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The open porosity of air-saturated acoustical porous materials is estimated from the low-frequency or high-frequency asymptotes of the real part of the dynamic bulk modulus. Combining this technique with the estimation of the static air-flow resistivity from the low-frequency asymptote of the imaginary part of the dynamic mass density and the analytical inversions of the remaining parameters from the dynamic mass density and bulk modulus [methods introduced by Panneton and Olny, J. Acoust. Soc. Am. 119(4), 2027-2040 (2006) and Olny and Panneton 123(2), 814-824 (2008)], this work estimates all six parameters of a Johnson-Champoux-Allard-Lafarge model from impedance tube measurements. A classical two-microphone impedance tube, as well as three- or four-microphone tubes, can be used for these measurements and estimations. Examples of applications and limits of the method are presented and a tool to estimate the open porosity and the static air-flow resistivity is made available online.

International audience; Dans ce rapport nous nous concentrons sur l’obtention de modèles de transfert radiatif pour des champs d’ondes scalaires, dans un régime haute fréquence, se propageant dans des milieux avec frontières. Pour cela, on étend notre problème dans un espace tout entier, puis on introduit la transformée de Wigner. Après une analyse asymptotique nos modèles de transfert radiatif sont obtenus. Enfin, dans la dernière partie nous nous concentrons sur la résolution numérique des équations de transfert radiatif à l’aide des méthodes de Monte-Carlo

Des outils pour le suivis temporels des contaminants en milieu aquatique ont été développés et déployés depuis quelques années. Parmi ces outils, les analyseurs sur site à haute fréquence d'analyse permettent d'observer et de comprendre les phénomènes biogéochimiques souvent sous-estimées lors d'analyses ponctuelles . Ces outils sont cependant très mal adaptés pour prendre en compte une variabilité spatiale de la contamination le long du linéaire d'un rivière ou sur différentes zones d'un lac. Des stratégies de compensation doivent donc être développées.

The anthropogenic impact of the raise of atmospheric CO2 has been observed on the global oceanic scale, resulting in the Ocean Acidification (OA). Largely present in the coastal ecosystems, a decrease of their population could have significant socio-economic consequences. Coastal ecosystems represent only 7% of the global ocean but host a third of the total primary production of the oceans, playing a key role in the global carbon cycle. They are highly diversified and influenced by continental inputs, which complexifies the study of the CO2 cycle. This PhD thesis investigated at different spatial and temporal scales the variability of the carbon cycle in megatidal environments of the North Western European Shelves. From 2015 to 2019, we installed an autonomous sensor of pCO2 (Sunburst SAMI-CO2) on a cardinal buoy located off Roscoff, in the south of the English Channel. Coupled with additional proximal and offshore observations of the carbon cycle and biogeochemical parameters, we were able to describe precisely this ecosystem and assess the tidal, diurnal and interannual variability. Secondly, we followed the variability of these parameters at the decadal scale, based on regular sampling from 2008 to 2018 in two coastal environments very close geographically (Brest and Roscoff, NWES), but with different freshwater influence. Finally, since methane is increasingly considered as a key player in the understanding of the coastal ecosystem functioning and Climatically-Actives Gas cycles, we quantified the driving processes of CO2 and CH4 air-sea exchanges in two mega-tidal estuaries influencing our study region.; L’impact anthropique lié à l’augmentation du CO2 atmosphérique a été observé à l’échelle globale océanique, avec comme conséquence l’acidification des océans (AO). Comme l’océan ouvert, les écosystèmes côtiers sont soumis à l’AO. Ces écosystèmes ne représentent que 7% de la surface océanique mais ils sont responsables d’un tiers de la production primaire océanique mondiale, jouant ainsi un rôle clé dans le cycle du carbone global. Les environnements côtiers sont très hétérogènes et influencés par des apports continentaux, ce qui complexifie l’étude du cycle du CO2. Cette thèse étudie à différente échelle spatiale et temporelle la variabilité du cycle du carbone dans les milieux méga tidaux côtiers du nord-ouest de l’Europe. Entre 2015 et 2019, nous avons installé un capteur autonome de pCO2 sur une bouée cardinale de la côte de Roscoff, au sud de la Manche. Les observations proximales et plus au large des paramètres du système CO2 ainsi que de l’ensemble des paramètres physico-chimiques, nous ont permis de décrire précisément l’écosystème et de quantifier la variabilité tidale, diurne et interannuelle. Dans un second temps, nous avons suivi la variabilité de ces paramètres à l’échelle décennale, en se basant sur les prélèvements réguliers réalisés entre 2008 et 2018 dans deux milieux côtiers très proches géographiquement (Brest et Roscoff), mais sous influence plus ou moins importante des rivières. Enfin, nous avons quantifié la dynamique de deux gaz climatiquement actifs dissous le long de deux gradients estuariens : le CO2 et le CH4. Ce dernier, bien que peu étudié, apparaît comme un composé central pour la compréhension du fonctionnement des écosystèmes côtiers.

In this thesis, 3 different approaches for performance improvement of high-frequency wide-band LNAs are presented. In the first section, a new optimization method based on analytical calculation for multi stage LNAs is presented. This approach optimizes gain and NF simultaneously considering the effect of following stage’s noise. The simulation and fabricated circuit results represents that by using this optimization method,overall NF of multi-stage LNAs can be reduced. In the second approach, parallel amplifier technique in LNA design is investigated to achieve the best performance of this topology. By using this method the performance of the LNA can improve to achieve higher gain, better input impedance matching, better linearity and robustness without degradation in NF. In the third section, a new noise cancellation topology in common-gate LNAs for improvement of this topologies’ performance is presented. For noise canceling stage, inductively degenerated common source stageis utilized which can leads to better simultaneously noise and impedance matching. The noise parameter calculations represents therequired noise cancellation condition. The obtained results show that using this approach, better NF, gain and input impedance matchingcan be obtained., Dans cette thèse, 3 approches différentes pour l’amélioration des performances des LNA large bande haute fréquence sont présentées. Dans la première section, une nouvelle méthode d’optimisation basée sur le calcul analytique pour les LNA à plusieurs étages est présentée. Cette approche optimise le gain et la NF en considérant simultanément l’effet du bruit de l’étage suivant. Les résultats de la simulation et du circuit fabriqué montrent qu’en utilisant cette méthode d’optimisation, la NF globale des LNA à plusieurs étages peut être réduite. Dans la deuxième approche, la technique d’amplification parallèle dans la conception LNA est étudiée pour obtenir les meilleures performances de cette topologie. En utilisant cette méthode, les performances du LNA peuvent s’améliorer pour obtenir un gain plus élevé, une meilleure adaptation d’impédance d’entrée, une meilleure linéarité et une meilleure robustesse sans dégradation de la NF. Dans la troisième section, une nouvelle topologie d’annulation de bruit dans les LNA à porte commune pour améliorer les performances de ces topologies est présentée. Pour l’étage de suppression de bruit, un étage de source commune à dégénérescence inductive est utilisé, ce qui peut conduire à une meilleure adaptation simultanée du bruit et de l’impédance. Les calculs des paramètres de bruit représentent la condition d’annulation de bruit requise. Les résultats obtenus montrent qu’en utilisant cette approche, une meilleure correspondance de NF, de gain et d’impédance d’entrée peut être obtenue.

International audience; RESUME-Cet article concerne la conception d'une machine à haut rendement et haute densité de puissance développée pour une application aéronautique à entraînement direct. La minimisation du volume des circuits magnétiques est obtenue en augmentant la fréquence électrique de fonctionnement (> 1,6 kHz). Les pertes globales, croissantes avec la fréquence, doivent être minimisées car les surfaces d'échange de chaleur sont limitées. Une modélisation thermique est alors nécessaire afin d'optimiser le convertisseur électromécanique. Le bobinage massif par quartiers, ici traité, présente plusieurs avantages tels que la réduction du volume et des pertes. Il est montré, en particulier, qu'un facteur de remplissage d'encoche plus élevé permet à la fois de minimiser les pertes CC, fer (dent plus courtes) mais aussi de maximiser l'extraction de la chaleur générée par effet Joule. Cela permet d'atteindre des performances en termes de puissance massique de l'ordre de 7-8 kW/kg et des rendements de l'ordre de 92%.

Since the beginning of the space race, high-frequency instabilities have been one of the major issues of liquid rocket engines development and qualification. In order to investigate the acoustic response of cryogenic flames to high-frequency acoustic fields, experimental campaigns have been carried out on the MASCOTTE test bench, during which the chamber was supplied with five Lox/Methane coaxial injectors and was equipped with the Very High Amplitude Modulator (VHAM) to generate acoustic excitation. This paper presents LES simulations of one subcritical operating point of the MASCOTTE-VHAM test campaign performed in the frame of ONERA/CNES joint research program on high-frequency instabilities. The response of the chamber to several acoustic modulations was studied. The simulations show that the flames response is maximized for a modulation corresponding to the 1T1L chamber eigenmode. In this case, the liquid core length is drastically reduced, the atomization and the combustion are enhanced., Depuis le début de la course à l'espace, les instabilités à haute fréquence sont l'un des enjeux majeurs du développement et de la qualification des moteurs de fusées à propergol liquide. Afin d'étudier la réponse acoustique des flammes cryogéniques aux champs acoustiques haute fréquence, des campagnes expérimentales ont été menées sur le banc d'essai MASCOTTE. Pour cette campagne, la chambre était équipée de cinq injecteurs coaxiaux Lox/Méthane et d’un dispositif permettant de générer une excitation acoustique de très haute amplitude (VHAM). Cet article présente les simulations LES d'un point de fonctionnement subcritique de la campagne d'essais MASCOTTE-VHAM réalisées dans le cadre du programme de recherche conjoint ONERA/CNES sur les instabilités haute fréquence. La réponse de la chambre à plusieurs modulations acoustiques a été étudiée. Les simulations montrent que la réponse des flammes est maximisée pour une modulation correspondant au mode propre de la chambre, le mode 1T1L. Dans ce cas, la longueur du cœur liquide est considérablement réduite, l'atomisation et la combustion sont renforcées.

In the current context of energy and ecological transitions, a multiplication of high-voltage DC buses is observed in several applications, such as Electric Vehicles (EV) and photovoltaic. In parallel, there exist systems that require to be powered directly from the main supply source, like a Pyroswitch for immediate security in the automotive context. It is an actuator whose role is to physically disconnect the high-voltage battery of an EV in case of a crash and that must be powered directly from the high-voltage battery (of which voltage is close to 400V or even 800V nowadays) for the sake of reliability. In this perspective an isolated DC/DC converter with a high-input voltage capability and a low-power, low-voltage output is required. Strong constraints appear on the specifications of this converter, due to the automotive context, in particular regarding its size, cost and efficiency. The approaches used today to design such a converter yield a low diversity in the proposed solutions. Most of them are based on a similar power stage architecture, that can be interesting in a low-cost perspective, but that shows some limitations in terms of performances (low maximum input voltage, low efficiency). Therefore, the design of an 800V-to-12V converter with an output power rating close to 1W cannot rely on a classical approach. The approach that is proposed in this work may be based on: an on-chip integration of an increased number of components of the DC/DC converter; and/or “power modules” created when assembling several discrete components. The thesis aims at using the benefits from both approaches to create the targeted converter. In particular, the integration of the active components allows to reassess the architecture of the power stage and to increase the frequency at which it may operate, enabling a size reduction in the passive components of the converter. The manuscript first presents an exploration of topologies of the power stage for the considered isolated DC/DC converter. The most interesting solutions are compared based on a few qualitative criteria and an architecture whose trade-off between size and performances seems the most suitable is identified: the multi-level flying-capacitor. The design of an integrated circuit (IC) is then described. A solution is considered to overcome the limitations of the selected integration technology (high-voltage bulk Silicon) with respect to device-to-device isolation. Then, the design methodology of a custom planar transformer suitable for high-voltage, low-power applications is introduced and several transformer designs are proposed and tested inside the complete converter. Finally, the converter is built using the various bricks created previously and the efficiency of the power stage is measured. The results of the best transformer designs are in-line with the specifications and offer a clear improvement with respect to state-of-the-art solutions, especially for the efficiency., Dans le contexte actuel de transitions écologique-énergétique, une multiplication des bus DC haute-tension est observée dans certaines applications (véhicules électriques ou photovoltaïque). En parallèle, certains petits systèmes requièrent d’être alimentés directement à partir de la source principale d’énergie. Ainsi nait le besoin d’un convertisseur DC/DC isolé avec une forte tension d’entrée et une faible tension/puissance en sortie, et de fortes contraintes en termes de coût, de taille et de rendement. Les convertisseurs actuellement utilisés sont majoritairement basés sur une architecture similaire, économique mais qui présente de sérieuses limites en termes de performances. Le design d’un convertisseur 800V-12V avec une puissance proche de 1W ne peut se satisfaire des approches utilisées classiquement pour atteindre le haut niveau de rendement visé (>85%). Une étude de différentes topologies pour l’étage de puissance du convertisseur est d’abord menée. Elle permet d’identifier les structures les plus prometteuses en comparant un nombre limité de critères qualitatifs. Une topologie est retenue compte tenue d’un bon compromis entre performances et complexité : les convertisseurs multi-niveaux à capacités flottantes. La création d’un circuit intégré (IC) permettant l’intégration des éléments actifs de l’étage de puissance est ensuite présentée. Une solution est présentée pour contourner les limites imposées par la technologie choisie (Bulk Silicium haute-tension) en termes d’isolation entre composants. Ensuite, une méthodologie de conception d’un transformateur planaire adapté à l’application est introduite afin de choisir les principaux paramètres de dimensionnement d’un tel composant. À l’issue de cette étape, quelques transformateurs sont proposés pour être mesurés au sein du convertisseur complet. Enfin, les différentes composantes du convertisseur sont assemblées et des mesures de rendement sont réalisées sur plusieurs points de fonctionnement proches de ceux définis par l’application. Les résultats sont à la hauteur des attentes et offrent une nette amélioration par rapport aux solutions existantes, notamment en termes de rendement.

The aeronautics transport is continuously growing. Forecast shows that the number of flights will have doubled by 2037 reaching 8.2 billion of air travelers, with China and India as the main and fastest-growing markets. Urban mobility will be revolutionized and transformed by new aircraft concepts for commuting and delivering services replacing cars. Severe restrictions are defined in order to decrease the impact on environment, pushing aeronautics industries to reach the targets in terms of noise and gas emissions by proposing new hybrid/full electric aircraft concepts. Enhancing the power converters efficiency and compactness thus represents a strategic research framework in this domain. Given this context, the main goal of this PhD consists in contributing to the minimization of the volume and mass of electrical machine active parts while preserving its efficiency. In literature, direct driven configurations are usually preferred due to their higher performance and reliability. The increase in compactness, involving necessarily an increase in the number of poles, is accompanied by a raise in losses per unit of exchange area generated by a raise in frequency. Therefore, in this thesis we firstly present a thermomechanical model coupled to the electromagnetics one in order to push the frequency limit as far as possible and to analyze more severe constraints of ambient temperatures. The aim of this analysis is also to confirm the performance obtained when using sector distributed bar-wound windings, previously studied by our IES laboratory, and to investigate the thermal behavior of this solution compared to a more conventional one. In fact, taking into account the high level of losses due to the high frequency, the risk of demagnetization or drop in torque is high. Solutions are therefore provided, secondly, in order to minimize the current losses induced in the winding and in the magnets. To this end, adequate multiphysical modeling, by Node Networks, by Finite Elements, and by Computational Fluid Dynamics was necessary in order to assess these risks and to adequately sizing an optimal cooling system. These models are finally implemented in order to carry out the sizing, design and assembly of the converter on the basis of a set of specification transmitted by SAFRAN. Bench analyzes will then conclude and validate this work. All of these models have thus enabled the optimization of the performance of the electromechanical converter.; Le transport aérien est en croissance continue avec un nombre d’utilisateurs et vols par an qui doublerait d’ici 2037 atteignant 8,2 milliards de voyageurs avec notamment les marchés chinois et indien en expansion. À cette croissance, il faut également considérer la mobilité urbaine qui connaitra également une transformation avec l’arrivée d’aéronefs pour le transport de passagers mais également de drones pour le transport de colis. Des restrictions de plus en plus sévères sont définies afin de pousser les compagnies aériennes, et les constructeurs, à se lancer dans l’hybridation voire dans l’électrification pure, afin de réduire l’impact sur l’environnement. Accroitre le rendement et la compacité des convertisseurs électriques représente alors un axe de recherche fondamental dans ce domaine. C’est dans ce contexte que s’inscrivent nos travaux de recherche. L’objectif de cette thèse consiste à contribuer à la minimisation des volumes et masses des parties actives constituant une machine électrique tout en préservant le rendement. Jusqu’alors, des configurations à entrainement direct sont par défaut préférées en vertu d’un rendement et d’une fiabilité plus élevés. L'accroissement de la compacité passe nécessairement par l’augmentation du nombre de pôles et s’accompagne d’une augmentation des pertes par unité de surface d’échange générée par une montée en fréquence. En premier lieu, cette thèse porte donc sur la modélisation thermomécanique couplée à celle électromagnétique de base afin d’essayer de repousser le plus possible la limite en fréquence et d'analyser des contraintes plus sévères de températures ambiantes. Cette étude a aussi pour but de confirmer les performances obtenues lors de l'utilisation d'un bobinage à barres, distribuées par quartiers, étudié préalablement par notre laboratoire IES, et d'investiguer le comportement thermique de cette solution par rapport à une solution plus conventionnelle. En effet, compte tenu du haut niveau de pertes dues à la haute fréquence, le risque de désaimantation ou de baisse de couple est élevé. Des solutions sont donc apportées, en second lieu, afin de minimiser les pertes par courant induits dans le bobinage et dans les aimants. À cette fin, une modélisation multiphysique par Réseaux de Nœuds, par Éléments Finis, et par Fluidodynamique ont été nécessaires afin d’évaluer ces risques et de dimensionner de manière adéquate un système de refroidissement optimal. Ces modèles sont finalement mis en œuvre afin de réaliser le dimensionnement, la conception et l’assemblage du convertisseur sur la base d’une spécification transmise par SAFRAN. Des analyses sur banc viendront par la suite conclure et valider ces travaux. L’ensemble de ces modèles aura ainsi permis l’optimisation des performances du convertisseur électromécanique.

Recent technological advances allow measuring high-frequency chemical concentrations in rivers over long periods. These new data sets, well adapted to the temporal variations of discharge, allows us today to specify the links between hydrological processes in catchments and the water stream chemistry. However, they require the development of adapted methods for data treatment. This thesis tries to answer to the following questions: which models and methods can we use to exploit high-frequency measurements and the way they are transforming our knowledge of the chemical water-quality? During the course of this thesis, we adapted different methods and methodologies originally designed for low / medium frequency data and applied then to high-frequency dataset of the River Lab of the Oracle-Orgeval observatory (France). For many years, since the size of the C-Q datasets was limited, it was difficult to analyse in much detail the precise shape of the C-Q relationship. In many cases, the power-law relationship appeared adequate, which explains its popularity, although many additions to the basic relation have been proposed to improve it. With the advent of high-frequency measuring devices, all the range of the relationship can now be included in the analysis. As a progressive alternative to the power law relationship and a log-log transformation, we propose to use a two-sided affine power scaling relationship. Hydrograph separation is perhaps one of the oldest unsolved problems of hydrology. In the thesis we aim to use jointly the Recursive Digital Filter (RDF) and Mass Balance (MB) methods in order to identify the RDF model parameter leading to the most realistic MB parameters. We show that a simple methodology proposed for the hydrograph separation (RDF-MB coupling approach) works, with a specific calibration and with the simple hypothesis of two sources of path flow. To combine the power-law relationship and the two-component mixing model, we applied the two-side affine power scaling relationship to the so-called base flow and quick flow (Cb and Cq) components, with a multicriterion identification procedure. The new combined model significantly improves, compared to power and mixing models, the simulation of stream river concentrations. Last, we develop a methodology for identifying and quantifying sources from a purely chemical point of view. The new method developed here, without any preliminary assumption on the composition of the potential sources, allows us analyzing the temporal variability of the end-member sources and their relationship to the different flow regimes., Les progrès technologiques récents permettent de mesurer à haute-fréquence les concentrations en ions dissous des eaux de rivières, sur de longues périodes. Ces nouvelles données, bien adaptées aux variations temporelles des débits, permettent aujourd'hui de préciser les liens entre les processus hydrologiques du bassin versant et la chimie du cours d'eau. Cependant, elles nécessitent le développement de méthodes adaptées. Cette thèse tente de répondre aux nouvelles questions qui se posent aujourd’hui: quels modèles et méthodes pouvons-nous utiliser pour exploiter les données haute-fréquences et comment transforment-elles notre connaissance de la qualité chimique des rivières ? Au cours de cette thèse, nous avons adapté différentes méthodes et méthodologies conçues à l'origine pour les données basse / moyenne fréquence et les avons appliquées au jeu de données haute-fréquence du River Lab de l'Observatoire Oracle-Orgeval (France). Pendant de nombreuses années, la taille des jeux de données concentrations-débits ayant été limitée, il était difficile d'analyser de manière détaillée la forme précise de la relation C-Q. Dans de nombreux cas, l’équation de puissance précédée d’une transformation logarithmique, semblait adequate. Aujourd’hui, toute la gamme des relations C-Q à haute-fréquance peut maintenant être incluse dans l'analyse. De cette dernière, comme alternative à la relation de puissance, nous proposons d’utiliser une transformation affine de puissance bilatérale. La séparation d’hydrogramme est peut-être l’un des plus anciens problèmes non résolus de l’hydrologie. Dans la thèse, nous avons utilisé conjointement les méthodes de séparation d’hydrogramme de type filtre numérique (RDF) et une équation de mélange à deux composantes basée sur le bilan de masse (MB). Le but etait d'identifier le paramètre du modèle RDF menant aux paramètres de l’équation de mélange les plus réalistes. Nous montrons que cette approche de couplage RDF-MB fonctionne avec un étalonnage spécifique et sur l'hypothèse simple de deux sources d’écoulement. Pour combiner la relation simple de puissance et le modèle de mélange, nous avons appliqué la transformation affine de puissance bilatérale aux deux composantes de l’équation de mélange, à l’aide d’une procédure d'identification multicritère. Le nouveau modèle combiné améliore considérablement, par rapport aux modèles de puissance et de mélange, la simulation des concentrations dans le cours d'eau. Enfin, nous avons développé une méthodologie pour identifier et quantifier les sources sur la seule base d’une analyse chimique. La nouvelle méthode développée au cours de la thèse, sans aucune hypothèse préalable sur la composition des sources potentielles, nous permet d'analyser la variabilité temporelle des sources chimiques et leur relation avec les différents régimes d'écoulement.

International audience; Fabrication et integration de transducteurs piézoélectriques à base de ZnO qui génèrent des ondes transversales et longitudinales à hautes fréquences (1GHz) sur substrats du silicium. -Réaliser leurs connectiques -Réaliser leurs adaptations d’impedances afin de minimiser le réfléchi électrique et ainsi améliorer leurs réponses acoustiques. -Après adaptation électrique, l’objectif principal de cette thèse est de réaliser des imageries d’interfaces mono-element à hautes fréquences.

Pressurized Water Reactor (PWR) fuel rods are made of ceramic pellets (UO2,(U,Pu)O2 or gadolinium fuel) assembled in a zirconium alloy cladding tube. By design, an initial gap, filled with helium, exists between these two elements. However during irradiation this gap decreases gradually, on the one hand, owing to a variation in cladding diameter, due to creepdown caused by pressure from the coolant, and, on the other hand, increased pellet diameter, due to thermal expansion, and swelling. In hot conditions, during the second or third cycle of irradiation, the pellet/cladding gap is closed. However, during the return to cooler conditions, the gap can reopen. At a high burnup (generally beyond the 3rd cycle of irradiation) an inner zirconia layer of the order of 10 to 15 μm is developed by oxidation leading to a chemical bonding between the pellet and the cladding. This bonding layer may contribute to a non-reopening of the pellet-cladding gap.Currently, only destructive examinations, after cutting fuel rods, allow the visualization of this area, however, they require a preliminary preparation of the samples in a hot cell. This limits the number of tests and measurements on the fuel rods. In this context, the Institute of Electronic and Systems of Montpellier University (IES - UMR 5214 CNRS ), in collaboration with the Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), Electricité de France (EDF) and Framatome, is developing a high frequency acoustic microscope adapted to the control and imaging of the pellet/cladding interface by taking into account the complexity of the structure's cladding which has a tubular form. Because the geometrical, chemical and mechanical nature of the contact interface is neither axially nor radially homogeneous, the ultrasonic system must allow the acquisition of 2D images of this interface by means of controlled displacements of the sample rod along both its axis and its circumference. The final objective of the designed acoustic microscope is to be introduced in hot cells.; Les crayons combustibles au sein des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) sont constitués de pastilles de céramique (UO2 ou (U-Pu)O2) empilées dans des gaines en alliage de zirconium, le Zircaloy. Avant l'irradiation, il existe un jeu de fabrication entre les pastilles et la gaine de l'ordre d'une centaine de microns. Au cours de l'irradiation, ce jeu est rapidement réduit ou totalement rattrapé du fait des différentes déformations que subissent les pastilles et la gaine. La connaissance de la nature de ce contact pastille-gaine à chaud, nécessaire pour comprendre les phénomènes et valider les modélisations de l'évolution de l'état de l’interface en fonction du taux de combustion, est accessible aujourd’hui exclusivement à partir de mesures destructives effectuées en laboratoire de haute activité, après retour à froid des combustibles. Pour obtenir un plus grand nombre d’informations sur des zones d’intérêt étendues, ou sur un tronçon de crayon avant refabrication pour ré-irradiation en réacteur expérimental, un moyen de caractérisation non destructif de l’interface pastille-gaine est nécessaire. C'est dans ce contexte que l'Institut d'Electronique et des Systèmes UMR CNRS 5214 de l'Université de Montpellier développe, dans le cadre d'une collaboration avec le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, et en partenariat avec EDF et Framatome, un microscope acoustique adapté aux géométries cylindriques. Le travail mené au cours de cette thèse inclut la conception et l’adaptation d’une tête de mesure sur un banc prototype et la démonstration de la faisabilité de l’acquisition d’images haute résolution (quelques dizaines de microns) sur tubes de gaine, l’enjeu étant de conserver la focalisation sur l’ensemble des zones imagées sur un même tube de diamètre externe de l’ordre de 10 mm et de longueur de 100 à 500 mm. La difficulté à reproduire les conditions de contact pastille-gaine en laboratoire ont orienté le choix des échantillons simulants, élaborés à partir de tubes de gaine avec ou sans zircone et chargés localement de colle. Les acquisitions réalisées sur ces échantillons simulants montrent la capacité de la méthode à détecter les changements de structure de la surface interne de la gaine. La mesure est ainsi sensible à la présence d’une couche de zircone interne d’épaisseur de 10 μm, et à la présence de matériau adhérent à l’intérieur du tube. Ces résultats montrent l’intérêt de poursuivre ces études, pour améliorer grâce à du traitement du signal l’interprétation des images avec pour objectif final l’adaptation de la méthode et sa qualification sur un banc sur crayon irradié.

The future HPRR LEU fuel plates will have to withstand aggressive irradiations leading to a swelling phenomenon. This latter induces structure modifications and impacts the initial inter-plate distance. This distance is investigated, under the access and microscopic resolution constraints, within the PERSEUS Project aiming the development of a non-destructive ultrasonic device. With a thickness of 1 mm to be inserted into the 1.8 mm water channel width of the High flux Reactor (RHF), the device relies upon two ultrasonic transducers connected to an electronic system. It allows time of flight and ultrasonic velocity estimations. The feasibility being already proved, optimizations on components of the measurement chain and signal processing have led to a new device. A developed motorized bench has allowed reproducibility measurements with a 500 nm resolution. Then, a reproducibility devices' radiation resistance experiment, carried out in the Arc-nucleart Institute, demonstrated their parameters stability under 3500 kGray. Experiments were also realized on the RHF fuel element where vertical position, distance and temperature were evaluated, with a 1 µm precision on channel gap thickness. Future works will explore waves ability to be focused in the depth of the plates.; Les prochaines plaques combustibles faiblement enrichies des réacteurs HPRR devront résister à de hautes radiations et dévoileront probablement un gonflement. Ce dernier modifie la structure et influence la distance inter-plaque nominale. La mesure de cette distance à l'ordre micrométrique constitue l'objectif du projet PERSEUS via le développement d'un dispositif ultrasonore non-destructif. Réduit à 1 mm pour s'insérer dans l'interstice inter-plaque de 1.8 mm du Réacteur à Haut Flux (RHF), le dispositif comprend deux transducteurs ultrasonores reliés à un système électronique. Il permet les mesures de temps de vol et de vitesse ultrasonore. La faisabilité de mesure précédemment prouvée, des optimisations de la chaîne de mesure et du traitement du signal ont été intégrées, induisant une nouvelle génération de dispositif. Un banc motorisé a été développé et a permis des mesures de reproductibilité précises à 500 nm. La reproductibilité de résistance aux radiations, expérimentée à l'Institut Arc-Nucléart, a démontré la stabilité des dispositifs sous 3500 kGray. De plus, une expérience de mesure de distance inter-plaque sur l'élément combustible du RHF a permis les mesures de position verticale, de distance inter-plaque et de température avec 1 µm de précision d'épaisseur du canal d'eau. Une étude de faisabilité de focalisation des ondes est prévue pour analyser les plaques en profondeur.

The future HPRR LEU fuel plates will have to withstand aggressive irradiations leading to a swelling phenomenon. This latter induces structure modifications and impacts the initial inter-plate distance. This distance is investigated, under the access and microscopic resolution constraints, within the PERSEUS Project aiming the development of a non-destructive ultrasonic device. With a thickness of 1 mm to be inserted into the 1.8 mm water channel width of the High flux Reactor (RHF), the device relies upon two ultrasonic transducers connected to an electronic system. It allows time of flight and ultrasonic velocity estimations. The feasibility being already proved, optimizations on components of the measurement chain and signal processing have led to a new device. A developed motorized bench has allowed reproducibility measurements with a 500 nm resolution. Then, a reproducibility devices' radiation resistance experiment, carried out in the Arc-nucleart Institute, demonstrated their parameters stability under 3500 kGray. Experiments were also realized on the RHF fuel element where vertical position, distance and temperature were evaluated, with a 1 µm precision on channel gap thickness. Future works will explore waves ability to be focused in the depth of the plates.; Les prochaines plaques combustibles faiblement enrichies des réacteurs HPRR devront résister à de hautes radiations et dévoileront probablement un gonflement. Ce dernier modifie la structure et influence la distance inter-plaque nominale. La mesure de cette distance à l'ordre micrométrique constitue l'objectif du projet PERSEUS via le développement d'un dispositif ultrasonore non-destructif. Réduit à 1 mm pour s'insérer dans l'interstice inter-plaque de 1.8 mm du Réacteur à Haut Flux (RHF), le dispositif comprend deux transducteurs ultrasonores reliés à un système électronique. Il permet les mesures de temps de vol et de vitesse ultrasonore. La faisabilité de mesure précédemment prouvée, des optimisations de la chaîne de mesure et du traitement du signal ont été intégrées, induisant une nouvelle génération de dispositif. Un banc motorisé a été développé et a permis des mesures de reproductibilité précises à 500 nm. La reproductibilité de résistance aux radiations, expérimentée à l'Institut Arc-Nucléart, a démontré la stabilité des dispositifs sous 3500 kGray. De plus, une expérience de mesure de distance inter-plaque sur l'élément combustible du RHF a permis les mesures de position verticale, de distance inter-plaque et de température avec 1 µm de précision d'épaisseur du canal d'eau. Une étude de faisabilité de focalisation des ondes est prévue pour analyser les plaques en profondeur.

Les décharges à barrière diélectrique homogènes à la pression atmosphérique représentent un véritable intérêt autant pour les applications industrielles que pour la richesse de leur comportement physique. Jusqu’à maintenant, la gamme des basses fréquences (sous 300 kHz) et la gamme des hautes fréquences (au-dessus de 3 MHz) ont été amplement étudiées ; la physique contrôlant la décharge est donc relativement bien connue. Par contre, la gamme des moyennes fréquences (entre 0,3 et 3 MHz) reste à ce jour très peu explorée. Cette thèse par article vise, dans un premier temps, à comprendre le fonctionnement de la décharge à barrière diélectrique dans la gamme des moyennes fréquences. Dans un deuxième temps, l’effet de la fréquence sur la décharge est étudié sur la plage des basses aux hautes fréquences. Cette recherche expérimentale est poursuivie à l’aide d’une décharge à barrière diélectrique dans une atmosphère contrôlée d’hélium à la pression atmosphérique. Afin d’identifier les multiples régimes de décharge, plusieurs diagnostics sont mis en oeuvre. L’imagerie rapide est d’abord employée pour permettre l’identification des régimes de décharge en fonction de leur évolution temporelle. Ensuite, des mesures électriques, de la spectroscopie d’émission optique et de la spectroscopie d’absorption sont utilisées de manière à déterminer la densité électronique, la température électronique ainsi que la densité des atomes dans un état métastable. Pour une fréquence d’excitation fixe dans la gamme des moyennes fréquences, la décharge peut se comporter selon deux régimes distincts. Ceux-ci sont identifiés comme le régime Ω, pour lequel l’ionisation se produit au centre de la décharge et la densité de puissance est d’environ 0,1W/cm3, et le régime hybride, pour lequel l’ionisation se produit dans les gaines et la densité de puissance est d’environs 10W/cm3. Lorsque la fréquence est supérieure à 1MHz, le passage du régime Ω au régime hybride est accompagné d’une hystérèse. Cette hystérèse est due au piégeage efficace des ions dans l’espace interdielectrique qui ne permet pas aux ions de participer à l’émission secondaire tant que la charge d’espace n’est pas suffisante pour déformer le champ électrique. Quant aux fréquences inférieures à 1MHz, le régime hybride qui leur est associé n’est pas maintenu de manière continue, mais transite spontanément entre les régimes Ω et hybride. Un phénomène qui est dû au piégeage des ions qui n’est pas encore suffisant pour conserver les ions dans la gaine dans le cas où le champ électrique est perturbé par la charge d’espace. De plus, sur toute la gamme de fréquences étudiée (de 25kHz à 15MHz), il est possible de générer plusieurs autres régimes de décharge homogènes. Jusqu’à 100 kHz, en plus du régime luminescent (pour lequel l’ionisation est maximum près de la cathode) habituellement observé en basses fréquences, un régime dit quasi-Townsend, pour lequel l’ionisation est à son maximum près de l’anode a pu être observé. Entre 200 et 3000 kHz, ce sont les régimes Ω et hybride qui sont observés. À partir de 5 MHz, le régime RF-α est finalement atteint. Sur la plage de fréquence étudiée, la densité électronique moyenne (intégrée spatialement et temporellement) varie de e14 à e17 /m3 tandis que la température électronique moyenne se situe entre 0.3 et 0,5 eV. Tout comme la température électronique, la densité des atomes dans un état métastable est maximale dans le régime hybride., Atmospheric-pressure diffuse discharges are of great interest both for their physical complexity as well as for their numerous industrial applications. A good method to generate diffuse discharges at atmospheric pressure is by means of a dielectric barrier discharge. Up to now, the low frequency range (below 300kHz) and the high-frequency range (above 3 MHz) have been vastly studied, leaving the medium frequency range (between 0.3 and 3 MHz) almost empty of experimental data. The aim of this thesis by publications is two fold. First, the discharge modes obtained in the medium frequency range are to be understood and characterized. Second, the influence of the excitation frequency on the discharge is studied over a wide spectrum (from 25 kHz to 15 MHz). This includes frequencies from the very-low-frequency range to the high-frequency range. The experimental investigation is undertaken with a dielectric barrier discharge in a well-controlled environment of helium at atmospheric pressure. In order to identify the multiple discharge modes, many diagnostics are performed. Fast imaging is used to identify discharge modes according to their time evolution. Then electrical measurements, optical emission spectroscopy and absorption spectroscopy are deployed to measure the electron density, the electron temperature and the density of atoms in a metastable state respectively. At a fix excitation frequency in the medium-frequency range, two distinct discharge modes occur. The first one is identified as the Ω mode in which ionization is at the centre of the discharge and the power density is about 0.1W/cm3. The second one is identified as the hybrid mode in which ionization mainly occurs in the sheath region and the power density can reach about 10W/cm3. When the frequency is above 1MHz, the transition from Ω mode to hybrid mode is subject to a hysteresis. This hysteresis is due to efficient trapping of ions in the gas gap which does not allow ions to participate in secondary electron emission as long as the space charge is too low to modify the applied electric field. However, when the frequency is below 1 MHz the hybrid mode can no longer be sustained continuously but rather oscillate spontaneously between the Ω and the hybrid mode. This phenomenon is due to less efficient ion trapping that cannot maintain ions in the sheath when the electric field is modified by the space charge. Furthermore, over the entire investigated frequency range, many other diffuse discharge modes are sustained. In addition to the atmospheric pressure glow discharge (in which maximum ionization occurs on the cathode side) usually observed in the low-frequency range, a Townsend-like mode is also generated at frequencies about 100kHz. In this case, the maximum ionization occurs on the anode side. From 200 to 3000kHz, the Ω and the hybrid mode are achieved. Finally, from 5 MHz, the usual RF-α mode is reached. Over the complete range of frequency investigated, the mean electron density (time and spatially averaged) increase from e14 to e17/m3 while the electron temperature ranges between 0.3 and 0.5 eV. Both electronic temperature and density of atoms in a metastable state are maximum in the hybrid mode., Réalisée en cotutelle avec l'Université de Perpignan

This thesis aims to study the place that occupied the medical electricity along the History, to know the usage modes and applications in dental surgery. The first part is a chronological historical approach of electrotherapy.The second part presents the therapeutical applications of the high frequency currents on the orofacial sphere. To this end, our study will be based on the example of a high frequency Violet Rays type machine, the « Rénovateur ».; Cette thèse a pour objet d’étudier la place de l’électricité médicale au cours de l’Histoire, d’en connaître les modalités d’usage et les applications en chirurgie dentaire. La première partie est une approche historique chronologique de l’électrothérapie. La deuxième partie présente les applications thérapeutiques des courants à haute fréquence au niveau la sphère oro-faciale. Pour cela, notre étude sera basée sur l’exemple d’un appareil à haute fréquence de type Violet Rays, le « Rénovateur ».

Remote sensing is more and more used in river sciences, mainly using satellite and airborne imagery. Ground imagery constitutes a complementary tool which presents numerous advantages for the study of rivers. For example, it is easy to set up; costs are limited; it allows an oblique angle; etc. It also presents the possibility to set up the triggering with very high frequency, ranging, for instance, from a few seconds to a few hours. The possibility to monitor events at the instant they occur makes ground imagery extremely advantageous compared to aerial or spatial imagery (whose highest acquisition frequency corresponds to a few days). Such frequencies produce huge datasets, which require automated analyses. This is one of the challenges addressed in this thesis. Processing and analysis of data acquired at five study sites located in France and Québec, Canada, facilitated the evaluation of ground imagery potentials, as well as its limitations with respect to the study of fluvial systems. The identification of optimal conditions to set up the cameras and to acquire images is the first step of a global approach, presented as a chain of optional modules. Each one is to be taken into account according to the objectives of the study. The extraction of radiometric information and the subsequent statistical analysis of the signal were tested in several situations. In particular, random forests were applied, as a supervised object-oriented classification method. The datasets were principally exploited using high frequency time series analyses, which allowed demonstrating strengths and weaknesses of this approach, as well as some potential applications. Ground imagery is a powerful tool to monitor fluvial systems, as it facilitates the definition of various kinds of time characteristics linked with fluvial biophysical processes. However, it is necessary to optimize the quality of the data produced. In particular, it is necessary to minimize the acquisition angle and to limit the variability of luminosity conditions between shots in order to acquire fully exploitable datasets.; La télédétection est une technique de plus en plus utilisée dans le domaine fluvial, et si des images acquises à haute, voire très haute altitude via des vecteurs aéroportés et satellites sont traditionnellement utilisées, l’imagerie in situ (ou « imagerie de terrain ») constitue un outil complémentaire qui présente de nombreux avantages (facilité de mise en place, coûts réduits, point de vue oblique, etc.). Les possibilités de programmer les prises de vue fixes à des fréquences relativement élevées (de quelques dixièmes de secondes dans le cas de vidéos, à quelques heures par exemple) mais aussi de pouvoir observer les évènements au moment où ils surviennent, est sans commune mesure avec les contraintes associées à l’acquisition de l’imagerie « classique » (dont les plus hautes fréquences s’élèvent à quelques jours). Cela permet de produire des jeux de données conséquents, dont l’analyse automatisée est nécessaire et constitue l’un des enjeux de cette thèse. Le traitement et l’analyse de jeux de données produits sur cinq sites test français et québécois ont permis de mieux évaluer les potentialités et les limites liées à l’utilisation de l’imagerie in situ dans le cadre de l’étude des milieux fluviaux. La définition des conditions optimales d’installation des capteurs en vue de l’acquisition des données constitue la première étape d’une démarche globale, présentée sous forme de modules optionnels, à prendre en compte selon les objectifs de l’étude. L’extraction de l’information radiométrique, puis le traitement statistique du signal ont été évalués dans plusieurs situations tests. La classification orientée-objet avec apprentissage supervisé des images a notamment été expérimentée via des random forests. L’exploitation des jeux de données repose principalement sur l’analyse de séries temporelles à haute fréquence. Cette thèse expose les forces et les faiblesses de cette approche et illustre des usages potentiels pour la compréhension des dynamiques fluviales. Ainsi, l’imagerie in situ est un très bon outil pour l’étude et l’analyse des cours d’eau, car elle permet la mesure de différents types de temporalités régissant les processus biophysiques observés. Cependant, il est nécessaire d’optimiser la qualité des images produites et notamment de limiter au maximum l’angle de vue du capteur, ou la variabilité des conditions de luminosité entre clichés, afin de produire des séries temporelles pleinement exploitables.

Ce rapport présente les éléments qui ont conduit à la qualification des données acquises en 2016 par la station de mesure haute fréquence MOLIT (Mer Ouverte Littoral). La bouée MOLIT est déployée depuis 2008 en baie de Vilaine, une des zones de la côte atlantique les plus menacées par l’eutrophisation. Cette bouée instrumentée constitue un des systèmes de mesure du réseau de mesure haute fréquence Ifremer HOSEA (High frequency Observation network for the environment in coastal SEAs). Cette station est équipée d’une sonde multiparamètre qui mesure les paramètres température, salinité, oxygène dissous, turbidité et fluorescence. Les mesures sont effectuées à deux niveaux (surface et fond) avec une fréquence d’une mesure horaire. Ce rapport synthétise les informations qui ont permis de qualifier les données sur le site des réseaux eulériens d’Ifremer (Coriolis) : contrôles in-situ, historique des opérations de maintenance, constats de vérification des sondes avant et après campagne. Les données ont été qualifiées en quatre états : 1-BON, 2- MOYEN, 3-DOUTEUX, 4-MAUVAIS.

La CEM est devenue un critère incontournable dans la conception des convertisseurs. Les normes imposées sont garantes de l’aptitude d’un système à fonctionner dans son environnement de façon satisfaisante et sans produire de perturbations électromagnétiques intolérables pour les appareils du voisinage. Dans l’association onduleur câble machine les variations di/dt et dv/dt sont relativement importantes. Les fronts raides de courant et de tension ont la fâcheuse tendance à générer des perturbations électromagnétiques conduites et/ou rayonnées qui peuvent être gênantes voire destructrices. Dans cet article, les auteurs proposent ici un outil permettant l'optimisation du filtre complet en tenant compte de l'ensemble de la structure. Cette méthode permet d'estimer et réduire le niveau des courants ainsi la tension de mode commun dans la machine asynchrone.

The french industrial project MEGaN targets the development of power module based on GaN HEMT transistors. One of the industrial applications is the aeronautics field with a high-constraint on the galvanic isolation (>100 kV/s) and ambient temperature (200°C). The intent of this work is the power module block (3 phases inverter 650 V 30 A). The goal is to obtain a small footprint module, 30 cm2, with necessary functions such as gate driver, gate driver power supply, bulk capacitor and current phase sensor. This goal implies high efficiency as well as respect of the constraint of galvanic isolation with an optimized volume. This dissertation, besides the state of the art of power modules and especially the GaN HEMT ones, addressed a control signal isolation solution based on coreless transformers. Different prototypes based on coreless transformers were characterized and verified over 3000 hours in order to evaluate their robustness. The different studies realized the characterization of the different market available GaN HEMTs in order to mature a circuit simulation model for various converter topologies. In the collaborative work of the project, our contribution did not focus on the gate driver chip design even if experimental evaluation work was made, but a gate driver power supply strategy. The first gate driver isolated power supply design proposition focused on the low-voltage GaN HEMT conversion. The active-clamp Flyback topology allows to have the best trade-off between the GaN transistors and the isolation constraint of the transformer. Different transformer topolgies were experimentally performed and a novel PCB embedded transformer process was proposed with high-temperature capability. A lamination process was proposed for its cost-efficiency and for the reliability of the prototype (1000 H cycling test between - 55; + 200°C), with 88 % intrinsic efficiency. However, the transformer isolation capacitance was drastically reduced compared to the previous prototypes. 2 high-integrated gate driver power supply prototypes were designed with: GaN transistors (2.4 MHz, 2 W, 74 %, 6 cm2), and with a CMOS SOI dedicated chip (1.2 MHz, 2 W, 77 %, 8.5 cm2). In the last chapter, this dissertation presents an easily integrated solution for a phase current sensor based on the magnetoresistance component. The comparison between shunt resistor and magnetoresistance is experimentally performed. Finally, two inverter prototypes are presented, with one multi-level gate driver dedicated for GaN HEMT showing small switching loss performance., Le projet industriel français MEGaN vise le développement de module de puissance à base de compostant HEMT en GaN. Une des application industrielle concerne l’aéronautique avec une forte contrainte en isolation galvanique (>100 kV/s) et en température ambiante (200°C). Le travail de thèse a été concentré sur une brique module de puissance (bras d’onduleur 650 V 30 A). L’objectif est d’atteindre un prototype de facteur de forme peu épais, 30 cm2 et embarquant l’ensemble des fonctions driver, alimentation de driver, la capacité de bus et capteur de courant phase. Cet objectif implique un fort rendement énergétique, et le respect de l’isolation galvanique alors que la contrainte en surface est forte. Le manuscrit, outre l’état de l’art relatif au module de puissance et notamment celui à base de transistor GaN HEMT, aborde une solution d’isolation de signaux de commande à base de micro-transformateur. Des prototypes de micro-transformateur ont été caractérisés et vieillis pendant 3000 H pour évaluer la robustesse de la solution. Les travaux ont contribué à la caractérisation de plusieurs composants GaN afin de mûrir des modèles pour la simulation circuit de topologie de convertisseur. Au sein du travail collaboratif MEGaN, notre contribution ne concernait pas la conception du circuit intégré (driver de grille), tout en ayant participé à la validation des spécifications, mais une stratégie d’alimentation du driver de grille. Une première proposition d’alimentation isolée pour le driver de grille a privilégié l’utilisation de composants GaN basse-tension. La topologie Flyback résonante avec clamp permet de tirer le meilleur parti de ces composants GaN mais pose la contrainte du transformateur de puissance. Plusieurs technologies pour la réalisation du transformateur ont été validées expérimentalement et notamment une proposition originale enfouissement du composant magnétique au sein d’un substrat polymère haute-température. En particulier, un procédé de fabrication peu onéreux permet d’obtenir un dispositif fiable (1000 H de cyclage entre - 55 ; + 200°C), avec un rendement intrinsèque de 88 % pour 2 W transférés. La capacité parasite d’isolation est réduite par rapport aux prototypes précédent. Deux prototypes d’alimentations à forte intégration utilisent soit les transistors GaN basse tension (2.4 MHz, 2 W, 74 %, 6 cm2), soit un circuit intégré dédié en technologie CMOS SOI, conçu pour l’application (1.2 MHz, 2 W, 77 %, 8.5 cm2). Le manuscrit propose par la suite une solution intégrable de mesure de courant de phase du bras de pont, basé sur une magnétorésistance. La comparaison expérimentale vis à vis d’une solution à résistance de shunt. Enfin, deux prototypes de convertisseur sont décrits, dont une a pu faire l’objet d’une validation expérimentale démontrant des pertes en commutation réduites.

In this article, we compare field estimates of near-surface attenuation, as captured by site-specific o-values (i.e., o0) with laboratory-based estimates of minimum shear-strain damping (Ÿmin). We propose models for Ÿmin based on o0 measured at selected stations of the KiK-net database, which are found to be generally larger than lowstrain damping values obtained from laboratory testing. The latter can only quantify intrinsic material damping, whereas other attenuation mechanisms such as scattering of the wavefield contribute to field-based estimates. In addition, we evaluate the difference in damping at the surface and at borehole stations to determine the contribution of shallow layers to attenuation as captured by o0-values at the surface. Thus, values of o0 are computed at the surface and at the downhole instrument depth. The difference between both values, correlates well with the averaged shear-wave velocity over the top 30 m of the profile, VS30, and with the depth to bedrock. Estimates of o0 for hard-rock and stiff sites in Japan are also examined and compared with other regional o0-values proposed for high VS30 materials in New Zealand, Greece, and Switzerland. Two values of o0, which are lower than the corresponding estimates for the aforementioned regions, are deemed potential descriptors of hard-rock conditions in Japan. The ability of the proposed o0-consistent damping models to predict ground motions using the vertical array data from the KiK-net sites has yet to be tested.

As self-sensing and self-exciting tools, quartz probes present many advantages over the heretofore dominant silicon cantilevers for mechanical micro-sensing applications. One of these advantages is that they can be embedded and calibrated without the need for a laser deflection setup. The more compact and self-sufficient tools can therefore be readily integrated and controlled with Scanning Electron Microscopy, which is favoured at the smaller scales of micro-robotic research. More generally, the development and use of quartz probes is bolstered by the fact that they can be fabricated from widely commercialized quartz components and customised through the addition of a microtip. The quartz probes found in the literature are however largely based on components with limited oscillation frequencies, and could benefit from higher operating speeds. In this context, we address the frequency improvement and embedded control of AFM probes with regard to their use in targeted micro-robotics and imaging. The properties of quartz probes are first covered towards the evaluation and use of higher frequency components; we next demonstrate that faster scanning can be achieved with quartz probes made from thickness shear resonators, making them suitable for fast applications which do not require high sensitivity. Lastly, we integrate a tuning fork probe inside a SEM, and establish through it a proof of concept for the non-destructive stiffness mapping of fragile micro-membranes.; Les sondes basées sur des résonateurs en quartz sont des capteurs disposant d'une autonomie en termes d'excitation et d'acquisition, et à cet égard présentent de nombreux avantages par rapport aux poutres cantilever qui ont jusqu'à présent dominé dans les applications de micro-caractérisation directe. Un de ces avantages est qu'elles peuvent êtres embarquées et calibrées sans recours à un système de déflection laser. Ces outils plus compacts et autosuffisants peuvent en conséquence être aisément intégrés et contrôlés au sein d'un microscope électronique à balayage, qui permet une observation globale rapide souvent privilégiée dans la recherche en micro-robotique. Le développement de ces sondes est de plus avantagé de par le fait qu'elles sont constituées de composants électroniques standards répandus dans le commerce, et qu'elles peuvent être adaptées à des usages spécifiques par l'ajout d'une micro-pointe. Les sondes de quartz dans la littérature sont cependant souvent basées sur des composants à fréquence d'oscillation limitée, et une plus grande vitesse d'opération serait utile à l'ensemble de leurs applications. C'est dans ce contexte que nous nous intéressons à des composants à plus haute fréquence, et au contrôle de sondes dans un microscope électronique propre à leur utilisation ciblée en micro-robotique et en imagerie. Les propriétés de ces sondes sont tout d'abord examinées dans le but de pouvoir évaluer et exploiter des résonateurs à plus haute fréquence; nous montrons ensuite que des sondes basées sur des résonateurs à cisaillement d'épaisseur atteignent de plus hautes vitesses en imagerie, ce qui les rend prometteuses pour des applications rapides ne requérant pas une haute résolution. Enfin, nous intégrons une sonde diapason dans un MEB, et établissons ainsi une preuve de concept pour la cartographie en raideur de micro-membranes fragiles.

This thesis is made of two connected parts, the rst one about limit order book modeling andthe second one about tick value eects.In the rst part, we present our framework for Markovian order book modeling. The queuereactivemodel is rst introduced, in which we revise the traditional zero-intelligence approach byadding state dependency in the order arrival processes. An empirical study shows that this modelis very realistic and reproduces many interesting microscopic features of the underlying assetsuch as the distribution of the order book. We also demonstrate that it can be used as an ecientmarket simulator, allowing for the assessment of complex placement tactics. We then extend thequeue-reactive model to a general Markovian framework for order book modeling. Ergodicityconditions are discussed in details in this setting. Under some rather weak assumptions, weprove the convergence of the order book state towards an invariant distribution and that of therescaled price process to a standard Brownian motion.In the second part of this thesis, we are interested in studying the role played by the tick valueat both microscopic and macroscopic scales. First, an empirical study of the consequences ofa tick value change is conducted using data from the 2014 Japanese tick size reduction pilotprogram. A prediction formula for the eects of a tick value change on the trading costs isderived and successfully tested. Then, an agent-based model is introduced in order to explainthe relationships between market volume, price dynamics, bid-ask spread, tick value and theequilibrium order book state. In particular, we show that the bid-ask spread emerges naturallyfrom the fact that orders placed too close to the ecient price have in general negative expectedreturns. We also nd that the bid-ask spread turns out to be the sum of the tick value and theintrinsic bid-ask spread, which corresponds to a hypothetical value of the bid-ask spread underinnitesimal tick value., Cette thèse est composée de deux parties reliées, le premier sur le carnet d'ordre et le deuxième sur les effets de valeur de tick. Dans la première partie, nous présentons notre cadre de modélisation de carnet. Le modèle queue-réactive est d'abord introduit, dans laquelle nous révisons l'approche zéro intelligence traditionnelle en ajoutant dépendance envers l'État de carnet. Une étude empirique montre que ce modèle est très réaliste et reproduit de nombreuses fonctionnalités intéressantes microscopiques de l'actif sous-jacent comme la distribution du carnet de commandes. Nous démontrons également qu'il peut être utilisé comme un simulateur de marché efficace, ce qui permet l'évaluation de la tactique de placement complexes. Nous étendons ensuite le modèle de queue-réactive à un cadre markovien général. Conditions de Ergodicité sont discutés en détail dans ce paramètre. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous sommes intéressés à étudier le rôle joué par la valeur de la tique à deux échelles microscopiques et macroscopiques. Tout d'abord, une étude empirique sur les conséquences d'un changement de la valeur de tick est effectuée à l'aide des données du programme pilote de réduction de la taille 2014 tick japonais. Une formule de prédiction pour les effets d'un changement de valeur de tique sur les coûts de transactions est dérivé. Ensuite, un modèle multi-agent est introduit afin d'expliquer les relations entre le volume du marché, la dynamique des prix, spread bid-ask, la valeur de la tique et de l'état du carnet d'ordres d'équilibre.

Ultimate integration of power switch-mode converter relies on two research paths. One path experiments the development of switched-capacitor converters. This approach fits silicon integration but is still limited in term of power density. Inductive DC-DC architectures of converters suffer by the values and size of passive components. This limitation is addressed with an increase in frequency. Increase in switching losses in switches leads to consider advanced technological nodes. Consequently, the capability with respect to input voltage is then limited. Handling 3.3 V input voltage to deliver an output voltage in the range 0.6 V to 1.2 V appears a challenging specification for an inductive buck converter if the smallest footprint is targeted at +90 % efficiency. Smallest footprint is approached through a 3D assembly of passive components to the active silicon die. High switching frequency is also considered to shrink the values of passive components as much as possible. In the context of on-chip power supply, the silicon technology is dictated by the digital functions. Complementary Metal-Oxide- Semiconductor (CMOS) bulk C40 is selected as a study case for 3.3 V input voltage. 3.3 V Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) features poor figure of merits and 1.2 V standard core, regular devices are preferred. Moreover future integration as an on-chip power supply is more compatible. A three-MOSFET cascode arrangement is experimented and confronted experimentally to a standard buck arrangement in the same technology. The coupled-phase architecture enables to reduce the switching frequency to half the operating frequency of the passive devices. +100MHz is selected for operation of passive devices. CMOS bulk C40 offers Metal-Oxide-Metal (MOM) and MOS capacitors, in density too low to address the decoupling requirements. Capacitors have to be added externally to the silicon die but in a tight combination. Trench-cap technology is selected and capacitors are fabricated on a separate die that will act as an interposer to receive the silicon die as well as the inductors. The work delivers an object containing a one-phase buck converter with the silicon die flip-chipped on a capacitor interposer where a tiny inductor die is reported. The one-phase demonstrator is suitable for coupled-phase demonstration. Standard and cascode configurations are experimentally compared at 100 MHz and 200 MHz switching frequency. A design methodology is presented to cover a system-to-device approach. The active silicon die is the central design part as the capacitive interposer is fabricated by IPDiA and inductors are provided by Tyndall National Institute. The assembly of the converter sub-parts is achieved using an industrial process. The work details a large set of measurements to show the performances of the delivered DC/DC converters as well as its limitations. A 91.5% peak efficiency at 100MHz switching frequency has been demonstrated., L’intégration ultime de convertisseurs à découpage repose sur deux axes de recherche. Le premier axe est de développer les convertisseurs à capacités commutées. Cette approche est compatible avec une intégration totale sur silicium, mais limitée en terme de densité de puissance. Le second axe est l’utilisation de convertisseurs à inductances, qui pâtissent d’imposants composants passifs. Une augmentation de la fréquence permet de réduire les valeurs des composants passifs. Cependant une augmentation de la fréquence implique une augmentation des pertes par commutation, ce qui est contrebalancé par l’utilisation d’une technologie de fabrication plus avancée. Ces technologies plus avancées souffrent quant à elles de limitations au niveau de leur tension d’utilisation. Convertir une tension de 3,3V vers une tension de 1,2V apparait donc comme un objectif ambitieux, particulièrement dans le cas où les objectifs de taille minimale et de rendement supérieur à 90 % sont visés. Un assemblage 3D des composants actifs et passifs permet de minimiser la surface du système. Un fonctionnement à haute fréquence est aussi considéré, ce qui permet de réduire les valeurs requises pour les composants passifs. Dans le contexte de l’alimentation « on-chip », la technologie silicium est contrainte par les fonctions numériques. Une technologie 40 nm CMOS de type « bulk » est choisie comme cas d’étude pour une tension d’entrée de 3,3 V. Les transistors 3,3 V présentent une figure de mérite médiocre, les transistors 1,2 V sont donc choisis. Ce choix permet en outre de présenter une meilleure compatibilité avec une future intégration sur puce. Une structure cascode utilisant trois transistors en série est étudiée est confrontée à une structure standard à travers des simulations et mesures. Une fréquence de +100MHz est choisie. Une technologie de capacités en tranchées est sélectionnée, et fabriquée sur une puce séparée qui servira d’interposeur et recevra la puce active et les inductances. Les inductances doivent être aussi fabriquées de manière intégrée afin de limiter leur impact sur la surface du convertisseur. Ce travail fournit un objet contenant un convertisseur de type Buck à une phase, avec la puce active retournée (« flip-chip ») sur l’interposeur capacitif, sur lequel une inductance est rapportée. Le démonstrateur une phase est compatible pour une démonstration à phases couplées. Les configurations standard et cascode sont comparées expérimentalement aux fréquences de 100 MHz et 200 MHz. La conception de la puce active est l’élément central de ce travail, l’interposeur capacitif étant fabriqué par IPDiA et les inductances par Tyndall National Institute. L’assemblage des différents sous-éléments est réalisé via des procédés industriels. Un important ensemble de mesures ont été réalisées, montrant les performances du convertisseur DC-DC délivré, ainsi que ses limitations. Un rendement pic de 91,5 % à la fréquence de 100 MHz a été démontré.

Iron losses in electrical machine applications are of paramount importance, an approximate estimation of these losses can easily lead to a thermally unsustainable solution, in this context, it is essential to get exactly the magnetic characteristics of the magnetic materials used, moreover, with the recent interest for high speed electrical machines (high frequency), It is important to characterize magnetic materials at high frequency. In this work, a high frequency characterizing system (1 T - 10 kHz) under unidirectional field has been proposed and magnetic losses models has been studied and discussed. Magnetic fields in electrical machines could be alternative in one direction, elliptical or circular. In this context, a characterization under rotating field and a magnetic loss model has been proposed. Finally, when stator steel sheets are cut all in one piece, the cutting direction with regard to the rolling direction will change from one tooth pitch to another, for that a study of the FeSi non oriented anisotropy has been performed., Les pertes fer dans une machine électrique sont d'importance capitale, une estimation approximative de ces pertes peu mener à des solutions non viable sur le plan thermique, c'est dans ce contexte qu'il est indispensable d'avoir les caractéristiques les plus précises des matériaux magnétiques utilisés, de plus avec l'engouement récent pour les machines électriques haute vitesse (donc haute fréquence), il est important de caractériser les matériaux à haute fréquence. Dans les travaux de cette thèse, un système de mesure haute fréquence (1 T - 10 kHz) en champ unidirectionnel a été mis en place et des modèles de pertes magnétiques hautes fréquences ont été étudiés et discutés. Les champs magnétiques circulant dans une machine électrique sont de type alternatifs dans une direction donnée ou des champs elliptiques et tournants. C'est dans ce contexte qu'une caractérisation et un modèle en champ tournant ont été proposés. Enfin, dans le cas où le stator d'une machine électrique est découpé d'un seul tenant, la direction de découpe par rapport àla direction de laminage change d'un pas dentaire à un autre, pour cela une étude sur l'anisotropie des matériaux FeSi non orientés a été menée.

In PWM converter, emerging technologies, like Sic and GAN, tend to decrease the rise time commutation which increases the occurrence of high frequency phenomenon such as bearing currents and voltage between coils. In this thesis, we aim to develop a predictive model able to give the currents and voltages amplitudes of those parasites. To simplify the understood of the phenomenon, a mock-up was built. It consists of a winding coil in a flexible PCB which represents the wave propagation in a real winding. Therefore, a first model was developed taking into account the effects produced by an increasing frequency. The model gives good results. It will be used in the real traction motor. Measures on a modified motor allowed observing the wave propagation across the coil. Those measures results will be compared to our motor model ones. A model found in the literature has also been studied. For this model, we built a parameters identification method based on several measurement points. This model will also be a compared to our motor model. The last part of this work explains the method used to build the predictive model. A line model is used to give an access to the winding. All parameters have been found with analytical formulations or with numerical simulations to avoid the use of measures. This model gives an access to a voltage between coils and to bearings currents. It can be used during the conception of motor to predict those problems.; La diminution drastique des temps de commutation des convertisseurs MLI, due aux technologies émergentes comme le SiC (Carbure de Silicium), engendre un nombre important de phénomènes hautes fréquences dans les moteurs électriques notamment des tensions inter-spires et des courants de paliers. Ces travaux portent sur l'établissement d'un modèle impédant prédictif, valable sur une large bande de fréquence, fournissant les valeurs des tensions et des courants dangereux pour les moteurs. Pour cela, une maquette à échelle réduite a été étudiée dans un premier temps pour comprendre les phénomènes et offrir un cas simplifié de modélisation. Un bobinage en circuit imprimé a été fabriqué à cet effet. Un modèle de ligne a été développé et offre des résultats satisfaisants en prenant en compte les effets dus à la montée en fréquence. La même démarche de modélisation a été adoptée dans le cas du moteur réel dans la suite des travaux. Des campagnes de mesures sur un moteur instrumenté ont permis d'observer la propagation des ondes dans le bobinage. Une bobine a également été instrumentée pour offrir un accès au potentiel de chaque spire. Un modèle présenté dans la littérature a été approfondi en proposant une méthode d'identification des paramètres à partir de quelques points de mesures. Ce modèle sert de comparaison avec le modèle prédictif établi à la fin de ces travaux. La dernière partie de ces travaux s'intéresse à la modélisation du même moteur de traction. Un modèle de ligne dont les valeurs de paramètres ont été issues de calculs analytiques ou de simulations numériques a été réalisé tout en évitant d'avoir recours à des mesures. Ce modèle a donc un comportement prédictif puisque les données d'entrées sont pour la plus grande majorité uniquement géométriques. Il donne accès aux valeurs de tensions dans le bobinage et à l'amplitude des éventuels courants de paliers. Ce modèle peut alors servir d'outil d'aide à la conception des machines électriques en montrant les conséquences des choix de géométries.

In ophthalmic ultrasonography the crystalline lens is known to be the main source of phase aberration, as ultrasounds (US) propagate about 10% faster than in the surrounding intra-ocular medium. Hence, it impairs significantly both spatial and contrast resolution of axial B-scans, and in addition causes important distortion, especially on the ocular fundus.To deal with this issue and in view of the next coming of US arrays in ophthalmologic practice, we developed in this thesis an adapted beamforming (BF) free from crystalline lens aberration. It lies on a two point ray tracing approach to compute focusing delays that take into account crystalline lens aberrations including refraction at the interface. Initially developed considering a uniform US velocity in the lens, the adapted BF has been extended to consider the velocity gradient that exists in the real lens.In vitro and ex vivo results obtained with a 20 MHz linear array driven by a US research scanner (the ECODERM) are reported.; Milieu où les ultrasons se propagent environ 10% plus rapidement qu'au sein des tissus environnants, le cristallin est connu pour être la source majeure d'aberrations de phase du milieu oculaire. De fait, l'échographie ophtalmique trans-cornéenne est affectée par ses effets qui se manifestent sur les B-scans par une dégradation marquée de la résolution spatiale et du contraste, accompagnée de plus, d'importantes distorsions, particulièrement notables au niveau du fond de l’œil.Face à ce problème et en vue de l'arrivée prochaine de barrettes US HF dans la pratique ophtalmologique, un beamforming adapté a été développé au cours de cette thèse. Basé sur un lancer de rayon à 2 points fixes, il permet le calcul de délais de focalisation qui compensent les aberrations induites par le cristallin, en prenant en compte les effets réfractifs à son interface avec les humeurs.Les résultats obtenus in vitro et ex vivo avec une barrette 20MHz et un échographe de recherche (ECODERM) sont rapportés.

This study consist in the development of a high frequency insulated DC/DC converter based on GaN power devices. The goal is to increase significantly the power density in comparison with actual converter solutions. This thesis evaluate the GaN components performances to determine the best working conditions. Once the critical points highlighted, gate circuit topologies suitable for EPC GaN HEMT are studied and an integrated IC is designed and implemented. The overall layout of the card has an important role in terms of integration and EMC optimization, so it is discussed and routing rules are proposed. Finally, we study several power structures and implement them to verify proper operation and their compliance with specifications.; Le projet de cette thèse est de réaliser un convertisseur DC/DC isolé à haute fréquence de découpage basé sur la mise en œuvre de composants en GaN. Le but est d'augmenter très fortement les densité de puissance commutées par rapport aux solutions actuelles. Cette thèse mets en oeuvre les composants GaN afin de déterminer les meilleurs conditions de fonctionnement possible. Une fois les points critiques mis en avant, on étudie les structures de circuit de commande adapté pour les HEMT GaN d'EPC et un circuit intégré pour la commande est étudié et mis en oeuvre. Le layout global de la carte a un rôle important en termes d'intégration et d'optimisation CEM, il est donc discuté et des règles de routage sont proposées. Enfin, on étudie plusieurs structures de puissance et on les met en oeuvre pour vérifier le bon fonctionnement et le respect du cahier des charges.

This study consist in the development of a high frequency insulated DC/DC converter based on GaN power devices. The goal is to increase significantly the power density in comparison with actual converter solutions. This thesis evaluate the GaN components performances to determine the best working conditions. Once the critical points highlighted, gate circuit topologies suitable for EPC GaN HEMT are studied and an integrated IC is designed and implemented. The overall layout of the card has an important role in terms of integration and EMC optimization, so it is discussed and routing rules are proposed. Finally, we study several power structures and implement them to verify proper operation and their compliance with specifications., Le projet de cette thèse est de réaliser un convertisseur DC/DC isolé à haute fréquence de découpage basé sur la mise en œuvre de composants en GaN. Le but est d'augmenter très fortement les densité de puissance commutées par rapport aux solutions actuelles. Cette thèse mets en oeuvre les composants GaN afin de déterminer les meilleurs conditions de fonctionnement possible. Une fois les points critiques mis en avant, on étudie les structures de circuit de commande adapté pour les HEMT GaN d'EPC et un circuit intégré pour la commande est étudié et mis en oeuvre. Le layout global de la carte a un rôle important en termes d'intégration et d'optimisation CEM, il est donc discuté et des règles de routage sont proposées. Enfin, on étudie plusieurs structures de puissance et on les met en oeuvre pour vérifier le bon fonctionnement et le respect du cahier des charges.

In ophthalmic ultrasonography the crystalline lens is known to be the main source of phase aberration, as ultrasounds (US) propagate about 10% faster than in the surrounding intra-ocular medium. Hence, it impairs significantly both spatial and contrast resolution of axial B-scans, and in addition causes important distortion, especially on the ocular fundus.To deal with this issue and in view of the next coming of US arrays in ophthalmologic practice, we developed in this thesis an adapted beamforming (BF) free from crystalline lens aberration. It lies on a two point ray tracing approach to compute focusing delays that take into account crystalline lens aberrations including refraction at the interface. Initially developed considering a uniform US velocity in the lens, the adapted BF has been extended to consider the velocity gradient that exists in the real lens.In vitro and ex vivo results obtained with a 20 MHz linear array driven by a US research scanner (the ECODERM) are reported., Milieu où les ultrasons se propagent environ 10% plus rapidement qu'au sein des tissus environnants, le cristallin est connu pour être la source majeure d'aberrations de phase du milieu oculaire. De fait, l'échographie ophtalmique trans-cornéenne est affectée par ses effets qui se manifestent sur les B-scans par une dégradation marquée de la résolution spatiale et du contraste, accompagnée de plus, d'importantes distorsions, particulièrement notables au niveau du fond de l’œil.Face à ce problème et en vue de l'arrivée prochaine de barrettes US HF dans la pratique ophtalmologique, un beamforming adapté a été développé au cours de cette thèse. Basé sur un lancer de rayon à 2 points fixes, il permet le calcul de délais de focalisation qui compensent les aberrations induites par le cristallin, en prenant en compte les effets réfractifs à son interface avec les humeurs.Les résultats obtenus in vitro et ex vivo avec une barrette 20MHz et un échographe de recherche (ECODERM) sont rapportés.

The work during the thesis focused on the modeling and calculation of high frequency (HF) behavior in the power cables. These physical phenomena involved combining capacitive and inductive as well as the effects of skin and proximity effects. To account for this behavior, we use an approach based on equivalent circuits based on linear parameters that vary depending on the frequency approach. The determination of the equivalent circuit elements was performed by solving electrostatic problems and magnetoharmonic using the finite element method. Then we worked on the Transmission Lines Method (TLM) associated with a modal approach to determine the resonance frequencies of the system taking into account the interconnections to the ends of cable. We have implemented the above method for several types of electric cable: shielded wire, shielded 4 wires, three phases AC and finally the HVDC cable. The HF behavior of these cables has been studied using the developed approach.; Les travaux effectués pendant la thèse ont principalement porté sur la modélisation et le calcul du comportement haute-fréquence (HF) des câbles électriques. Ces phénomènes physiques mis en jeu combinent les effets capacitifs et inductifs ainsi que les effets de peau et de proximité. Pour prendre en compte de ces comportements, nous utilisons une approche basée sur des circuits équivalents à base aux paramètres linéiques qui varient en fonction de la fréquence. La détermination des éléments du schéma équivalent a été effectuée en résolvant des problèmes d'électrostatique et de magnétoharmonique en utilisant la méthode des éléments finis. Ensuite, nous avons travaillé sur la méthode des lignes de transport (TLM) associée à une approche modale pour déterminer les fréquences de résonance du système en prenant en compte les interconnexions aux extrémités du câble. Nous avons mis en œuvre la méthode ci-dessus pour plusieurs types de câble électrique : bifilaire blindé, blindé de 4 conducteurs, AC triphasée et enfin HVDC. Le comportement HF de ces câbles a été étudié en utilisant l'approche développé.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Ce papier décrit par méthode asymptotique, des phénomènes hautes fréquences à grande longueur de corrélation qui se développent dans des milieux élastiques Ω-périodiques réticulés. Le cadre classique de l'homogénéisation des milieux périodiques [Sanchez-Palencia, 1980] est basé sur le principe de séparation d'échelle exprimée sur une variable physique. En élasto-dynamique cette condition s'applique au déplacement et la séparation d'échelle est respectée si la longueur d'onde est très grande devant la taille de la cellule. Travailler à hautes fréquences implique un régime dynamique dans la période. Il n’y a donc plus séparation d'échelle au sens habituel. Cependant, [Craster et al, PRSA, 2010], un autre type de séparation d'échelle émerge lorsque l'amplitude d’un mode périodique local présente une grande longueur de modulation. Cette situation permet à nouveau un traitement par méthode asymptotique, qui conduit à l’équation gouvernant la modulation. Cette procédure à haute fréquence est appliquée tout d'abord à un système masse-ressort 1D, puis à des poutres réticulées dont la cinématique est plus riche. On établit dans ces deux cas des équations de modulations de différentes natures selon la multiplicité du mode, et dont les paramètres effectifs se déterminent à partir des caractéristiques modales. En raison de l'état dynamique interne, le nombre de cellules sur lesquelles le mode périodique est défini doit être spécifié et devient en conséquence un paramètre de la description, [Boutin et al, JASA, 2012]. Enfin des calculs par éléments finis menés indépendamment sur une poutre réticulée illustrent et confirment ces résultats théoriques.

In this thesis, we study the asymptotic properties of processes observed discretely in time, and with a round-off error, when both the time lag between two observations and the size of the round-off error go to 0. This thesis is divided into three parts; in the first one we recall some elements about semimartingale and the different kinds of convergences we will use. Chapter 2 is devoted to the study of p,q-variations for a 2-dimensional Brownian motion ; we find that two important parameters appear: the first is the quotient between the size of the round-off and the square root of the time lag and the second the covariance matrix associated with the brownian motion. We obtain different laws of large numbers, that depend whether the first parameter converges or diverges and whether this matrix is or is not invertible. When it is not, very different behaviours arise when the two components of the Brownian motion have a rational quotient and when it is irrational. In chapter 3 we deal with asymptotic p-variations of rounded-off semimartingales. We first prove laws of large numbers for either renormalized or non-renormalized p-variations, as well as a law of large numbers for 2-dimensional continuous semimartingales, using some results from chapter 2. In some cases, namely in the non-renormalized one, we also prove, with some unavoidable further assumptions on the semimartingale, a central limit theorem., Cette thèse porte sur l'étude des propriétés asymptotiques des p-variations de processus observés de manière discrète dans le temps et entachés d'une erreur d'arrondi en espace. Cette thèse comporte trois parties ; le chapitre 1 est consacré à des rappels sur les semimartingales et les types de convergences étudiés. Dans le chapitre 2, nous étudions les p,q-variations associées à un mouvement brownien bidimensionnel arrondi lorsque les pas de temps et d'espace tendent vers 0. Leur comportement dépend de deux paramètres : le premier est le rapport entre le pas d'arrondi et la racine du pas de temps, les résultats différant radicalement selon que ce paramètre converge ou diverge ; le second est la matrice de covariance associée au mouvement brownien. Lorsque celle-ci est inversible, le comportement des p,q-variations avec arrondi est une généralisation naturelle de celui des p-variations d'un brownien unidimensionnel arrondi. Lorsque par contre la matrice de covariance est dégénérée, les deux composantes du brownien sont proportionnelles et nous obtenons des lois des grands nombres très différentes selon que le rapport entre les deux est ou non rationnel. Le chapitre 3 s'intéresse au comportement asymptotique des p-variations d'une semimartingale arrondie. Nous montrons dans un premier temps des lois des grands nombres pour les p-variations renormalisées ou non renormalisées, ainsi qu'une généralisation à des semimartingales bidimensionnelles continues. Lorsque cela est possible, c'est-à-dire pour des p-variations non-renormalisées, nous prouvons ensuite des théorèmes centraux limites associés, au prix d'hypothèses supplémentaires sur la structure de la semimartingale.

With a small footprint and volumes and 99% efficiency the high frequency Planar transformers are solutions for major power conversion systems in power electronics. The objective of the study is to find Models to both simulate its behavior in a power electronics circuit and optimize its performance during its design. The proposed models take into account the physical and geometrical properties of the component. Validations are based on confrontation with measurements. Another strong motivation of this work is the numerical modeling must take into account both the effects of induced currents and parasitic capacitances, this level of modeling needs prohibitive sizes in terms of memory and computation time. Modeling (called LEEP) presented here is based on a intermediate scale discretization: turn by turn (conducting layer by conducting layer). It combines two analytical approaches already introduced by our team: the first deals with aspects electrokinetic (including induced currents) and magnetic and electrostatic aspects. Lumped circuits based on the method LEEC show a very good agreement with measurements up to 40 MHz. Software tools are also being developed to facilitate the achievement of these circuits either from the component description, or impedance measurements. In order to complete the modeling the capacitive behavior of any transformer is presented (historical development by our team is also shown in details). New experimental precautions and methodology for impedance measurements is detailed in this work. Other works aiming to extend the LEEC model are also shown.; Avec un encombrement minimal et rendement de 99% les transformateurs planars haute fréquence sont des solutions technologiques importantes pour les systèmes de conversion et de conditionnement de l’énergie électrique en électronique de puissance. L’objectif de l’étude consiste à rechercher un modèle du composant permettant à la fois de simuler son comportement dans un circuit d’électronique de puissance et d’optimiser ses performances lors de sa conception. Les modèles proposés prennent en compte les propriétés physiques et géométriques du composant. Les validations sont basées sur des confrontations avec les mesures. Une autre motivation forte de ce travail est que les modélisations numériques doivent prendre en compte simultanément les effets des courants induits et les capacités parasites, ce qui conduit, en haute fréquence, à des besoins prohibitifs en termes de capacité mémoire ou de temps de calcul. En se limitant aux transformateurs planar. La modélisation (dite LEEC) présentée ici s’appuie sur une discrétisation à échelle intermédiaire : spire par spire, c’est-à-dire couche par couche. Elle assemble deux approches analytiques déjà introduites par l’équipe : la première traite les aspects électrocinétiques (incluant les courants induits) et magnétiques et l’autre les aspects électrostatiques. Les circuits à constantes localisées basés sur la méthode LEEC montrent un très bon accord avec toutes les mesures jusqu’à 40 MHz. Des outils numériques sont aussi développés pour faciliter l’obtention de ces différents circuits en partant : soit de la description du composant, soit de mesures d’impédances. Pour compléter, la représentation des capacités d’un transformateur quelconque, développée en plusieurs étapes par l’équipe, est résumée et des précautions expérimentales originales appliquées à l’impédancemétrie sont exposées dans le détail. D’autres travaux visant à élargir le champ d’application de la méthode LEEC sont également présentés.

With a small footprint and volumes and 99% efficiency the high frequency Planar transformers are solutions for major power conversion systems in power electronics. The objective of the study is to find Models to both simulate its behavior in a power electronics circuit and optimize its performance during its design. The proposed models take into account the physical and geometrical properties of the component. Validations are based on confrontation with measurements. Another strong motivation of this work is the numerical modeling must take into account both the effects of induced currents and parasitic capacitances, this level of modeling needs prohibitive sizes in terms of memory and computation time. Modeling (called LEEP) presented here is based on a intermediate scale discretization: turn by turn (conducting layer by conducting layer). It combines two analytical approaches already introduced by our team: the first deals with aspects electrokinetic (including induced currents) and magnetic and electrostatic aspects. Lumped circuits based on the method LEEC show a very good agreement with measurements up to 40 MHz. Software tools are also being developed to facilitate the achievement of these circuits either from the component description, or impedance measurements. In order to complete the modeling the capacitive behavior of any transformer is presented (historical development by our team is also shown in details). New experimental precautions and methodology for impedance measurements is detailed in this work. Other works aiming to extend the LEEC model are also shown., Avec un encombrement minimal et rendement de 99% les transformateurs planars haute fréquence sont des solutions technologiques importantes pour les systèmes de conversion et de conditionnement de l’énergie électrique en électronique de puissance. L’objectif de l’étude consiste à rechercher un modèle du composant permettant à la fois de simuler son comportement dans un circuit d’électronique de puissance et d’optimiser ses performances lors de sa conception. Les modèles proposés prennent en compte les propriétés physiques et géométriques du composant. Les validations sont basées sur des confrontations avec les mesures. Une autre motivation forte de ce travail est que les modélisations numériques doivent prendre en compte simultanément les effets des courants induits et les capacités parasites, ce qui conduit, en haute fréquence, à des besoins prohibitifs en termes de capacité mémoire ou de temps de calcul. En se limitant aux transformateurs planar. La modélisation (dite LEEC) présentée ici s’appuie sur une discrétisation à échelle intermédiaire : spire par spire, c’est-à-dire couche par couche. Elle assemble deux approches analytiques déjà introduites par l’équipe : la première traite les aspects électrocinétiques (incluant les courants induits) et magnétiques et l’autre les aspects électrostatiques. Les circuits à constantes localisées basés sur la méthode LEEC montrent un très bon accord avec toutes les mesures jusqu’à 40 MHz. Des outils numériques sont aussi développés pour faciliter l’obtention de ces différents circuits en partant : soit de la description du composant, soit de mesures d’impédances. Pour compléter, la représentation des capacités d’un transformateur quelconque, développée en plusieurs étapes par l’équipe, est résumée et des précautions expérimentales originales appliquées à l’impédancemétrie sont exposées dans le détail. D’autres travaux visant à élargir le champ d’application de la méthode LEEC sont également présentés.

In this thesis we present a study of high frequency rotor power losses in permanent magnet synchronous machines. In case of time harmonic fields we have shown by an analysis and confirmed by 3D finite element calculation an anomaly of the segmentation rule of the magnet. Consequently, we have proposed algorithms of optimization of the magnet segmentation aiming the minimization of eddy current losses, with a simple criterion on influence of the skin effect in losses calculation in high frequency. In the second part of the theses we have analyzed the rotor power losses dues to the stator slot harmonics. In case of homogeneous field we have proposed an analytical formulation taking into account machine’s geometrical parameters. We have then tested this model with aid of the finite element calculation. The analytical model gives acceptable results in absence of the skin effect in long magnets, but its application in laminated steels hasn’t proved successful., Dans cette thèse nous présentons une étude des pertes de puissance en haute fréquence dans les rotors des machines synchrones à aimants permanent. Dans le cas des champs harmoniques temporels au rotor, nous avons montré par calcul éléments finis en 3D que la règle de segmentation des aimants présente une anomalie. Par conséquent, nous avons développé une étude sur l’efficacité de la segmentation à deux dimensions des aimants permanents, avec l’optimisation de la de segmentation des aimants afin de minimiser les pertes par courants de Foucault. Un simple critère est proposé mettant en évidence l’influence de l’effet de peau dans le calcul des pertes à haute fréquence. En deuxième lieu nous avons étudié les pertes rotoriques dues à la modification du champ fondamental par la denture statorique, Dans ce but nous avons proposé un modèle analytique représentant cette modification par un champ homogène dans une maquette 2D/3D. Ce modèle met en évidence l’influence des paramètres géométriques de la machine sur les pertes de puissance dans le rotor. Il était validé par calcul en éléments finis dans une couche mince. Le modèle analytique a donné les résultats acceptables en absence de l’effet de peau dans le cas des aimants longs. Par contre il reste à améliorer pour le calcul de pertes par denture dans les tôles du rotor.

National audience; L'imagerie micro acoustique haute fréquence traditionnelle (10MHz - 1GHz) atteint ses limites lorsqu'il est nécessaire de faire une observation à travers des couches atténuantes ou de fortes épaisseurs en gardant une fréquence élevée pour une bonne résolution. L'objectif de ce papier est de présenter une nouvelle méthode d'acquisition et de traitement du signal afin d'imager avec une grande résolution les défauts d'une interface enterrée et d'en reconstruire sa topographie ainsi que des délaminations éventuelles. Cette méthode comporte les étapes spécifiques suivantes, ajoutées à celles du microscope acoustique traditionnel : - Assistance à l'optimisation de la focalisation par simulation théorique de la propagation des ondes (du capteur focalisé jusqu'au matériau multicouches). - Numérisation directe du signal ultrasonore jusqu'à des fréquences d'échantillonnage de 8 giga échantillons par seconde. - Détermination par calcul du signal et de son spectre fréquentiel en module et en phase. - Compensation de l'inhomogénéité d'épaisseur de la couche (boursoufflures dues à l'endommagement, défauts de fabrication de la couche…) par recalage temporel des échos. - Réalisation d'images de module et phase avec sélection temporelle du signal acoustique. - Réalisation de films de reconstruction 3D à partir des informations numériques. Les objets examinés dans le cadre de cette communication sont d'une part des couches de polymères de plusieurs dizaines de microns d'épaisseur sur substrat dur et d'autre part des circuits électroniques de puissance avec semelle épaisse en cuivre et des empilements de substrats conducteurs ou non avec des circuits microélectroniques en silicium. Deux types de résultats (images de 50 microns par 50 microns et plus ainsi que des films de reconstruction 3D) seront présentés, issus des mesures effectuées à l'aide de capteurs ultrasonores focalisés ayant des fréquences de fonctionnement entre 50 MHz et 600 MHz.

National audience; Dans cet exposé, nous présenterons une nouvelle méthode de résolution du problème de diffraction multiple par des cylindres circulaires, en particulier dans le cas où la longueur d'ondes est petite devant la taille caractéristique des cylindres. En effet, il est bien connu que ce régime induit d'importantes difficultés numériques, notamment parce qu'il conduit à la résolution de systèmes linéaires de grande taille. Dans l'approche proposée, le champ diffracté est obtenu en résolvant une équation intégrale via une projection dans une base de Fourier. Nous proposerons une méthode de résolution robuste et efficace, obtenue en combinant une troncature judicieuse des séries de Fourier et un solveur itératif avec préconditonneur de type Krylov (GMRES) exploitant certaines propriétés remarquables de la matrice du système (Matrice Toeplitz). Enfin, nous présenterons des exemples de simulation numérique pour la diffraction multiple à haute fréquence par des configurations aléatoires de disques.

National audience; L’évolution de l’imagerie médicale haute résolution est fortement liée aux développements et à l’amélioration des transducteurs ultrasonores haute fréquence. Aujourd’hui, les technologies de films épais piézoélectriques (correspondant à des épaisseurs de quelques dizaines de micromètres) permettent de délivrer des performances électromécaniques comparables à celles des céramiques massives standard. Ces films épais sont intégrés dans des structures multi-couches, en utilisant différentes méthodes de dépôt, ce qui simplifie le procédé de fabrication des transducteurs. Toujours dans l’objectif de minimiser les étapes de fabrication des transducteurs, un substrat en PZT poreux est directement utilisé comme backing. A des fréquences de fonctionnement autour de 30 MHz et au-delà, la caractérisation et la modélisation de ces transducteurs restent délicates car la précision requise en termes de résolution spatiale est élevée (de l’ordre de quelques micromètres). Dans ce cadre, deux transducteurs haute fréquence, un plan et un incurvé (respectivement basés sur des films épais piézoélectriques déposés par sérigraphie et tamponnage), avec une fréquence centrale à 30 MHz, ont été fabriqués. Ils ont ensuite été modélisés par une méthode numérique hybride (FD-PSTD) [1] adaptée pour les configurations axisymétriques. Cet algorithme couple les méthodes par différences-finies et pseudospectrale permettant de modéliser la génération et la propagation des ondes acoustiques dans un transducteur et son environnement. Les résultats théoriques ont été comparés avec les déplacements expérimentaux mesurés à la surface des transducteurs (par interférométrie LASER) et les caractéristiques du champ de pression rayonné (mesures effectuées avec un hydrophone haute-fréquence). Les comparaisons satisfaisantes entre ces résultats ont permis d’étudier l’influence de certains paramètres de fabrication (comme les propriétés des électrodes) dans le but d’optimiser les performances des transducteurs. [1] E. Filoux et al. , “Modeling of Piezoelectric Transducers with Combined Pseudospectral and Finite-Difference Methods”, Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 123(6), pp. 4165-4173, 2008

Ce travail présente une étude de la dynamique interfaciale de gouttes oscillantes dans une plage étendue de fréquences, en particulier dans le domaine des hautes fréquences. Nous avons développé une méthode de caractérisation de la dynamique des oscillations de gouttes, en présence d’un forçage externe imposé, sous la forme de variations de volume périodiques de faible amplitude sur une goutte attachée à l’extrémité d’un capillaire. Cette méthode permet d’identifier les modes d’oscillation des gouttes et d’en mesurer les fréquences et les taux d’amortissement. Cette méthode a été appliquée à différents systèmes liquide-liquide, en l’absence ou en présence de surfactants. Dans ce dernier cas, elle permet d’évaluer l’effet du comportement viscoélastique des interfaces sur la dynamique des oscillations. Ainsi 3 types d’interfaces ont été identifiés. Pour les interfaces de premier type (heptane/eau sans ajout de surfactant), chaque mode propre est modélisé par un oscillateur linéaire peu amorti. Les fréquences propres et les taux d’amortissement sont bien prédits par la théorie linéaire. Les interfaces de types 2 et 3 sont obtenues en ajoutant du pétrole brut à la phase dispersée. Les surfactants naturellement présents dans le pétrole (asphaltènes, résines) s’adsorbent à l’interface et lui confèrent des propriétés viscoélastiques. Pour les interfaces jeunes (type 2, moins de 20 minutes de vieillissement), les fréquences propres mesurées restent bien prédites par la théorie, qui considère des interfaces non contaminées, tandis que les taux d’amortissement sont de loin supérieurs aux valeurs théoriques. D’autre part, les interfaces vieillies (type 3) présentent des modes propres différents avec des fréquences de résonance supérieures à celles des interfaces jeunes. Dans ce cas, la dynamique de l’interface à haute fréquence est régie par l’élasticité du réseau formé par les espèces amphiphiles du pétrole brut. Les oscillations libres d’une goutte en ascension dans une phase externe stagnante, pour un système liquide-liquide sans ajout de surfactants, ont été étudiées. Les valeurs mesurées de la fréquence d’oscillation des 4 premiers modes sont en adéquation avec la théorie linéaire. Cependant les valeurs mesurées du taux d’amortissement sont très élevées par rapport aux valeurs théoriques, pour une interface non contaminée. En effet, des espèces résiduelles adsorbées à l’interface provoquent l’apparition d’un gradient de tension interfaciale par effet Marangoni et par suite une production de vorticité plus intense dans les couches-limites, ce qui conduit à l’augmentation de l’amortissement des oscillations.

The reliability of electric motors is one of the main objectives of any electric motor manufacturer. During the last 20 years, the supply of traction motors with power electronic drives has given the possibility of torque control at any rotational speed. By using these drives and the PWM control, the asynchronous motors, have become low cost and very reliable alternatives to recent past DC motors. The disadvantage of the power electronic drives is that the high dV/dt fronts are applied to the motors. These fronts excite the parasitic couplings in the motors, so that stray currents can flow trough no expectable part of the motor as bearings. With this, it has been noticed an increase in fault rate on electric motors. The aim of this work is to develop an analytical model, usable from the design stage of the motor, which predicts the type and quantity of bearing currents that are likely to occur., La fiabilité est l'un des principaux objectifs de tout fabricant de moteurs électriques. Au cours des 20 dernières années, l'apparition de l'électronique de puissance dans la partie alimentation es moteurs électriques de traction a donné la possibilité de contrôle de couple à toute vitesse de rotation. En utilisant ce type d'alimentation pour les moteurs asynchrones, ceux-ci sont devenus une alternative à coût réduit et très fiable aux moteurs synchrones utilisés auparavant dans la traction. L'inconvénient de l'électronique de puissance, c'est que des fronts dV/dt sont appliqués aux moteurs. Ces fronts excitent les couplages parasites dans les moteurs, de sorte que les courants vagabonds peuvent circuler dans le moteur, et passer par les roulements. Cela amène à une augmentation du taux de défaillance. L'objectif de ce travail est de développer un modèle analytique, utilisable à partir de la phase de conception du moteur, qui permet de prévoir le type et la quantité des courants qui sont susceptibles de se produire.