Approche temporelle de la simulation et de la caractérisation des transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés

Les transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés sont aujourd'hui une nouvelle alternative à la transduction d'ondes ultrasonores. En comparaison avec la technologie piézo-électrique, ils offrent des potentialités en termes de production, de miniaturisation et d'intégration d'une électronique associée mais aussi en termes de performances. Néanmoins,leur mise en œuvre n'en est encore qu'à ces balbutiements et la compréhension de leurs comportements nécessite d'être approfondie. C'est dans ce cadre que s'inscrit le présent travail de thèse. Nous proposons, dans un premier temps, à l'aide d'un modèle numérique basé sur une mécanique linéaire de plaques multicouches, d'étudier l'effet des contraintes initiales sur le comportement statique. Dans un second temps, l'impact de la non-linéarité de la dynamique d'une cellule, puis d'un réseau de cellules, est étudiée en s'appuyant à la fois sur des mesures d'interférométrie et sur un modèle temporel intégrant les effets du fluide. Enfin, nous proposons une optimisation de l'excitation et l'utilisation de ces dispositifs en régime forcée pour la génération d'onde basse fréquence dans l'air et dans l'eau.Capacitive tvIicromachined Ultrasound Transducers (cMUTs) are today a new alternative for the generation of ultrasonic waves. Compared lo the piezoelectric technology, theyoffer some potentialities in terms of reliability, production, miniaturization and electronicintegration but also in term of acoustic performance. Nevertheless, their implementationis relatively new and the understanding of their static and dynamic behaviors needs to bestudied further. This is in this context that this PhD is developed. We propose, in a firsttime, with the help of a numeric model based on the linear mechanic theory of multilayeredplates, to study the impact of initial stresses on the static behavior. In a second time, the impact of the nonlinearity on the dynamic of the cell first, and a cell array next, is studiedwith the help of a temporal model and measurements made by laser interferometry both.Finally, thanks to this dynamic study, a new operation mode of cMUTs is identified andverified. This one is based on the use of forced regime in air and water of these device togenerate low frequencies ultrasonic waves.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

Réalisation d'un capteur intégré optique et microfluidique pour la mesure de concentration par effet photothermique

Ce travail s'inscrit dans le contexte du retraitement du combustible irradié dans l'industrie nucléaire. La gestion du combustible usé fait partie des enjeux majeurs de l'industrie nucléaire aujourd'hui. Ses vastes implications sont de nature économique, politique et écologique. Puisque le combustible irradié contient 97 % des matières valorisables, de nombreux pays ont choisi de retraiter le combustible, non tant pour des raisons économiques que pour le besoin de réduire la quantité en déchets radiotoxiques. Le procédé de séparation le plus répandu est connu sous le nom PUREX et consiste à diluer le combustible dans une solution d'acide nitrique afn d'en extraire les matières valorisables, comme notamment l'uranium et le plutonium. Le procédé est soumis à des strictes contrôles qui s'effectuent au présent par prélèvement et analyse manuel des ux radiotoxiques. Il n'existe cependant peu d'outils pour la supervision du procédé en ligne. Ces travaux visent alors à développer un capteur adapté à cet environnement de mesure à la fois acide et ionisant. Les verres borosilicates étant répandus pour leur inertie chimique, nous proposons l'étude d'un capteur optique fondé sur le substrat de verre Boro oat 33 de Schott. Le capteur étudié et réalisé a été fabriqué grâce à deux technologies différentes : l'optique intégrée sur verre par échange d'ions pour la fabrication de fonction de guidage optique, et la micro uidique pour la gestion des flux acides au sein du capteur. L'approche optique permet de répondre aux besoins de polyvalence, de sensibilité et d'immunité au rayonnement électromagnétique. La micro uidique permet, quant à elle, de travailler sur des très faibles volumes d'échantillon, réduisant ainsi la radiotoxicité des flux d'analyse. Le principe de mesure du capteur repose sur l'effet photothermique, induit dans le fluide par absorption optique d'un faisceau laser d'excitation. L'absorption entraîne un changement de l'indice de réfraction du fluide qui est sondé par un interféromètre de Young, intégré sur la puce. Le volume sondé au sein du canal était de (33,5 +- 3,5) pl. Le changement d'indice de réfraction à la limite de détection était de n_min = 1,2 . 10 6 , nous permettant de détecter une concentration minimale de cobalt(II) dans de l'éthanol de c_min = 6 . 10 4 mol/l, équivalent à un coefficient d'absorption de alpha_min = 1,2 . 10 2 cm 1. À la limite de détection du capteur, une quantité de N_min = (20 +- 2) fmol de cobalt(II) peut être détectée. La longueur d'interaction était de li = 14,9 m et par conséquent l'absorbance minimale détectable égal K_min = (1,56+-0,12).10 5.This work has been done in the context of fuel reprocessing in the nuclear industry. In fact, the handling of nuclear waste is one of the major issues in the nuclear industry. Its implications reach from economical to political to ecological dimensions. Since used nuclear fuel consists of 97 % of recyclable substances, many countries have chosen to reprocess used fuel, not only for economical reasons but also to limit the quantity of nuclear waste. The most widely employed extraction technique is the PUREX process, where the used fuel is diluted in nitric acid. The recyclable compounds can then be extracted by solvent techniques. Such processes need to be monitored crucially. However, nowadays, the process supervision is carried out by manually sampling the radioactive uents and analyzing them in external laboratories. Not only prone to potential risks, this approach is little responsive and produces radiotoxic samples that cannot be reintroduced in the nuclear fuel cycle. In this study, we therefore present the development of a micro uidic glass sensor, based on the detection of a photothermal e ect induced in the sample uid. Micro uidics allows uid handling on a microliter-scale and can therefore significantly reduce the sample volume and thereby the radiotoxcicity of the analyzed uids. Photothermal spectrometry is well suited for small-scale sample analysis, since its sensitivity does not rely on the length of optical interaction with the analyte. The photothermal e ect is a local refractive index variation due to the absorption of photons by the analyte species which are contained in the sample. On the sensor chip, the index refraction change is being sensed by an integrated Young interferometer, made by ion-exchange in glass. The probed volume in the channel was (33.5 +- 3.5) pl. The interferometric system can sense refractive index changes as low as n_min = 1.2 . 10 6 , allowing to detect a minimum concentration of cobalt(II) in ethanol c_min = 6 . 10 4 mol/l, which is equivalent to an absorption coefficient of alpha_min = 1.2 . 10 2 cm 1 . At the detection limit, we could sense an absolute quantity of cobalt(II) of N_min = (20 +- 2) fmol. The interaction length between the excitation light and the sensing zone was li = 14.9 m leading to a minimum detectable absorbance of K_min = (1.56 +- 0.12) . 10 5 .SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Micro-usinage de fibres optiques avec un laser CO₂

Le mandat initial de ce projet de maîtrise visait l'élaboration de procédures de microusinage de fibres optiques à l'aide d'un laser C0₂ puisé. L'efficacité d'usinage d'une fibre optique a d'abord été mise en évidence via l'étude théorique des phénomènes engendrés par l'absorption du rayonnement infrarouge. Suite à une caractérisation spatiale et temporelle du système laser, des méthodes sans contact de dégainage, de clivage et de polissage ont été mises sur pied en exploitant les propriétés uniques du rayonnement à 10,6/xm. Des fibres optiques de silice, de ZBLAN et de verre de chalcogénure ont toutes trois été soumises à ces procédures de micro-usinage. En définitive, l'étude de l'interaction entre un laser CO₂ et des réseaux de Bragg a permis de mettre en lumière quelques applications intéressantes

Techniques de modélisation, d'analyse et de caractérisation tempo-fréquentielle des circuits d'interconnexion rapides et multiports

Analyse fréquentielle des lignes de transmission couplées et non uniformes -- Analyse transitoire non linéaire des lignes de transmission couplées et non uniformes -- Mesure et caractérisation linéaires des circuits micro-ondes multiports -- Mesure temporelle et caractérisation non linéaire des circuits micro-ondes multiports

Etude analytique, numérique et expérimentale des effets de rugosités d'interfaces dans une structure métal/colle/métal sur les ondes SH

Analysing the elastic wave propagation in rough plates opens the way to several applications such as the health monitoringof materials in industrial sectors (aeronautics, automotive, aerospace,..). The study here in using shear horizontal waves(SH), focuses on the effects of roughness at the interfaces of a bi-layered structure which consists of two isotropic platesadhesively bonded using a thin layer of glue (the interfaces between the adhesive layer and the two plates are roughenedto improve adhesion), the plates being not necessarily of the same nature. The aim of this study is to characterize thisroughness and beyond to analyze its influence on the quality of bonding. The roughness may have any profile; thoseconsidered here are either periodic or pseudo-random. The approaches used are analytical, numerical and experimental. The analytical approach, based on the integral formulation developed for SH-wave propagation, is used to determine the fields of displacements and stresses in both plates. The numerical finite element analysis using the COMSOL software gives the transmission coefficients. In the experimental study, shear waves piezoelectric transducers are used for the emission and a laser vibrometer for the reception; the final aim being to generate and to identify the modes propagating in the studied structures, and to evaluate their behavior depending on the roughness. The displacement and stress perturbation maps, and transmission coefficients are presented in the presence of roughness, with or without phase-matching.L’étude de la propagation des ondes élastiques dans des plaques présentant des défauts en surface ou en volumetrouve sa place dans divers domaines industriels (aéronautique, automobile, aérospatial,…) pour le contrôle de l’état de santé des matériaux. L’étude menée ici en ondes transversales horizontales (SH) porte plus particulièrement sur les effets de rugosité aux interfaces d’une structure tri-couche, deux plaques isotropes collées par une couche mince de colle (les interfaces entre la couche de colle et les deux plaques sont rendues rugueuses pour améliorer l’adhésion), les plaques n'étant pas obligatoirement de même nature. L’objectif à terme est de caractériser cette rugosité et par-delà d'analyserson influence sur la qualité de collage. Les rugosités peuvent être quelconques ; celles considérées ici sont soit périodiques, soit pseudo-aléatoires. Les approches retenues sont analytiques, numériques et expérimentales. L’approche analytique basée sur une formulation intégrale adaptée à la propagation en ondes SH est utilisée pour déterminer les champs de déplacements et de contraintes dans les deux plaques. L’étude numérique par éléments finis qui utilise le logiciel COMSOL donne les coefficients de transmission. L’étude expérimentale met en oeuvre des transducteurs piézoélectriques à ondes transversales pour l’émission, et un vibromètre laser en réception, l’objectif étant de générer et d’identifier les modes propagatifs dans les structures étudiées, et d’évaluer leur comportement selon le type de rugosité.Les résultats et comparaisons portent sur les champs (déplacement-contrainte) et les coefficients de transmission enprésence de rugosité, avec ou non accords de phase lorsque des périodicités apparaissent sur les profils de rugosité

Etude expérimentale paramétrique des propriétés et transitions de l'écoulement intra-cavitaire en cavité ouverte et contrôle de l'écoulement

This work is devoted to the characterization of the dynamic inside an open cavity flow, for which few experimental studies exist. A control of the flow has been also investigated. We have performed a parametric study of the first and second regime of the flow for which Taylor-Görtler vortices type appear. Bifurcation thresholds have been identified and their systematic supercritical nature has been highlighted. We have also showed that different family of propagating or stationary modes can be selected depending on the geometry of the cavity. This has confirmed predictions obtained by linear stability analysis of the base flow in the literature. We have showed that the second regime results from the superposition of left and right propagating waves. We attended to identify coefficients of the complex coupled Ginzburg-Landau equations that describe the dynamics but the values of the coefficients are sensitive to multiple parameters. A control of oscillations of the shear layer has been achieved by the mean of a plasma actuator with dielectric barrier discharge located upstream of the cavity. Locked regimes have been identified by the analysis of the flow response to a periodic perturbation with different amplitude. Finally, we have performed a closed loop control of the oscillations of the shear layer using a delay feedback control law proposed by Pyragas in the context of chaotic dynamical systems.Ce travail porte sur la caractérisation de la dynamique intra-cavitaire en cavité ouverte, dont il existe peu d'études expérimentales, ainsi que sur le contrôle de cet écoulement. Nous avons réalisé une étude paramétrique des régimes primaire et secondaire de l'écoulement dans lesquels des structures de type Taylor-Görtler apparaissent. Nous avons identifié les seuils de bifurcation et montré leur nature systématiquement supercritique. Nous avons également montré que différentes familles de modes propagatifs ou stationnaires pouvaient être sélectionnées en fonction de la géométrie de la cavité. Cela a confirmé des prédictions réalisées dans des analyses de stabilité linéaire de l'écoulement de base. Nous avons montré que le régime secondaire résulte de la superposition d'ondes propagatives gauche et droite. Une tentative d'identification des coefficients des équations complexes couplées de Ginzburg-Landau décrivant cette dynamique a été conduite mais la sensibilité des coefficients à de multiples paramètres n'a pas permis d'obtenir des coefficients physiquement acceptables. Un forçage des oscillations de la couche cisaillée a été entrepris à l'aide d'un actionneur plasma froid à décharge à barrière diélectrique placé en amont de la cavité. L'analyse de la réponse de l'écoulement à un forçage périodique d'amplitude variable a permis d'identifier des plages d'accrochage en fréquence. Enfin, nous avons réalisé un contrôle en boucle fermée des oscillations de la couche cisaillée à l'aide d'une loi de contrôle à retard proposée par Pyragas dans le cadre des systèmes dynamiques chaotiques

Accord de phase et quasi-accord de phase en génération d'harmoniques d'ordres élevés (effet de la pression et du guidage laser)

L'interaction d'une impulsion laser intense (~10 W /cm ) et de courte durée (femtoseconde) avec un gaz rare induit une polarisation hautement non-linéaire dans le domaine spectral XUV; les harmoniques d'ordre élevés. En raison des propriétés spécifiques du rayonnement harmonique et de ses applications, cette thématique est particulièrement riche et fertile. La production efficace d'harmoniques d'ordres élevés repose à la fois sur la réponse non-linéaire de l'atome unique et un comportement collectif.Le fil directeur des études présentées dans cette thèse est la compréhension et le contrôle de l'accord de phase ou du quasi accord de phase en présence d'une ionisation substantielle du gaz générateur. Dans ce contexte, nous montrons l'importance de la longueur de cohérence sur l'accord de phase en génération d'harmoniques. Nous étudions sa dépendance en fonction de la focalisation du laser, de la pression mais aussi sa dépendance temporelle liée à l'ionisation, effet que nous avons mis en évidence lorsqu'on a cherché à optimiser une double impulsion harmonique. Le travail de développement, sur la station LASERIX, de la source à double impulsion harmonique générée à partir d'un même milieu gazeux et avec un délai picoseconde variable est présenté. Cette source possède un véritable potentiel d'applications scientifiques, injectée dans un milieu amplificateur plasma qu'on appelle laser X, la double impulsion permettra de sonder la réponse temporelle de ce type de milieu. Par ailleurs, des expériences et des simulations menées sur la génération d'harmoniques en propagation guidée visent ainsi à étendre les spectres harmoniques vers les courtes longueurs d'ondes, zone spectrale pour laquelle le laser X à plasmas est émis. Ceci donnera l'accès à une source offrant des caractéristiques complémentaires des lasers X, sources développées en parallèle sur la station LASERIX.The interaction of an intense laser pulse of short duration with a rare gas induces a highly non-linear polarization in the XUV spectral range: the high order harmonics. Due to the specific properties of the harmonic radiation and its applications, this issue is particularly rich and fertile. The efficient production of high order harmonics is based both on the non-linear response of the single atom and on collective behavior.The principle of the research presented in this thesis is the understanding and control of phase matching or quasi-phase matching in the presence of substantial ionization in the generating gas. In this context, we show the importance of the coherence length on the phase matching in High harmonic generation. We study its dependence on laser focusing, pressure but also its time dependence related to ionization. Moreover, experiments and simulations aim at extending harmonic spectra towards shorter wavelengths, a spectral range for which the X Ray Laser is emitted. This will give access to a source with complementary characteristics as regards to X-ray lasers. This source shall be developed in parallel on the LASERIX station or injected in soft X-ray laser amplifiers.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Détection des variations de synchronies : application aux signaux électroencéphalographiques en épilepsie

Ce projet de recherche a pour principal objectif l'étude des signaux bioélectriques cérébraux chez les patients souffrant d'épilepsie, dans le but d'extraire des informations qui permettent de détecter et prédire les crises sur une fenêtre de temps raisonnable, de l'ordre de quelques minutes avant la crise. Les signaux électroencéphalographiques (ou EEG) sont des mesures de potentiel électrique acquises généralement à la surt'ace du scalp ou dans le cerveau grâce à des électrodes intracrâniennes, dans une investigation clinique préopératoire chez certains patients épileptiques. Au cours des 5 dernières années, plusieurs approches du domaine du traitement du signal (et de l'information) ont été développées pour analyser le contenu informationnel des EEG durant la période précédent la crise. La prédiction fiable et robuste d'une crise à partir des ces signaux demeure un problème non-résolu dont on propose ici un élément de solution basé sur les systèmes dynamiques non linéaires. La prédiction des crises d'épilepsie permet d'envisager des interventions médicamenteuses ou comportementales qui enrayent la progression vers la crise. 11 est donc nécessaire de bâtir un système de traitement du signal pour extraire, dans une fenêtre de temps inférieure à une heure, les signes avant-coureurs d'une crise. Après une recherche bibliographique sur les travaux les plus récents dans le domaine, on propose d'analyser les signaux EEG dans leur représentation temps-fréquence obtenue par une transformée en ondelettes analytiques. On met ici l'accent sur les variations de synchronies inter-électrodes en développant une approche globale sur l'ensemble de tous les canaux. La méthodologie suivie pour mesurer les synchronies consiste à les détecter dans le plan temps-fréquence et à les quantifier avec un indice de 'phaselocking'. Après validation, la méthode est appliquée aux données réelles: des signaux EEG intracrâniens chez 5 patients. Pour quantifier les variations de synchronies entre les électrodes, plusieurs mesures ont été étudiées. Ces mesures de variations de synchronies sont mises en correspondance avec les signes cliniques du décours temporel des signaux EEG. Nous avons trouvé que certains signes cliniques correspondent à des variations de synchronies. En particulier, nous avons trouvé que TÉnergie de crêtes' permet de détecter le début de la crise avec une grande précision. Nous avons également trouvé que la synchronie permet de mesurer des variations pré-ictale mais qu'elle ne constitue pas un indice suffisant pour prédire la crise. L'évaluation est faite en collaboration avec des neuro-cliniciens spécialistes en épilepsie au Montréal Neurological Institute (MNI)

Modélisation de la propagation de l'impulsion électrique dans un modèle de tissu cardiaque tridimensionnel

Excitation cardiaque normale -- Arythmie cardiaque -- Historique de la modélisation de la propagation -- Modélisation de la propagation -- Modélisation de la réentrée -- Méthodes -- Modèle membranaire -- Modèle de propagation -- Solution générale -- Algorithme de solution -- Simulation de la propagation -- Simulation de la réentrée dans un modèle de tissu bidimensionnel -- Simulation de la réentrée dans un modèle de tissu tridimensionnel

Etude spectroscopiques et cinétiques des états singulets métastables (a1Pi g, a1'Sigma u- et w1Delta u) de l'azote moléculaire

Le travail, exposé dans ce manuscrit, porte sur l'excitation multiphotonique des premiers états singulets métastables du gaz azote, la bande LBH, Lyman-Birge-Hopfield, émettant dans le domaine des UVL. Ce type d'études des données de base des plasmas réactifs se révèle fondamental afin de comprendre la physique mais aussi les processus mis en œuvre dans des milieux complexes comme une décharge mono-filamentaire (MF-DBD). Un dispositif d'excitation sélective par fluorescence induite par absorption à deux photons laser (TaLiF) a été utilisé pour peupler sélectivement les états d'énergie correspondant. L'influence de la température et de sa disparition a été réalisé à la fois sur une large gamme de températures et de pression. Des lois de variation des fréquences de disparition à deux corps ont été déterminées et montrent une dépendance forte des constantes de réaction en fonction de la température. A partir d'un seuil d'enregistrement, notre dispositif limite l'exploitation du signal (Delta t= 5ns) et le condense dans les premiers canaux pollué par le flash laser de la TaLiF. Enfin, l'influence de l'ajout du dioxygène et l'influence de la température sur le système (N2-02}) a été étudié. Le dioxygène réduit le couplage entre les états singulets et la diminution de la température renforce le couplage entre les états singulets. En conclusion, ces études ont permis d'interpréter certaines mesures effectuées dans les décharges mono-filamentaires (ICPIG 2009). Des taux réactionnels de disparition de l'état singulets ont été données. Un schéma cinétique montrant le couplage fort des trois états singulets peut être envisagé.The work focuses on multiphoton excitation of the first singlet metastable states of nitrogen gas, the band LBH, Lyman-Birge-Hopfield, emitting in the Vaccum UV. This type of study baseline plasma reactive proves essential to understand the physical but also the process used in complex environments such as a mono - filament discharge (MF-DBD). A device for selective excitation induced fluorescence absorption at two laser photons (TaLiF) was selectively used to populate the corresponding energy states. The influence of temperature on the formation of the molecular state and its disappearance was performed both on a wide range of temperatures and pressure. The laws of variation of frequency of disappearing two bodies have been determined and show a high dependence of the constants depending on the reaction temperature. From a recording threshold, our system limits the use of the signal (delta t= 5ns) and condenses in the first channels polluted by the Talif flash laser. Finally, the influence of the addition of oxygen and the influence of temperature on the system (N2-02) has been studied. The oxygen reduces the coupling between the singlet and the decrease in temperature increases the coupling between the singlet states. In conclusion, these studies have interpreted some measurements in mono-filament discharge (ICPIG 2009). The reaction rate of disappearance of the singlet state have been given. A kinetic diagram showing the strong coupling of the three singlet states can be considere