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Département Capteurs Composants SystèmesALRAMMOUZ Rouba Conception et réalisation d’un système de détection de gaz à faible coût sur substrat flexible ........................................................................................................... 6

AVRIL Florian Contribution à la réalisation d’un supercondensateur à base de graphene ..........7

BAUDRY Florian Étude et réalisation d’acceléromètres thermiques d’étendue de mesure et bande passante supérieures à 10 000G et 5KHZ respectivement .........................8

BELAIZI Yassin Modélisation et conception de capteurs RFID en bande HF et UHF application au diagnostic médical/agroalimentaire .....................................................................9

CHRIFI ALAOUI Meriem Caractérisation ultrasonore haute fréquence de distances inter-plaques au sein d’un réacteur à haut flux ............................................................................................10

DESGARCEAUX Rudy Réalisation de nano-cylindres et nano-cones biréfringent pour expériences en pince optique .............................................................................................................11

DUTRIEUX Sylvain Conception d’un implant instrumenté in vivo et du système de détection associé pour prothèse orthopédique ....................................................................................12

GATSA Oleksandr Development of acoustic sensors for the extension of measurements to high temperature in an experimental reactor ..................................................................13

MEGHIT Afaf Étude et conception de matériaux sensible pour la réalisation de capteurs d’humidité et de gaz dédiés au diagnostic médical et agroalimentaire ..............14

MICHELETTI Andrea H+ELSI ........................................................................................................................15

MOGRANE Mohamed Viscosimetrie ultrasonore large bande ....................................................................16

SAIKOUK Hajar Microscopie acoustique haute résolution pour l’imagerie de l’interface pastille-gaine dans un crayon combustible .............................................................17

VAUTHELIN Alexandre Étude de cellules photovoltaïques à base d’antimoniures pour applications aux fortes concentrations solaires ...................................................................................18

Département Photonique et OndesALCHAAR Rodolphe Photodétecteurs à superréseaux INAS/GASB pour le très lointain infrarouge (VLWIR) ........................................................................................................................20

BOMERS Mario Functionalized semiconductor metamaterials and plasmonics for high sensivity chemical and bio-sensing ........................................................................................21

CHAMASSI Kaïm Détecteur de gaz multi-espèces par mesure photo-acoustique à effet capacitif ......................................................................................................................22

CHOMET Baptiste Développement et intégration de capteurs lasers à nanostructures III-V dans le proche - et moyen-IR pour la télémétrie et l’analyse de gaz .................................23

DARDAILLON Rémi Applications des fibres optiques pour environnements sévères : amplification et dosimétrie .......................................................................................24

SOMMAIRE CSI 2017

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DELORME Olivier Étude de l’incorporation de Bismuth lors de l’épitaxie par jets moléculaires de matériaux antimoniures .............................................................................................25

DIOUF Isidore Étude, réalisation et caractérisation d’un système de communication THZ ........26

HAMMOUD Mohamad Charge par induction de véhicules électriques : analyse du potentiel, limitations, nouveaux concepts ................................................................................27

LOGHMARI Zeineb Génération d’onde THZ par différences dans un laser à cascade quantique à base d’INAS/ALSB .....................................................................................................28

SORESI Stefano Fabrication and testing of III-V/SI tandem solar cells .............................................29

TOURNET Julie MBE growth of metamorphic III-SB on SI for CPV solar cells .................................30

Département Systèmes d’Énergie Fiabilité RadiationsAKRAM Shakeel Étude de matériaux nanodiélectriques haute temparature pour l’isolation des moteurs électriques du futur.....................................................................................32

BOREL Thomas Étude des effets de synergie dans les circuits intégrés soumis à l’environnement spatial .............................................................................................33

BRUCOLI Matteo Radiation monitoring for electronics in the LHC’s environment ............................34

DARDIÉ Jason Étude des effets des rayonnements sur les matériaux et systèmes électroniques ..............................................................................................................35

KENFACK Pierre La conception, l’étude théorique et expérimentale, d’une génératrice électrique linéaire à structure polyentrefer à lames guidées ou frottantes ....................................................................................................................36

KOHLER Pierre Méthodes de caractérisation et analyse de la sensibilité aux effets des radiations de mémoires dynamiques basse consommation pour application spatiale....................................................................................................37

MARTORELL Alexandre Réponse de systèmes électroniques à une sollicitation radiofréquence ...........................................................................................................38

PAYET Pierre Injection électromagnétique et microscopie en champ proche sur structures irradiées.....................................................................................................39PELLECUER Guillaume Fatigue thermomécanique des connexions dans les modules de puissance à semi-conducteurs ......................................................................................................40

PISCINI Lorenzo Étude d’une machine haute fréquence et hautes performances pour une application aéronautique ..........................................................................................41

SIDAMBAROMPOULÉ Analyse et mesure de la distribution spatiale des charges au sein de la double Xavier couche électrique ......................................................................................................42

VALLET Arthur Modélisation markovienne de lasers à semicondusteurs .......................................43

SOMMAIRE CSI 2017

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Département Capteurs Composants Systèmes

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CONCEPTION ET REALISATION D'UN SYSTEME DE DETECTION DE GAZ A FAIBLE

COUT SUR SUBSTRAT FLEXIBLE

Rouba ALRAMMOUZ

Résumé de la thèse

Les préoccupations actuelles de protection de l’environnement et de la santé publique se focalisent sur la qualité de l’air dans l’industrie, les villes et foyers domestiques [1]. Le besoin croissant des systèmes de détection de gaz requière non seulement des faibles coûts de fabrication, mais aussi le développement de capteurs flexibles, portables et légers.

De nos jours, l'intégration des capteurs de gaz sur des substrats souples présente un intérêt croissant au vue de leurs applications dans l'électronique flexible, les textiles et les emballages intelligents [2]. La recherche sur les capteurs de gaz flexibles porte généralement sur les différents principes de détection de gaz (électrique, électrochimique, optique et mécanique), les différents substrats flexibles disponibles (polymères et papiers couchés), ainsi que les matériaux sensibles (oxydes métalliques, polymères, alginates…) [3]. Cependant, il existe peu d’études sur la réalisation de capteurs de gaz à base d’oxyde de graphène sur substrat souple et encore moins sur papier [4].

Le but de cette thèse est de montrer la faisabilité technologique d’un système de détection de gaz flexible sur papier en incorporant la couche sensible dans le papier au lieu de la déposer sur sa surface en utilisant des méthodes de fabrication conventionnelles d’imprimerie et de microélectronique. En effet, l'utilisation des substrats en papier dans la fabrication des composants électroniques se limite aux papiers couchés (Kaolin, bentonite, talc...). Les papiers fibreux n’ont pas encore été utilisés dans le domaine de l'électronique flexible. De plus, avec ce type de papier poreux, il y a naturellement une surface d’échange plus importante entre la couche sensible et le gaz cible, permettant une amélioration de la sensibilité du capteur. Une première étude s’est portée sur le processus technologique de fixation de l’oxyde de graphène autour des fibres du papier et sur la fiabilité d’un tel processus. L'oxyde de graphène présente d'excellentes propriétés de détection de gaz à température ambiante et possède de bonnes propriétés mécaniques, électriques et thermiques. [1] A. P.-Ü. a. C. Corvalán, Preventing disease through healthy environments : Towards an estimate of the environmental burden of disease: World

Health Organization, 2006. [2] F. M.-L. Danick Briand, Andrés Vásquez Quintero, Caglar Ataman, Jérôme Courbat, Nico F. de Rooij, "Why Going Towards Plastic and Flexible

Sensors?," in Procedia engineering, Athens, Greece, 2011, pp. 8–15. [3] G. Neri, "First Fifty Years of Chemoresistive Gas Sensors " Chemosensors, vol. 3, pp. 1-20, 2015. [4] B. P. Basu S., "Recent developments on graphene and graphene oxide based solid state gas sensors," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 173,

pp. 1-21, 2012.

Mots clés : Capteur de gaz, flexible, faible cout, papier poreux, oxyde de graphène

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016

Département IES : Capteurs, composants et systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : M. Brice SORLI et M. Roland HABCHI

Co-directeur ou encadrant : M. Jean PODLECKI et Mme Pascale ABBOUD Type de financement : Bourse UM/CNRS L/AUF

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CONTRIBUTION À LA RÉALISATION D'UN SUPERCONDENSATEUR À BASE DE

GRAPHÈNE

Florian AVRIL

L’utilisation de micro-sources d’énergie pour la production d’électricité est un concept prometteur qui consiste à récupérer les sources d’énergie faibles et diffuses, présentes dans notre environnement pour alimenter de systèmes autonomes. Parmi les éventuelles sources d’énergies renouvelables, l’énergie solaire est la source la plus prometteuse. Le développement de ces systèmes passe à travers de faibles coûts économiques, des substrats flexibles, et par des matériaux facilement exploitables. Après récupération de l’énergie, il est nécessaire pour les systèmes autonomes de stocker l’électricité. C’est ainsi que, les super condensateurs (avec leur puissance élevée et leurs longs cycles de vie), seront couplés aux cellules photovoltaïques. La thèse concerne la fabrication d’un super condensateur et in fine le couplage avec la cellule solaire. Les travaux concernent spécifiquement l’étude de l'oxyde de graphène synthétisé par la méthode hummers, de sa réduction en graphène par les voies chimique, thermique et électrochimique et de réalisation du condensateur.

Mots clés : Supercondensateur, graphene, oxyde de graphene, micro source d’énergie

Année de thèse : 3A - T0 : 01/10/2014

Département IES : Capteur Composant et Systèmes - Groupe : M@csee Directeur de thèse : Alain FOUCARAN

Co-directeur ou encadrant : Beatrice SALA / Yvan CUMINAL Type de financement : Fonds propres et contrat doctoral handicap

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ETUDE ET REALISATION D’ACCELEROMETRES THERMIQUES D’ETENDUE DE MESURE ET BANDE

PASSANTE SUPERIEURES A 10 000G ET 5 KHZ RESPECTIVEMENT

Florian BAUDRY

Ma thèse porte sur l'étude de la résistance mécanique et sur l'optimisation des accéléromètres thermiques à Convection (ATC). Le but de l'ATC est de mesurer de très fortes accélérations de l'ordre de 20000g, grâce au principe de thermo convection. Un gaz est encapsulé dans une cavité hermétique, dans laquelle, on trouve une résistance en platine suspendue au centre, elle même entre deux thermistances permettant de mesurer la température du gaz. La résistance centrale génére un gradient thermique, les deux thermistances sont à la même température lorsqu'il n'y a pas d'accélération. Mais lorsque le dispositif subit une accélération, le gradient se déforme et la différence de température est proportionnelle à l'accélération. L'objectif de cette premiére année de thése a été de mieux comprendre le comportement mécanique des résistances suspendues, parties la plus fragile du dispositif. Cette étude a permis d'identifier analytiquement et expérimentalement les fréquences de résonances en fonction des dimensions et des matériaux qui composent les ponts. De plus à cette étude vient s'ajouter la modélisation par éléments finis qui permet de simuler des chocs de très fortes intensités sur des périodes de temps bréves (choc de 50000g et de 10ms de durée). La suite de mon travail va consister à estimer expérimentalement la contrainte nécessaire à la rupture des résistances suspendues, ensuite des essais chocs à 25000g, seront entrepris avec nos partenaires ISL et MBDA. Et enfin une étude numérique en couplant les effets mecaniques et thermiques sera entreprise afin de valider le cahier des charges de l'ATC.

Mots clés : Accélérométre, Thermique, Résonance, résistance suspendue

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016

Département IES : Capteur composant et systéme - Groupe : M2A Directeur de thèse : Alain Giani

Co-directeur ou encadrant : Philippe Combette Type de financement : Bourse DGA

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MODELISATION ET CONCEPTION DE CAPTEURS RFID EN BANDE HF ET UHF

APPLICATION AU DIAGNOSTIC MEDICAL / AGROALIMENTAIRE.

Yassin BELAIZI

La technologie d’identification radiofréquence (RFID) se décline aujourd’hui dans des milliers d’applications. Parmi elles nous pouvons citer les applications de gestion logistique des palettes/cartons dans les entrepôts industriels (RFID UHF) ainsi que l’identification des abonnés dans les réseaux de transports urbains (RFID HF). Depuis quelques années, des contributions scientifiques autour des technologies d’identification radiofréquence (RFID) avec un couplage capteur sont de plus en plus visibles. Ces études sont motivées par leur potentiel de rupture, nous pouvons citer par exemple les applications de réseaux de capteurs intégrés aux vêtements ou WBAN (WBAN : Wireless Body Area Network). L’intérêt grandissant pour ce type de développement s’appuient fortement sur une utilisation en masse de capteurs bon marchés pouvant être intégrés sur chaque objet, on parle alors d’objet connecté ou d’internet des objets (IoT). La santé représente un fort potentiel de développement économique pour ce type de système. En effet, celui-ci pourrait s’avérer être une solution industrialisable, peu couteuse et fiable, permettant la maitrise des dépenses de santé mais aussi favoriserait le déploiement du dispositif de diagnostic. Mon travail de thèse vise donc la diminution des coûts de réalisation des capteurs, de bonnes performances de détection (sensibilité, résolution), la fiabilité et la remontée des données via un dispositif sans fil. Plus particulièrement, ce travail se focalise sur la faisabilité de capteurs-RFID passifs et faibles coûts conçus par la modification structurelle de l’antenne (nano-structuration, multi couches, ……).

Mots clés : RFID, Catpeur, Antenne HF, UHF, NFC, Traitement du signal

Année de thèse : 3A - T0 : 01/11/2014

Département IES : Capteurs Composants et Systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Brice SORLI

Co-directeur ou encadrant : Arnaud VENA Type de financement : Allocation ED

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CARACTERISATION ULTRASONORE HAUTE FREQUENCE DE DISTANCES INTER-PLAQUES

AU SEIN D'UN REACTEUR A HAUT FLUX

Meriem CHRIFI ALAOUI

Le Réacteur à Haut Flux de l'Institut Laue Langevin fournit à une large communauté de scientifiques, le plus haut flux de neutrons thermiques au monde. Ces neutrons sont générés à partir de réactions nucléaires au sein d’un élément combustible unique, composé notamment de 280 plaques de combustible courbées en développantes de cercle afin de maintenir une distance constante entre chaque paire de plaques. A l’issue d’un cycle de fonctionnement, la structure de l'élément évolue. En effet, chaque plaque, d'épaisseur nominale de 1.27 mm, présente une évolution de ses dimensions qui induit une modification de la distance inter-plaque initiale de 1.8 mm. Cette nouvelle distance constitue donc un paramètre essentiel pour l'étude de l'irradiation de l'élément. La principale problématique de ce travail consiste en la mesure de l'évolution de cette distance. Pour répondre à cela, un dispositif ultrasonore haute fréquence est développé dans le cadre d’une collaboration entre l’ILL et l’IES. Ce dispositif est constitué d’un sabre instrumenté d'épaisseur 1 mm. Ce sabre comporte deux transducteurs ultrasonores. Ces derniers sont reliés à un système d'acquisition permettant d’effectuer le traitement des signaux réceptionnés. Grâce à la méthode pulse-écho, la mesure in-situ sous flux radiatif du temps de vol du signal réfléchi par l'interface eau-plaque permet d'estimer la distance entre le capteur et la plaque combustible, avec une résolution de 20 μm.

Mots clés : Transducteur ultrasonore, acquisition de signaux, haute fréquence, haute résolution.

Année de thèse : 3A - T0 : 23/04/2015

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Gilles DESPAUX

Co-directeur ou encadrant : Emmanuel LE CLEZIO Type de financement : Contrat de recherche

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RÉALISATION DE NANO-CYLINDRES ET NANO-CONES BIRÉFRINGENT POUR EXPÉRIENCES EN PINCE OPTIQUE

Rudy DESGARCEAUX

Ce projet gravite autour du développement d'une nouvelle technique de piégeage optique (''pinces optiques''), permettant de piéger, d’appliquer et de mesurer un couple de rotation à des particules microscopiques. Le montage de pince optique classique permet en effet de piéger une microparticule, ayant un indice différent du milieu dans lequel elle évolue, dans le foyer de convergence d’un faisceau laser. En déplaçant le milieu, la microparticule piégée restera dans le faisceau du laser. On exerce un contrôle sur la microparticule dans l’espace, il est donc possible de réaliser nombre d’expériences de biophysique en greffant à cette particule des molécules ou d’autres objets d’études. Dans une configuration plus complexe, et en utilisant une particule cylindrique usinée dans un matériau biréfringent, il est possible en faisant tourner la polarisation du laser d’induire et mesurer un couple de rotation à la particule. L’objet de la thèse est la fabrication de ces particules et leur utilisation dans le piège optique. La première partie de la thèse se concentre sur la réalisation des micro-cylindres en quartz. Le procédé de fabrication a été mis en place et la production de cylindres est maitrisée. Les microparticules ont été utilisées dans le piège. Les résultats des expériences et la fabrication ont fait l'objet d'une publication. Actuellement, un procédé de fabrication de micro-pointes est mis en place pour réaliser de nouvelles expériences avec les pinces optiques. Le but est de réaliser un AFM sans cantilever. Le process de fabrication est presque achevé. Les premières pointes fabriquées sont piégeables et les premiers scans de surface ont été effectués avec des résultats encourageant. Le projet comporte également le développement d’un autre procédé de microfabrication sur la mise au point de structure de confinement optique par plasmon de surface. Cette partie est en cours.

Mots clés : Pince optique, Plasmonique, microfabrication, scan de surface, piège de molécule unique.

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Benoit CHARLOT (IES)

Co-directeur ou encadrant : Francesco PEDACI (CBS) Type de financement : 1/2 ERC + 1/2 Contrat Doctoral

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CONCEPTION D’UN IMPLANT INSTRUMENTÉ IN

L’arthroplastie totale du genou (ATG) est le fait de remplacer l’articulapar du métal et un polymère biocompatible. Elle est réalisée lorsque l’usure du cartilage due à l’arthrose est telle que la marche devient douloureuse et qu’il y a des risques d’inflammation [1]. Une fois la prothèse implantée dans le corps d’un patient, il devient très difficile d’appréhender son comportement au cours du temps, notamment son usure : après quinze ou vingt ans, l’implant peut se décrocher de l’os ou l’os du ciment, ce qui peut conduire à des inflammations voire des infections [

elle est dangereuse pour le patient et donne une image statique de l’implant [3]. Dans ce cadre, la startup BoneTag s’est associée avec l’IES par un contrat

d’appréhender le comportement des implants au cours du temps.

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DEVELOPMENT OF ACOUSTIC SENSORS FOR THE EXTENSION OF MEASUREMENTS TO

HIGH TEMPERATURE IN AN EXPERIMENTAL REACTOR

Oleksandr GATSA

Instrumentation is a key element of the quality of scientific programs conducted in experimental reactors. For several years the IES and CEA have researched and developed an acoustic sensor for performing real-time online measurement of fission gas in experimental fuel rods under irradiation. All of these studies allow to patent an acoustic sensor and to implement a new experience in OSIRIS (CEA, Saclay). The sensor has been successfully tested in real conditions in 2010. Analysis of experience feedback obtained, and the stress induced by the use of these sensors in the future technological irradiation reactor CEA Cadarache, the Jules Horowitz Reactor (JHR), in terms of operating temperature, reliability and geometry, causes the IES and the CEA to collaborate to launch the development of a second generation sensor. The first part of the work concerns the performance optimization of the piezoelectric screen-printed elements for operations beyond 200°C and 400°C, in particular by studying the influence of elements manufacturing conditions. A second part of the work will be to look at the feasibility of a transmission type of operation to maximize the signal gain. The third part of the work will be the development of instrumentation, piloting software, measurement and data processing optimizing the sensor sensitivity. Finally, the last part will concern the integration of technological solutions leading to the design, testing and validation of industrial prototypes.

Mots clés : high temperature transducer, nuclear instrumentation, screen printing

Année de thèse : 2A - T0 : 02/11/2015

Département IES : Electronique - Groupe : M2A Directeur de thèse : Jean Yves Ferrandis

Co-directeur ou encadrant : Philippe Combette Type de financement : Contrat de recherche

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ÉTUDE ET CONCEPTION DE MATERIAUX SENSIBLE POUR LA REALISATION DE

CAPTEURS D’HUMIDITE ET DE GAZ DEDIES AU DIAGNOSTIC MEDICAL ET

AGROALIMENTAIRE

Afaf MEGHIT

Avec l'avènement de l'électronique imprimée, les industriels imaginent de nouvelles applications prêtes à révolutionner notre mode de consommation toujours dans l'idée d'améliorer notre qualité de vie. Ces applications s'appuient fortement sur une utilisation en masse de capteurs bons marchés pouvant être intégrés sur chaque objet, c'est l'internet des objets. Parmi ces applications nous pouvons citer deux domaines très porteurs et au fort potentiel que sont le diagnostic médical et la sécurité alimentaire. Dans ce contexte et la continuité d'une première thèse sur l'étude et le développement de microtechnologies sur substrat papier pour une application à la structuration d'Al203 poreux. Mon travail s'est orienté sur l'optimisation et la maitrise de la technologie microélectronique sur substrats flexibles afin de pouvoir réaliser plusieurs types de structures de capteurs. Une première étude sur la croissance de multi-couches d'Al2O3 poreux/barrière permettant de comparer le comportement capacitif de deux structures, une surfacique et l'autre intégrée à la couche poreuse a été menée. L'outil de simulation numérique a été utilisé pour comparer le comportement capacitif des deux structures, une mise au point du process technologique a été faite, ainsi qu'une caractérisation en fonction de l'humidité.

Mots clés : substrat flexible, papier, Al2O3, capteur

Année de thèse : Choisissez 1A - T0 : 03/10/2016

Département IES : Capteurs Composants et Systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Brice SORLI

Co-directeur ou encadrant : Arnaud VENA Type de financement : 1/2 ED + 1/2 ANR

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H+ELSI

Andrea MICHELETTI

Dans le contexte du plan européen de réduction des émissions de CO2, la France s'est engagée à augmenter la part des énergies renouvelables dans son mix énergétique avec une part de 23% à l'horizon 2020. Ces énergies intermittentes nécessitent de stocker l'électricité pour répondre au profil temporel de la demande et aux fluctuations de la source (crête). L'électrolyse avec la fabrication d'hydrogène utilisé pour le transport ou l'industrie, est un des moyens de stockage. La thèse s'inscrit dans ce contexte avec la mise au point d'un électrolyseur permettant à la fois de produire de l'hydrogène et de transformer le CO2 issu de la biomasse (entre autres), par électrocatalyse à partir de l'eau. L'électrolyseur sera à terme, alimenté par une source d'énergie renouvelable. Les produits de la transformation du gaz carbonique (pour commencer CH4, puis alcools et autres produits carbonés) seront valorisables énergétiquement et dans la chaîne du carbone. L'objectif de la thèse est de comprendre les processus cinétiques régissant la croissance de couches d'aluminosilicates (électrolyte choisi) sur des substrats à base de fer (phénomène naturel mais lent à 300°C et 90 bars), afin de développer industriellement le cœur de cet électrolyseur. Dans cette deuxième année de thèse, nous avons réceptionné l'autoclave fabriqué par Top Industrie. Plusieurs tests de mise en route ont été effectués avec la rectification de nombreux problèmes rencontrés. La mise au point de passages électriques étanches à la fois d'un point de vue électrique et d'un point de vue de la pression (80 bars) ont également été mis au point. Les derniers essais électrochimiques, effectués en conditions réelles de dépôt, semblent prouver qu'aucune perturbation électrique n'a lieu au sein de l'autoclave. Nous pouvons donc à présent nous consacrer à l'étude des dépôts d'aluminosilicates ainsi que leur modélisation.

Mots clés : stockage d'énergie, électrolyse-catalytique, conduction protonique, transformation du CO2.

Année de thèse : 3A - T0 : 01/04/2018

Département IES : Capteurs Composants et Systèmes - Groupe : M@CSEE Directeur de thèse : Alain FOUCARAN

Co-directeur ou encadrant : Béatrice SALA/Henri MICLOT/Yvan CUMINAL Type de financement : CIFRE

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VISCOSIMETRIE ULTRASONORE ULTRA LARGE BANDE

Mohamed Abderrahmane MOGRANE

Résumé de la thèse : La caractérisation rhéologique des liquides complexes comme les solutions de polymères présente un important intérêt scientifique pour de nombreux chercheurs dans de nombreux domaines comme la biologie, l'industrie alimentaire, la chimie. Afin d'établir des courbes maîtresses (modules élastiques vs fréquence) qui peuvent donner des informations sur la microstructure, on utilise habituellement des viscosimètres. Pour avoir accès à une caractérisation large spectre, la température est modifiée dans une très large gamme. Pour de nombreux liquides subissant des transitions de phase, cette approche n'est pas applicable. C'est la raison pour laquelle le développement de méthodes spectroscopiques à large bande fréquentielle autour de la température ambiante devient une préoccupation majeure. Dans la littérature, de nombreuses solutions ont été proposées mais, à notre connaissance, il n'y a pas de banc expérimental donnant la caractérisation rhéologique sur une large gamme fréquentielle. Par conséquent, notre objectif est de proposer un dispositif fonctionnant du Hz à quelques centaines de MHz utilisant des ondes ultrasonores longitudinales, un banc expérimental unique et un conteneur spécifique pour le liquide: un tube à essai. Dans cette deuxième année, nous présenterons les résultats pour les très basses fréquences en utilisant le suivi ultrasonore de la chute d'une bille dans le tube à essai. Cela conduira à l'estimation de la viscosité de cisaillement de quelques mPa.s à quelques Pa.s. Ensuite, l'utilisation de la propagation de l’onde de volume dans le liquide et le développement d'un traitement de signal spécifique conduiront à l'évaluation de la viscosité longitudinale. Toutes ces approches et ces résultats seront comparés aux méthodes standards disponibles et déjà validées dans notre laboratoire.

Mots clés : Viscosimétrie, acoustique, ultrasons, rhéologie

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2015

Département IES : CCS - Groupe : M2A Directeur de thèse : Didier LAUX

Co-directeur ou encadrant : Jean-Yves Ferrandis Type de financement : Co-financement (50% UM et 50% IES)

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MICROSCOPIE ACOUSTIQUE HAUTE RESOLUTION POUR L’IMAGERIE DE

L’INTERFACE PASTILLE-GAINE DANS UN CRAYON COMBUSTIBLE

Hajar SAIKOUK

Les crayons combustibles au sein des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) sont constitués de pastilles de céramique (UO2 ou MOX) empilées dans des gaines à base de zirconium. Avant l’irradiation, il existe un jeu de fabrication entre les pastilles et la gaine de l’ordre d’une centaine de microns, mais au cours de l’irradiation, ce jeu est rapidement réduit ou totalement rattrapé du fait des différentes transformations que les pastilles et la gaine subissent. La nature du contact entre la pastille et la gaine n'étant pas homogène, une caractérisation fine et locale à haute résolution (10µm), avec une distribution axiale, azimutale et également radiale, est nécessaire pour mieux connaître l'état du crayon en fonction du taux de combustion. C’est dans ce contexte que nous réalisons à l’Institut d’Electronique et des Systèmes à l’Université de Montpellier en collaboration avec le Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives de Cadarache, un microscope acoustique haute résolution destiné à terme à être introduit dans une cellule de haute activité au LECA-STAR à Cadarache. Ce microscope possédant un transducteur ultrasonore avec une lentille de focalisation est adapté à l'analyse de l'interface Pastille-Gaine et permettra d’imager depuis la surface la face interne de la gaine d’un crayon irradié, pour déterminer la présence et la nature d’un contact à une échelle de quelques dizaines de microns.

Mots clés : Microscopie acoustique HF, Imagerie Haute résolution, IPG, Crayon combustible.

Année de thèse : 2A - T0 : 23/11/2015

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : Matériaux MicroCapteur acoustique Directeur de thèse : Gilles DESPAUX

Co-directeur ou encadrant : Didier LAUX Type de financement : Financement sur contrat

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ETUDE DE CELLULES ANTIMONIURES SOUS FORTES CONCENTRATIONS SOLAIRES

Alexandre VAUTHELIN

Le développement des systèmes de conversion photovoltaïque ces trente dernières années a permis des améliorations considérables en terme de coût et de performances. Les meilleurs rendements actuels sont obtenus avec des systèmes à concentration solaire utilisant des cellules multijonctions à base de semi-conducteurs III-V. Dans le domaine des fortes concentrations (>750x) , le record actuel est détenu par Solar Junction avec un rendement de 44% pour une concentration de 942 soleils (942 kW/m²) avec une triple jonction. Ma thèse vise à la conception, la fabrication et la caractérisation de cellules solaires optimisées pour une utilisation sous très forte concentration solaire (>1000x). Les cellules fabriquées sont à base de matériaux AlGaAsSb/GaSb fabriquées de façon monolithique par MBE. Du fait de la très bonne complémentarité des gaps, ces cellules constituent une alternative crédible pour une utilisation sous flux solaire fortement concentré. Le principal verrou à l'obtention de hauts rendements sous forte concentration réside dans la maitrise de la résistance série des cellules. La premiére étape de mon travail a consisté en l'identification des différentes contributions de cette résistance et les différentes manières de la réduire. Un gros travail technologique à été réalisé dans ce sens sur des cellules GaSb, permettant de fabriquer des cellules simples jonctions capables d'atteindre un rendement de 7% sous 42 soleils. Ce résultat constitue d'ores et déjà le nouvel état de l'art à cette concentration sur GaSb. Des mesures sont actuellement en cours en partenariat avec le laboratoire PROMES afin d'évaluer les performances de ces cellules à plus haute concentration. Dans le cadre d'une cellule multijonction antimoniure, la fabrication et la caractérisation de cellules AlGaAsSb sont également en cours et constituent la deuxième partie de mon travail de thèse.

Mots clés : Antimoniure, concentration, résistance.

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2015

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : MACSEE Directeur de thèse : FOUCARAN Alain

Co-directeur ou encadrant : CUMINAL Yvan Type de financement : Co-financement Labex SOLSTICE + ED

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Département Photoniques et Ondes

CSI 2017

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PHOTODETECTEURS A SUPERRESEAUX INAS /GASB POUR LE TRES LOINTAIN

INFRAROUGE (VLWIR)

Rodolphe ALCHAAR

Mes travaux de thèse s’inscrivent dans le projet de recherche intitulé «Photodétecteurs à superréseaux InAs /GaSb pour le très lointain infrarouge (VLWIR)». L'équipe NANOMIR de l'IES a développé depuis plusieurs années une expertise sur les photodétecteurs à superréseaux (SR) InAs/GaSb réalisés par épitaxie à jets moléculaires (EJM). Bien que des premières caméras IR à base de photodétecteurs SR opérant dans le moyen infrarouge (MWIR - 3-5µm) et l'infrarouge lointain (LWIR - 8-12µm) ont récemment été commercialisées, aucune caméra n’a pour l’instant pu être réalisée dans le très lointain IR. Depuis début 2016, l'équipe participe avec les entreprises IRnova (entreprise suédoise fabriquant de détecteurs IR) et Airbus-DS (Airbus Defense and Space) à un projet ESA dont l'objectif est la démonstration de détecteurs IR à SR présentant une longueur d'onde de coupure à 15µm (très grande longueur d'onde VLWIR) pour applications spatiales. C'est dans ce contexte que se déroule ma thèse dont l'objectif est de définir, fabriquer et étudier de nouveaux détecteurs à superréseaux pour le VLWIR. Ces détecteurs présentent des architectures dites à barrières de type pBp. Mon travail de thèse consiste à définir les designs des structures, à réaliser les composants à partir des couches épitaxiées par EJM et à les caractériser. Au cours de ma présentation, je présenterai donc les designs des différentes structures à SR réalisées à l'IES, leurs caractérisations structurales, électriques et électro-optiques associées. Je présenterai ensuite les besoins identifiés en protocoles technologiques nécessaires à l'amélioration des performances de ces composants.

Mots clés : Photodétecteurs, infrarouge, InAs/GaSb, épitaxie, fabrication, caractérisation.

Année de thèse : 1A - T0 : 01/11/2016

Département IES : Photoniques et ondes - Groupe : Nanomir Directeur de thèse : Philippe Christol

Co-directeur ou encadrant : Jean-Baptiste Rodriguez Type de financement : Contrat

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FUNCTIONALIZED SEMICONDUCTOR METAMATERIALS AND PLASMONICS FOR HIGH SENSITIVITY CHEMICAL AND BIO-

SENSING

Mario BOMERS

The objective is to use the unique surface-enhanced infrared absorption (SEIRA)-spectroscopic properties of highly doped semiconductor plasmonic nanostructures for improved sensing of biomolecules. This sensor will make use of localized surface plasmon resonances (LSPRs) in 2D periodic arrays of highly doped semiconductor nanostructures based on InAsSb/GaSb. FDTD calculations will be performed to design the resonators. Reflectance spectroscopy will be used to investigate the impact of the geometrical and physical properties of the nanostructure. Biochemical ligands will be anchored at the surface to bind the biomolecules under study. Sensitivity in the zeptamole range, i.e. ~1000 molecules, is envisaged. The ligand which functionalizes the semiconducting material will be developed and characterized in collaboration with the industrial partner SIKEMIA.

Mots clés : mid-IR, SEIRA, plasmonics, highly-doped semiconductor, nanostructures, bio-immobilization

Année de thèse : 2A - T0 : 01/09/2015

Département IES : Photonique & Ondes - Groupe : nanoMIR Directeur de thèse : Prof. Thierry Taliercio

Co-directeur ou encadrant : Dr. Laurent Cerutti Type de financement : PROMIS (project européen)

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DÉTECTEUR DE GAZ MULTI-ESPÈCES PAR MESURE PHOTO-ACOUSTIQUE À EFFET

CAPACITIF

Kaïm CHAMASSI

La QEPAS (Quartz Enhanced PhotoAcoustic Spectroscopy) est une technique de détection de traces de gaz, sensible et très sélective. Cette technique s’appuie sur la spectroscopie par laser en employant un laser à semiconducteur accordable et un diapason à quartz (QTF), transducteur acoustique commercial. Pour aller plus loin dans cette méthode, l’objectif de ma thèse consiste à remplacer le QTF par un résonateur MEMS. En effet, le QTF n’est pas spécifiquement prévu pour l’application QEPAS. Son utilisation présente quelques inconvénients ; ainsi la lumière doit être focalisée très précisément entre les deux branches du diapason, dont le facteur de qualité dans l’air ambiant est moins élevé que dans le vide. Un résonateur MEMS à mesure capacitive remplacera donc le QTF, s’inspirant de la technique CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers). L’objectif sera de développer un transducteur spécialement dédié à cette application, avec une sensibilité optimisée. Nous avons déjà réalisé des prototypes de microrésonateur. Ce sont des géométries sur des substrats SOI : structure idéale pour les MEMS. Ces essais nous ont permis de mettre au point le procédé technologique et la caractérisation électrique de ces structures. La prochaine étape consiste à valider le fonctionnement du MEMS avec son circuit de conditionnement électrique. Ensuite, nous réaliserons l'appariement du laser et du MEMS dans le but de tester le capteur de gaz complet.

Mots clés : QEPAS,MEMS,CMUT

Année de thèse : 2A - T0 : 01/11/2015

Département IES : Photoniques et Ondes - Groupe : Nanomir Directeur de thèse : Aurore VICET

Co-directeur ou encadrant : Michaël BAHRIZ Type de financement : DGA

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DEVELOPPEMENT ET INTEGRATION DE CAPTEURS LASERS A NANOSTRUCTURES III-V

DANS LE PROCHE- ET MOYEN-IR POUR LA TELEMETRIE ET L’ANALYSE DE GAZ

Baptiste CHOMET

L’objectif général de ce projet de thèse est le developpement de source lasers accordables de haute cohérence à base de technologies III-V dans les gammes spectrales 0.95-1.1µm, et 2-2.5µm, puis de réaliser deux prototypes de capteur laser travaillant en régime de rétroinjection optique d’intérêt majeur pour les applications à l’analyse/détection multi-gaz et à la vélocimétrie/granulométrie. Il s'agit ici de tirer profit des nombreux avantages des composants VeCSELs (Vertical external Cavity Surface Emitting Laser) pour réaliser des capteurs compact de haute sensibilité, inaccessible avec les technologies laser commerciales d'aujourd'hui. Pour atteindre cet objectif le travail est scindé en deux grandes parties : - Le développement de nouvelles sources monofréquences compact largement accordables bas bruit avec une largeur de raie étroite. Cette partie comporte l’étude physique des composants, afin d’exploiter les potentialités qu’ils présentent ainsi qu'un travail sur l'environnement du laser (éléctronique d'asservissement pour réduire le bruit d'intensité/phase de la source et mécanique optimisée pour la stabilité de la fréquence laser). Un deuxième aspect réside dans l’intégration de nanostructures pour le developpment de source laser présentants de nouvelles fonctionnalités démontrés à l’IES (Vortex pour Doppler rotationnel, HG pour granulométrie). - La mise en œuvre et le test d’un système laser de mesure à longue distance >10m ainsi que l'utilisation des sources développées dans la gamme 2-2.5µm sous rétroinjection optique pour applications à l’analyse/détection de multi-gaz, et à la détection d’isotopes, grâce à la cohérence et à l’accordabilité large bande, ceci en collaboration avec le LiPHY.

Mots clés : VeCSELS, technologies III-V, Accordabilité, bas Bruit, Analyse de gaz, Vélocimétrie

Année de thèse : 2A - T0 : 04/01/2016

Département IES : Photonique et ondes - Groupe : TéHo Directeur de thèse : Arnaud Garnache

Co-directeur ou encadrant : Vincent Lecocq Type de financement : CIFRE

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APPLICATIONS DES FIBRES OPTIQUES POUR ENVIRONNEMENTS SÉVÈRES: AMPLIFICATION

ET DOSIMÉTRIE

Rémi DARDAILLON

Les avancées scientifiques en matière de développement d'amplificateurs optiques pour le domaine des télécommunications multiplient les champs d'applications des fibres optiques dopées avec des terres rares. Plus particulièrement, la fibre optique dopée erbium joue un rôle clé au, cœur de la plupart des amplificateurs optiques. Elle ne se limite pas uniquement aux télécommunications terrestres ou sous-marines, l’on retrouve cette même fibre dans des applications nécessitant un haut niveau de performance, telles que le lidar. Mais l’utilisation de la technologie WDM (Wavelength Division Multiplexing), certes largement éprouvée pour ces télécommunications, est aujourd’hui freinée par le seul composant encore incertain dans un environnement radiatif, à savoir justement la fibre optique dopée aux terres rares. L’objet de ce travail de thèse est ainsi d'une part de mettre en œuvre un amplificateur fibré capable de répondre aux contraintes spatiales, mais également d'utiliser ces fibres de façon instrumentale afin de connaître et quantifier les radiations instantanées et également cumulées lors des diverses missions spatiales, ouvrant ainsi la porte à la dosimétrie optique par fibre spéciale. Le but de cette thèse est par ailleurs de pouvoir élaborer un modèle illustrant la dégradation de la matrice vitreuse liée aux énergies radiatives mais aussi le processus inverse dit de "guérison" par éclairement optique, afin de retrouver les caractéristiques d'origine de la fibre.

Mots clés : Amplificateur optique, fibre en silice dopée, dosimétrie répartie

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2016

Département IES : Photonique et ondes - Groupe : TéHO Directeur de thèse : M. Signoret

Co-directeur ou encadrant : M.Myara Type de financement : ED/ANR

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ETUDE DE L’INCORPORATION DE BISMUTH LORS DE L’EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES DE MATERIAUX

ANTIMONIURES

Olivier DELORME

Afin d’étendre les possibilités offertes par les matériaux antimoniures, l’équipe NANOMIR a décidé d’étudier la fabrication de nouveaux alliages en incorporant un nouvel atome dans ces structures, le Bismuth (Bi). Le Bismuth est le plus gros et le moins étudié des éléments V. Cela s’explique par la difficulté d’incorporation du Bismuth. En effet, il n’existe pas naturellement de binaires III-Bi et la croissance des matériaux III-V-Bi nécessite des conditions d’épitaxie inhabituelles et contraignantes. Malgré ces inconvénients, les effets induits par l’incorporation de Bismuth sont prometteurs : forte réduction de l’énergie de bande interdite, augmentation de la différence d’énergie entre la bande de valence et la bande de Spin-Orbit, insensibilité du gap à la température… Lors de ma première année de thèse, j’ai participé à la mise en place et à la calibration de la cellule de Bismuth dans le bâti d’épitaxie par jets moléculaires (EJM). J’ai ensuite cherché les conditions de croissances permettant l’incorporation de Bismuth dans le GaSb. Ces conditions m’ont permis d’épitaxier des couches simples de GaSbBi à forte concentration de Bismuth ainsi que des puits quantiques. Finalement, un premier laser à base de GaSbBi a été réalisé. Les échantillons ont été caractérisés par diffraction par rayons X, photoluminescence ou encore microscopie à force atomique. La seconde année de thèse sera axée sur l’optimisation de l’incorporation du Bismuth et sur l’amélioration de la qualité cristalline du GaSbBi épitaxié. Pour cela, différents modes de croissance vont être testés et l’influence de nombreux paramètres de croissance reste encore à déterminer.

Mots clés : Bismuth - Epitaxie par jets moléculaires - Semi-conducteurs III-V - GaSb

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016

Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : NANOMIR Directeur de thèse : Eric TOURNIE

Co-directeur ou encadrant : Jean-Baptiste RODRIGUEZ Type de financement : Crédits ANR

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ÉTUDE, RÉALISATION ET CARACTÉRISATION D'UN SYSTÈME DE COMMUNICATION

TÉRAHERTZ

Isidore DIOUF

L’objectif du projet est de réaliser un système de télécommunication intégré sur porteuse à 300 GHz ayant un débit le plus important possible. Actuellement il est extrêmement difficile de réaliser un système intégré avec des composants discrets et fonctionnant à des fréquences aussi élevées. Le domaine de fréquences térahertz s’étend environ de 100 GHz à 10 THz. Une télécommunication basée sur des fréquences porteuses térahertz permet d’atteindre des transmissions à très haut débit jusqu’à potentiellement la centaine de gigabit par seconde, d’où son importance dans les transmissions sans fil. Par contre il existe peu de dispositifs électroniques capables de générer et de détecter les radiations térahertz. Nous nous intéressons à l’étude de la détection de ces radiations par un transistor bipolaire à hétérojonction issu de la filière technologique basée sur l’arséniure de gallium et indium (InGaAs) et le phosphure d’indium (InP). Nous caractérisons ainsi ce transistor monté en émetteur commun, polarisé uniquement sur sa base et avec le signal détecté constitué par une tension mesurée sur le collecteur. La sensibilité du détecteur ainsi mesurée est de 0,35 V/W avec une fréquence de coupure environ égale à 10 GHz et une impédance de sortie relativement grande comparée au standard pour les lignes de télécommunication hyperfréquences situé à 50. De plus, la sensibilité mesurée n’est pas encore suffisante pour établir un système de communication ultrarapide avec la source térahertz actuellement disponible fonctionnant à une puissance de 10 µW. Pour une telle sensibilité et un rapport signal à bruit (uniquement thermique) pris égal à 10, la bande passante maximale de communication calculée est de 0,1 MHz. L’ensemble de ces résultats montre que, à l’heure actuelle, l’utilisation de ce dispositif reste problématique pour une application en télécommunication ultrarapide et beaucoup de travail reste encore à faire pour son optimisation.

Mots clés : Térahertz, système , communication

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016 Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : TéHO

Directeur de thèse : Luca VARANI Co-directeur ou encadrant : Stéphane BLIN

Type de financement : Université de Montpellier

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ETUDE ET CONCEPTION D'ANTENNE WI-FI POUR DE L'IMPLEMENTATION EN

TECHNOLOGIE MAILLEE

Mohamad HAMMOUD

L'utilisation di Wi-Fi ne cesse de croitre exponentiellement, les interférences entre les points d'accès deviennent un facteur limitant le débit distribué aux clients. L'utilisation d'antennes sectorielles vient résoudre ce problème. Nous avons développé une antenne sectorielle rayonnant à 2,45GHz, de faible coût et avec un très faible rayonnement arrière donc avec un rapport F/B élevé. L’encombrement de la structure est pris en compte. L’élément rayonnant étudié est un dipôle replié carré, imprimé sur un substrat de type FR-4, choisi pour sa simplicité de réalisation et d’adaptation. La simulation de l’antenne a permis de valider son comportement théorique (impédance, gain et diagramme de rayonnement). Cette antenne a été conçue et étudiée à l’aide du logiciel de simulation haute fréquence CST (Computer Simulation Technology). Afin de réduire le lobe arrière de l’antenne nous utilisons un réflecteur métallique placé à proximité du dipôle. La séparation entre le plan métallique et le dipôle a été étudiée et son effet est crucial sur l’impédance de l’antenne. La séparation est donc utilisée pour adapter l’antenne à la fréquence de travail (2,45GHz). La taille du réflecteur joue un rôle important au niveau des lobes arrière de l’antenne. Pour chaque largeur attribuée au réflecteur il existe une hauteur optimale qui minimise le rayonnement arrière. Un plan métallique de 20cm*35cm présente le meilleur compromis entre la taille de l’antenne et la maximisation du rapport avant-arrière. Cette taille de réflecteur est adoptée pour étude complète par simulation et validation expérimentale. La comparaison entre les simulations et les mesures montrent une corrélation parfaite au niveau du diagramme de rayonnement et des coefficients de reflexions. Le prototypage de l'antenne est en cours. La prochaine étape serai d'augmenter le rapport avant/arrière sur un plus large angle avant de passer à la conception du système à double polarisation.

Mots clés : Antennes, Wi-Fi, Front to back, sectorisation, intérférences, dipole replié, reflecteur, gain.

Année de thèse : 2A - T0 : 01/02/2016

Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : Tého Directeur de thèse : Philippe SIGNORET

Co-directeur ou encadrant : Annick-Plagellat Penarier ; Philippe Nouvel Type de financement : CIFRE

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GENERATION D'ONDE THZ PAR DIFFERENCES DE FREQUENCES DANS UN LASER A

CASCADE QUANTIQUE A BASE D'INAS/ALSB

Zeineb LOGHMARI

Mon sujet de thèse est la réalisation d'un laser à cascade quantique (LCQ) émettant une onde térahertz (THz), entre λ=60μm et λ=1mm, par différence de fréquence. La zone active du LCQ est composée de semiconducteurs InAs/AlSb émettant à deux différentes longueurs d'onde dans le lointain infrarouge λ≥15µm. Cette zone active est couplée à une structure DFB à double période et un guide d'onde double métal qui permettent de filtrer les deux longueurs d'ondes et d'assurer un bon confinement optique y compris de l'onde THz. Cette structure permettra la réalisation d'une source THz compacte qui fonctionne à plus haute température que l'état de l'art. Lors de ma première année de thèse, j'ai travaillé sur la simulation des structures à contre réaction répartie (DFB), la lithographie électronique et la mise au point d'un process de fabrication permettant la réalisation d'un LCQ à émission monomode dans le moyen infrarouge. En parallèle, j'ai travaillé sur l'optimisation des LCQ à grandes longueurs d'onde et obtenu des résultats à l'état de l'art d'un LCQ à λ=20μm qui fonctionne en régime continu jusqu'à une température maximale T= 240K avec des faibles courants de seuil . Se basant sur ces résultats assez prometteurs j'ai pu préparer les bases qui me faciliterons l'avancement de mon travail par la suite. Pour la deuxième année de thèse, je me concentrerai sur le design et la réalisation de la zone active à double fréquence pour les grandes longueurs d'ondes à λ=17μm et λ=20μm. Un travail de calcul et de simulation de zones actives sera mis en oeuvre. J'étudierai également le couplage entre les structures DFB double périodiques et les guides d'onde double métal. Pour conclure, l'objectif pricipale de la prochaine année sera la réalisation d'un LCQ à émission bimode.

Mots clés : Laser à cascades quantiques, lointain infrarouge, lithographie électronique, ondes THz.

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016

Département IES : photoniques et ondes - Groupe : Nanomir Directeur de thèse : Alexei BARANOV

Co-directeur ou encadrant : Michael BAHRIZ, Roland TEISSIER Type de financement : allocation école doctorale

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FABRICATION AND TESTING OF III-V/SI TANDEM SOLAR CELLS

Stefano SORESI

Le but de cette thèse est de combiner les hautes performances des multi-jonctions III-V et les faibles coûts du silicium, afin de réaliser des cellules solaires innovantes pour des applications terrestres et spatiales. La première année a été dédiée à la mise en place d’une filière photovoltaïque au III-V Lab : formation approfondie sur les équipements d’épitaxie (MOVPE) et sur les techniques de fabrication en salle blanche. Des premiers dispositifs (cellules mono-jonctions) sur substrat InP ont été réalisés. L’objectif de la deuxième année est de compléter cette étude sur les dispositifs à multijonctions sur substrat InP, en optimisant les différents composants (cellules top et bottom, jonction tunnel) et de les combiner dans un dispositif complet. La cellule top en InP, déjà étudiée en première année a été améliorée grâce à des optimisations des épaisseurs et des dopages, permettant de passer de 5% d’efficacité à 12%. L’ajout d’une couche fenêtre en AlInAs, en cours de développement, devrait améliorer encore cette efficacité. La jonction tunnel, qui connecte les deux sous-cellules, a été largement étudiée et optimisée : le choix rigoureux des matériaux a permis de réaliser des dispositifs à très haute performance, avec un courant pic supérieur à 1000 A/cm2, compatible avec un fonctionnement sous haute concentration. Ces jonctions tunnel sont à l’état de l’art pour ce type de dispositifs en InP. La cellule bottom en InGaAs a été conçue pour avoir une combinaison optimale permettant le matching de courant avec la cellule top. L’optimisation de la sous cellule InGaAs ainsi que son intégration dans une cellule multi jonction sera l’objet de la fin de ma deuxième année de thèse. Enfin, la troisième année de ma thèse sera dédiée à l’intégration de ces mêmes dispositifs, sur substrat silicium, en faisant croître la multijonction sur un template à base d’antimoniures, développée par l’IES.

Mots clés : Cellules solaires mono/multijonction, III-V/Si, MOVPE, jonctions tunnel, Sb-templates

Année de thèse : 2A - T0 : 15/09/2015

Département IES : Dépt 2 - Photonique et Ondes - Groupe : nanoMIR Directeur de thèse : Eric TOURNIÉ

Co-directeur ou encadrant : Jean DECOBERT Type de financement : Bourse d'études Marie Skłodowska-Curie

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MBE GROWTH OF METAMORPHIC III-SB ON SI FOR CPV SOLAR CELLS

Julie TOURNET

III-V quaternary compounds are at the cornerstone of band gap engineering. By appropriately tuning the III and V elements compositions, one could indeed attain a wide range of lattice parameters and band gap energies. AlInAsSb, in particular, can be lattice-matched to GaSb, InP or InAs and should present a direct band gap up to 1.65eV, which makes it a promising candidate for photovoltaic applications. However, its significant miscibility gap is an obstacle to its production by near-equilibrium growth techniques and experimental studies are scarce. We have grown AlInAsSb on GaSb substrates by MBE at various compositions targeting different bandgap energies. Morphological and compositional analysis of the samples proved the good quality of the material. Furthermore, we demonstrated the first photoluminescence emission from AlInAsSb random alloys lattice-matched to GaSb. The bandgap energies calculated from the measurements, although lower than expected, confirmed the interest presented by AlInAsSb for GaSb-based solar cells. We have thus established a process flow for the fabrication of the solar cells with a focus on dry etching processing. Preliminary single junction cells of GaSb and AlInAsSb have been realized and the procedure is under optimization. Once satisfying efficiencies are obtained, the subcells are to combined in a multijunction solar cell which will eventually be integrated onto Silicon.

Mots clés : III-V semiconductors, MBE, CPV solar cells

Année de thèse : 2A - T0 : 14/09/2015

Département IES : Photonique et ondes - Groupe : NANOMIR Directeur de thèse : Eric Tournié

Co-directeur ou encadrant : Yves Rouillard Type de financement : Contrat Européen Maie Curie Action ITN

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Département Systèmes d’Énergie Fiabilité Radiations

CSI 2017

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NANODIÉLECTRIQUES HAUTE TEMPÉRATURE POUR L’ISOLATION

DES MOTEURS ÉLECTRIQUES

Shakeel AKRAM

Le développement de l’électronique de puissance a fait des moteurs triphasés une alternative aux moteurs à courant continu dans le transport ferroviaire à grande vitesse; L’onduleur alimentant le moteur utilise la modulation de largeur d'impulsion (PWM) qui génère des créneaux de tensions avec des fronts raides et des fréquences élevées pouvant endommager l’isolant. La température est également une des principales raisons pouvant conduire à la détérioration de l'isolation. Le Polyimide a attiré beaucoup de considération dans nombre d’applications modernes, en raison de ses excellentes propriétés dielectriques, thermiques et mécaniques. Le concept nanocomposite est un moyen efficace pour améliorer les propriétés du polymère. Un nanodiélectrique étant constitué d’une matrice polymère contenant des nanoparticules dispersées de façon homogène, ses propriétés peuvent être affectées par la nature, la taille, le contenu des particules ainsi que l'épaisseur des interfaces (interphases). La sélection du couple nanoparticule/polymère demeure un challenge pour améliorer l’ensemble des propriétés physiques. La structure stratifiée que nous proposons de développer et d’étudier peut augmenter la résistance mécanique de la composition physico-chimique des films nanométriques et améliorer significativement ses propriétés électriques.

Mots clés : nanodielectriques, moteurs électriques, charges d'espace, isolation électrique

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2017

Département IES : Système d'énergie - Fiabilité et Radiations - Groupe : GEM Directeur de thèse : Jérôme CASTELLON Co-directeur ou encadrant : Serge AGNEL

Type de financement : Bourse Pakistan "MS LEADING TO PHD"

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ETUDE DES EFFETS DE SYNERGIE DANS LES CIRCUITS INTEGRES SOUMIS A L'ENVIRONNEMENT SPATIAL …

Thomas BOREL

Au cours de la thèse réalisée par Fabien ROIG de nombreuses données expérimentales sur l'étude des effets de synergies TNID-ASET ont été générées. Ces données provenant des tests réalisés aux neutrons équivalents, ont permis de mettre en évidence une dégradation non attendue d'une série d'amplificateur opérationnel LM124 d'un fabricant spécifique. Dans le but d'expliquer d'où vient cette dégradation observée, il a été décidé de mener une étude sur ce phénomène. Dans un premier temps, l'étude a porté sur des simulations PSpice du composant, dans le but de reproduite les phénomènes observés. Par la suite, différents tests ont été réalisés pour prouver les hypothèses posées. Les résultats seront présentés au cours de la conférence NSREC 2017. La seconde partie du sujet de thèse quant à elle a porté sur l'effet de synergie TID–ESD. Certaines structures de protection anti-ESD, pourraient montrer une sensibilité à la dose ionisante et être la cause de plusieurs défaillances inexpliquées. Nous nous sommes proposés d'étudier les structures GGnMOS utilisées en tant que protection contre les ESD. Ces structures, étant situées sur toutes les broches de chaque composant, une mise en court-circuit de ces dernières dues à l'irradiation, pourraient empêcher le bon fonctionnement du composant en question, et donc mètre en péril le bon fonctionnement d'un système entier. Dans un premier temps, la recherche d'un vecteur de test a été réalisé puis plusieurs études de structure et simulations à l'aide du logiciel de ECORCE (Radiac) ont été portés sur les structure au niveau semi-conducteur du GGnMOS. Etant des structures intégrées, elles sont difficilement identifiables sur les composants. Pour ce faire, une méthode alternative a donc été testé en utilisant un composant proche des GGnMOS. Différentes études sur ce composant ont alors été réalisé, dans le but de comprendre si les structures GGnMOS sont sensibles aux radiations.

Mots clés : Analog Electrinocs, Displacement Dammage, Single Event, Semi-Conductors, ESD Protection

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2015

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : RADAIC Directeur de thèse : Laurent DUSSEAU

Co-directeur ou encadrant : Alain MICHEZ Type de financement : DGA / CERN

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RADIATION MONITORING FOR ELECTRONICS IN THE LHC’S ENVIRONMENT

Matteo BRUCOLI

In order to improve the monitoring of the mixed radiation field produced by the CERN’s accelerator system, investigations on new suitable dosimeters have been carried out. In particular, the research was focused on Total Ionizing Dose (TID) monitoring, which is currently performed by means of a radiation sensitive PMOS transistor called RadFET. Research for an alternative led to consider the Floating Gate Dosimeter (FGDOS), which has been analysed and characterized by performing specific radiation experiments. Its response was firstly investigated by means of a 60Co source for different dose rates. The extremely high linearity and resolution obtained make this device a promising candidate for TID monitoring. Several irradiation experiments were performed in CHARM, the CERN mixed field facility, where the radiation field is generated by a 24 GeV proton beam impinging on a target. The multiple facility configurations permit to have different fluxes of high energetic particle and spectra. These tests highlighted the performance and the response of the FGDOS in an environment similar to the one of the LHC. In addition, the response of the sensor to pure thermal neutron flux was achieved during a dedicated test campaign at ILL in Grenoble. One of the 'parasite' parameter that influences the response is the temperature, whose effect has been characterized and a compensation method has been developed and implemented. A further possible candidate investigated is a power NMOS transistor that resulted extremely sensitive to the radiation. The calibration curve was drawn by means of 60Co source irradiations and its consistency to a mixedradiation field has been evaluated. Finally, some aspects concerning the TID monitoring currently carried out is under examination: the measurements performed by means of RadFETs biased to +5V and ground do not match each other in mixed radiation field environments, although the calibration curve were obtained in the same way.

Mots clés : Radiation Monitoring / Radiation effects on electronics / Mixed radiation field / Dosimetry

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2015Département IES : Systèmes d’Énergie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC

Directeur de thèse : Laurent DusseauCo-directeur ou encadrant : Salvatore Danzeca (CERN)Type de financement : Contract de recherché - CERN

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« ETUDE DES EFFETS DES RAYONNEMENTS SUR LES MATERIAUX ET SYSTEMES ELECTRONIQUES »

Jason DARDIE

La demande en technologies intelligentes et communicantes est en pleine expansion quel que soit le domaine d’application. Cela est aussi vrai pour les applications industrielles pour lesquelles les contraintes environnementales sont très sévères. Parmi ces contraintes, nous pouvons citer les contraintes thermique, mécanique, chimique ou encore la compatibilité électromagnétique. Réaliser un système électronique pour ces environnements industriels difficiles est un vrai savoir-faire. Dans le domaine du spatial ou du nucléaire, les contraintes sont encore plus sévères, le concepteur d’un système doit en plus prendre en compte la contrainte radiative. Cette contrainte radiative se traduit par la modification des propriétés physiques, chimiques et électriques des matériaux et par la dégradation des paramètres électriques des systèmes électroniques pouvant mener jusqu’à la perte totale de fonctionnalité. Dans cette thèse nous proposons d’étudier la conception de systèmes électroniques qui soit résilient à toutes ces contraintes. Nous commencerons par prendre en compte les contraintes principales : la température et les radiations. L’étude de ces deux contraintes a déjà été réalisée dans une certaine gamme de température, notamment pour des applications spatiales. Dans ce travail, nous élargirons cette gamme de température pour correspondre à des exigences industrielles ce qui nous permettra de mieux comprendre l’effet des radiations en fonction de la température. Par ailleurs, nous travaillerons avec une vision au niveau système du durcissement et non au niveau composant comme c’est généralement le cas. Une fois que les deux principales contraintes auront été étudiées, les effets des autres contraintes (vibrations, compatibilité électromagnétique et chimie) pourront être analysés. Ce travail mènera à la proposition de méthodologies pour prendre en compte les contraintes industrielles lors du développement de systèmes électroniques destinés à évoluer en environnement radiatif.

Mots clés : Systèmes électronique, rayonnement ionnisant, température, fiabilité, multi-contraintes

Année de thèse : 1A - T0 : 01/02/2017

Département IES : Systèmes Energies Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Jérome BOCH

Co-directeur ou encadrant : Alain MICHEZ Type de financement : CIFRE

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LA CONCEPTION, L’ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE, D'UNE GENERATRICE ELECTRIQUE LINEAIRE A STRUCTURE POLYENTREFER A LAMES GUIDEES OU

FROTTANTES.

Pierre KENFACK

La génératrice est destinée à être accouplée à une machine thermique (thermo acoustique) conçue par la société HEKYOM pour la conception d’un groupe électrogène à source de chaleur externe (récupération de chaleur d’une machine thermique). Cette thèse portera sur l’adaptation au fonctionnement en génératrice, plus précisément au fonctionnement en régime permanent à facteur de marche unitaire. Une attention toute particulière sera portée aux aspects tribologiques liés au guidage des lames constituants les parties fixes et mobiles de la structure électromagnétique. Le principal problème rencontré dans la conception des génératrices électriques linéaires à structure polyentrefer est dans le contrôle des jeux mécaniques nécessaires pour permettre le déplacement permanent des parties mobiles. Ce problème est très difficile à contrôler en raison de l’entrefer magnétique qui doit être aussi faible que possible pour éviter de pénaliser la pression magnétique tangentielle. Les pièces mobiles sont de faible épaisseur dans la structure polyentrefer, donc moins rigide. Les plaques mobiles, par conséquent, ont tendance à frotter contre les autres fixes. Le triboguidage pourra participer à la résolution de ce problème. La tribologie est l’étude du frottement et de la lubrification appliquée aux problèmes d’usure. Son objectif est d’atténuer l’usure et le frottement dans le but d’améliorer le rendement de la génératrice électrique linéaire. Le dispositif qui permet de compenser, voire d’annuler les efforts de friction qui apparaissent entre les deux stators et la plaque mobile en translation a été conçu. Nous avons valorisé nos travaux en participant à la conférence internationale Intermag2017, du 24-28 Avril 2017 à Dublin, un article soumis à IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. Nous envisageons une deuxième conférence internationale ELECO2017, prévue au Bursa (Turkey) du 30 novembre au 02 décembre 2017. Nous avons commencé la fabrication du prototype et dès la fin de fabrique de celui-ci, nous allons nous mettre à la campagne des tests expérimentaux et du prototype.

Mots clés : Génératrice électrique linéaire - Lames frottantes ou guidées - Triboguidage - Lubrification

Année de thèse : 3A - T0 : /06/2018

Département IES : Systèmes Energies Fiabilités Radiations - Groupe : GEM Directeur de thèse : Daniel MATT

Co-directeur ou encadrant : - Type de financement : AUTRE

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METHODES DE CARACTERISATION ET ANALYSE DE LA SENSIBILITE AUX EFFETS

DES RADIATIONS DE MEMOIRES DYNAMIQUES BASSE CONSOMMATION POUR APPLICATION

SPATIALE

Pierre KOHLER

Les composants électroniques embarqués dans des applications spatiales sont exposés à différents types de particules qui composent l’environnement radiatif spatial. L’interaction individuelle ou cumulée de ces particules avec les matériaux constituant les circuits intégrés est à l’origine d’effets singuliers ou d’effets de dose pouvant altérer la fiabilité des systèmes. Pour les composants de type mémoire volatile, les principales défaillances rencontrées sont les aléas logiques (SEU) éventuellement multiples (MBU), l’activation de thyristors parasites (SEL), l’interruption fonctionnelle (SEFI), ainsi que les dérives paramétriques catastrophiques associées aux effets de dose totale ionisante (TID). Il est nécessaire de modéliser ces défaillances et de caractériser le fonctionnement des composants sous irradiation, en vue de prédire leur comportement pendant la durée d'une mission. Les objectifs de la thèse sont l'élaboration et la mise en œuvre de méthodes de caractérisation de la sensibilité des mémoires dynamiques les plus récentes aux effets des radiations en vue de leur future intégration dans des modules pour application spatiale. A ce jour, un banc de test constitué de 5 cartes a été développé, permettant d'évaluer la sensibilité des composants mémoires SDRAM DDR3 face à un environnement radiatif hostile. Ce banc de test a permis de réaliser une campagne d'irradiation laser, ainsi que sous faisceau d'ions lourds. Une campagne de caractérisation aux effets de dose est prévue mi-2017.

Mots clés : Mémoires dynamiques, test et analyse de composants, effets singuliers, effets cumulatifs

Année de thèse : 3A - T0 : 01/02/2015

Département IES : Systèmes d'énergie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Frédéric SAIGNE

Co-directeur ou encadrant : Vincent POUGET & Marie-Cécile VASSAL Type de financement : CIFRE & Fonds propres - contrat

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REPONSE DE SYSTEMES ELECTRONIQUES A UNE SOLLICITATION RADIOFREQUENCE

Alexandre MARTORELL

Les premiers étages d’un émetteur-récepteur (front-end) sont particulièrement exposés aux interférences électromagnétiques (EMI) puisqu'ils sont placés directement après l'antenne. Une EMI est susceptible de faire apparaitre des composantes harmoniques, à cause de la présence de non-linéarités dans un système RadioFréquence (RF), et donc de venir perturber le fonctionnement nominal. Si les brouilleurs sont multiples, qu'ils possèdent une puissance suffisante et que leurs fréquences sont dans la bande de fonctionnement, ils créent des produits d'intermodulation (IM) perturbateurs. Cette distorsion non-linéaire est caractérisée par un test à 2 fréquences. Ce dernier est classiquement effectué en mode transmission. Nous proposons ici de mesurer le signal réfléchi, afin de caractériser le degré de non-linéarité des front-ends. Les 2 fréquences d'excitation sont injectées sur l'accès antenne et la puissance réfléchie est mesurée sur ce même port. Ces tests ont d'abord été développés sur des puces front-ends fonctionnant dans les bandes de communication sans-fil standards (UHF, GSM, Wi-Fi). Cette méthode peut aussi être utilisée au niveau système, pour lequel seul un accès RF est disponible. Les systèmes RF testés sont des appareils communicants actuels (Talkie-walkie, modem GSM, Smartphone, …). Les figures de mérite RF (IIP3, IMR) deviennent alors accessibles grâce à la méthode de mesure en réflexion. Ainsi, nous pouvons caractériser le niveau de non-linéarité des front-ends et comparer leur susceptibilité à l'intermodulation pour différents types de technologie et d'architecture. De plus, afin de se rapprocher d'une EMI réelle, les expérimentations sont développées en mode rayonné. La récupération du degré de non-linéarité du système RF peut se faire à distance. Cette information constitue un besoin opérationnel de l'industriel Thales.

Mots clés : Susceptibilité à l'intermodulation, non-linéarités, systèmes HF, ondes RF, EMI

Année de thèse : 2A - T0 : 01/09/2015

Département IES : Systèmes d'énergie, Fiabilité et Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Laurent CHUSSEAU

Co-directeur ou encadrant : Jérémy RAOULT Type de financement : CIFRE - ANRT

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INJECTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE ET MICROSCOPIE EN CHAMP PROCHE SUR

STRUCTURES IRRADIÉES

Pierre PAYET

L’injection et l’imagerie électromagnétique en champ proche sont des outils d’analyse fins pour la caractérisation locale de matériaux ou la compatibilité électromagnétique (CEM). L’objectif de la thèse est d’utiliser ces techniques dans l’étude de la fiabilité des structures irradiées, ce qui constituera un moyen de caractérisation complémentaire pour l’équipe Radiac de l’IES. Le trafic de données sans fil augmente continuellement en raison de l'augmentation constante d'appareils connectés. Les réseaux sans fil traditionnels sont encombrés et la demande en terme de débit de données est croissante. Nous sommes dans l’incapacité de satisfaire ces besoins avec ces réseaux sans fil classiques. La principale méthode pour augmenter le débit est l'extension de la bande passante utilisée. Il n'est pourtant pas possible d'exploiter un spectre suffisant dans les bandes de fréquences classiques. C'est pour cela que les industriels se tournent vers les fréquences millimétriques. L'impact de ce futur environnement sur les appareils communiquants actuels doit être étudié. Nous pourrons ainsi mieux comprendre les mécaniques de couplage et l’effet de ces fréquences sur le fonctionnement des circuits travaillants à des fréquences beaucoup plus basses. A ce jour, nous disposons au laboratoire de deux bancs, le premier pour de l’imagerie dans la bande millimétrique et le second pour de l'injection électromagnétique en champ proche. Nous réalisons des injections hors-bande à 60 GHz sur des circuits analogiques fonctionnant à 2,4 GHz. Plusieurs modules d’émission/réception ont été testés et une susceptibilité a pu être mise en évidence. Ceci constitue une première pour la communauté internationale. Les prochains objectifs concernent la compréhension des phénomènes en jeu lors d’une perturbation hors-bande. Nous discutons actuellement de la possibilité de pouvoir irradier nos modules. Et ainsi, mener une première étude sur la variabilité de la susceptibilité des circuits à des injections EM pré-post/irradiation.

Mots clés : Imagerie EM, Injection EM, Onde millimétrique, Champ proche

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2015

Département IES : Systèmes d'énergie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Laurent CHUSSEAU

Co-directeur ou encadrant : Jérémy RAOULT Type de financement : Financement d'un Etablissement d'enseignement supérieur

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FATIGUE THERMOMECANIQUE DES CONNEXIONS DANS LES MODULES DE

PUISSANCE A SEMI-CONDUCTEURS

Guillaume PELLECUER

Le sujet de thèse porte sur le vieillissement des modules de puissance à semi-conducteurs. Ils sont présents dans de nombreuses applications et on les retrouve en particulier dans les véhicules électriques. En fonctionnement, ces modules subissent un échauffement propre qui peut varier cycliquement dans le temps quand l'application impose un régime électrique variable. On parle alors de cyclage thermique, mécanisme qui impose d'importantes contraintes thermomécaniques sur les connexions internes et peut conduire à leur endommagement. Cette problématique constitue le cœur du travail de thèse. Il s'appuiera sur l'intégration de lois de comportement adaptées dans des d'outils logiciel de type "éléments finis" pour conduire l'étude d'un module représentatif de la technologie actuelle. La première étape de ce travail, en cours de finalisation, est d'obtenir une cartographie thermique dynamique précise du module "type" en régime de cyclage thermique, qui sera ensuite utilisée dans les étapes suivantes. La seconde étape, dont les bases sont actuellement en cours d'établissement, visera à l'identification des contraintes mécaniques que subissent les attaches des connexions sur les puces semi-conductrices au cours du cylage thermique, en introduisant les contraintes initiales liées à la fabrication. Elle s'appuiera sur des modèles de comportement thermo-élasto-plastiques. La troisième étape peut être considérée comme la partie-clé de l'ensemble et aura pour objectif d'introduire des modèles d'endommagement permettant d'envisager une estimation de la durée de vie des interconnexions à contraintes thermiques données. La philosophie envisagée est celle des zones cohésives. Ce type d'approche permet de gérer numériquement l'endommagement progressif de la structure puis l'apparition et la croissance des fissures au sein de l'attache. Ces développements théoriques seront complétés par différents tests sur des modules complets et sur des échantillons développés spécifiquement. Mots clés : Connexions, Simulation, Thermomécanique

Année de thèse : 1A - T0 : 30/05/2017 Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : Groupe énergie et matériaux

Directeur de thèse : François FOREST (IES) Co-directeur ou encadrant : André CHRYSOCHOOS (LMGC)

Type de financement : Allocation UM

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ETUDE D’UNE MACHINE HAUTE FREQUENCE ET HAUTES PERFORMANCES POUR UNE

APPLICATION AERONAUTIQUE

Lorenzo PISCINI

Un des principaux axes de recherche de l'industrie aéronautique est la propulsion hybride. Le programme qui vise à réduire drastiquement les émissions produites par un avion de nos jours, porte à identifier les concepts de systèmes aéronautiques de propulsion hybride susceptibles d'être disponibles dans les années 2030-2035 [Nasa]. En raison de cette électrification croissante de l'industrie du transport, on exige une augmentation progressive de la compacité massique et volumique des convertisseurs électromécaniques. SAFRAN TECH entité du groupe Safran qui a pour but de mener des projets de recherche dit ‘à bas’ TRL 1-4 (Technical Readiness Level), ou R&T, d’intérêt pour les sociétés du groupe SAFRAN, se fait porteur d'innovation et finance différents travaux de recherche dont ce travail de thèse fait partie. Dans cette optique, les dernières contributions apportées par la collaboration entre les sociétés du groupe Safran et le laboratoire IES ont montré des résultats très encourageant dans l'augmentation de la compacité, tout en maitrisant les pertes additionnelles. L’objectif de cette thèse consiste à son tour à contribuer à la minimisation des volumes/masses des circuits magnétiques constituant la machine électrique. La première partie de ces travaux de recherche sera donc dédiée à l'analyse, la plus exhaustive possible, de la topologie retenue pour continuer cette augmentation de compacité, tout en lui associant un coût de fabrication respectif pour chaque solution considérée. Un résumé de l’état de l’art et des analyses préliminaires sera présenté.

Mots clés : haute fréquence, haute temperature, haut rendement, haute vitesse, puissance massique

Année de thèse : 1A - T0 : 16/03/2017

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations IES - Groupe : GEM Directeur de thèse : Daniel MATT

Co-directeur ou encadrant : Anthony GIMENO Type de financement : CIFRE

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ANALYSE ET MESURE DE LA DISTRIBUTION SPATIALE DES CHARGES AU SEIN DE LA

DOUBLE COUCHE ELECTRIQUE

Xavier SIDAMBAROMPOULÉ

La mise en contact d'un liquide et d'un solide a pour effet l'apparition d'une double couche électrique (DCE) à l'interface entre les deux corps, en raison de phénomènes physicochimiques liés à la nature des matériaux.L'accumulation des charges dans le liquide est suspectée d'altérer la fiabilité des composants refroidis ou isolés par des fluides diélectriques. L'objectif de ce travail est de développer une méthode de mesure de la distribution des charges au sein d'un liquide diélectrique, notamment au sein de la DCE. L'approche envisagée s'appuie sur la Méthode de l'Onde Thermique (MOT), développée à l'IES initialement pour les solides. À partir de la propagation d'un front thermique dans le milieu, et de la mesure d'un courant de déplacement associé, la distribution des charges peut être calculée. L'application de la MOT dans les liquides nécessite de valider plusieurs hypothèses (convection thermique, diffusivité…). Lors de ma première année de thèse, j'ai analysé, à travers des simulations numériques, l'application de la MOT dans les liquides dans une cellule développée dans le cadre d'une collaboration IES-PPRIME (Labex INTERACTIFS). Ces simulations ont montré la présence de convection au sein de la cellule (avec des vitesses allant jusqu’à plusieurs mm/s), pouvant perturber la distribution naturelle des charges de la DCE. La solidification de la DCE est alors envisagée afin de limiter cet effet. Cette campagne de simulations est actuellement complétée pour tenir compte dans le modèle de l'évolution de la permittivité en fonction de la température, afin d'estimer l'impact de la convection thermique sur la mesure. J’ai pour cela mené plusieurs campagnes de mesures de spectroscopie diélectrique large bande (de 10 mHz à 10 kHz) sur du cyclohexane. Ces mesures permettront également l'analyse du signal expérimental afin de déterminer la distribution de charge.

Mots clés : Diélélectrique, liquide, fiabilité, double couche électrique, méthode de l'onde thermique

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2016Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : GEM

Directeur de thèse : Petru NOTINGHERCo-directeur ou encadrant : Jean Charles LAURENTIEType de financement : 1/2 UM + 1/2 Labex Poitiers

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MODELISATION MARKOVIENNE DE LASERS A SEMICONDUCTEURS

Arthur VALLET

Nous sommes intéressés par la dynamique des lasers semi-conducteurs (LS) principalement la stabilité multimode. Pour cela un modèle microscopique a été créé et est très efficace, mais est très lourd en temps de calcul. La question de la pertinence de ce choix d’ensemble statistique se pose alors. Le modèle représente un LS par une chaîne de Markov. Elle est composée par des réservoirs de photons représentant les modes optiques, et un nombre fini d’électrons situé sur un ensemble de niveaux d’énergies uniformément espacée. Ces niveaux d’énergie sont répartis en deux bandes. Chaque niveau peut être occupé par 0 ou 1 électron suivant le principe d’exclusion de Pauli sans considération de spins. Le système atteint son état stationnaire quand l’apport d’énergie compense exactement les sorties de photons. La répartition des électrons est dirigée par la thermalisation de Boltzmann au sein de chaque bande. Le flux de photon est la sortie principale du modèle, elle contient le bruit du laser. Les absorptions et émissions de photons interviennent uniquement sur les paires de niveaux laser, une par mode. La présence ou non d’électrons à ces niveaux lasers est déterminée par l’ensemble privilégié. La simulation microscopique prend en compte l’ensemble des micro-états, impliquant la thermalisation des électrons. Elle a déjà montré la stabilité multimode prévue. Son principal inconvénient est qu’un événement photonique apparaît tous les 105 événements thermique. Pour accélérer les calculs, nous sommes passés sur l’ensemble canonique (C) pour la thermalisation des électrons car le nombre d’électrons dans chaque bande ne change pas en dehors des éventements photoniques. La présence d’électrons est obtenue analytiquement, ce qui permet de se passer des événements thermiques. Finalement, l’utilisation d’une distribution de Fermi-Dirac à la place du C n’est pas adaptée pour la simulation car elle ignore les fluctuations d’électrons. Cependant elle permet une description analytique.

Mots clés : Simulation, laser multimode, Markov, Ensemble canonique

Année de thèse : 1A - T0 : 01/09/2016

Département IES : Radiations et composant - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Laurent Chusseau

Co-directeur ou encadrant : Fabrice Philippe Type de financement : ANR

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