SPAD les plus performantes de l’état de l’art, ils ont exploré de nombreuses voies d’optimisation, certaines conduisant à une amélioration significative des performances des SPAD réalisées dans cette technologie. La poursuite de ces travaux (association de ces structures SPAD FD-SOI optimisées avec une électronique intégrée performante, amincissement des dispositifs pour opérer avec un éclairage par la face arrière etc.) devrait permettre de réaliser des pixels SPAD intrinsèquement 3D (sans recours à du collage de wafers) très performants dans le proche infrarouge pour les applications d’imagerie 3D embarquées.