L’accroissement des besoins en composants de puissance dans les systèmes embarqués s’accompagne d’une forte exigence de fiabilité. Par ailleurs, pour des raisons de réduction des coûts et de forte concurrence dans l’industrie automobile, la qualité du refroidissement est de plus en plus sacrifiée pour permettre une intégration croissante des systèmes électroniques dans des emplacements nécessairement confinés. Ainsi dans de nombreux cas, les composants de puissance sont poussés au maximum de leurs capacités, en réduisant les marges de sécurité et en augmentant à la fois la densité de puissance et la température maximum de jonction. Afin de garder la maîtrise de la fiabilité dans ces conditions, le recours à une modélisation bien adaptée s’avère  nécessaire.
Par ailleurs, la température représente l’un des paramètres les plus influents sur pratiquement tous les phénomènes de transport de charges dans les semi-conducteurs. Elle peut ainsi entrainer des modifications importantes des ondes de courant et de tension, qui conditionnent la puissance dissipée. Cette dernière étant la principale responsable de l’élévation de la température des composants, l’on aboutit donc à un couplage entre les grandeurs électriques et les grandeurs thermiques. Pour ces raisons, un calcul réaliste de la température de jonction doit, dans une grande majorité des cas, prendre en compte ce couplage électrothermique.
Il est important de noter qu’il n’existe pas un seul type de modélisation visant un large spectre de modes de fonctionnement ou d’investigations poursuivies. En effet, pour chaque régime de fonctionnement un modèle électrique spécifique doit être développé et il est associé à un modèle thermique des zones concernées par les phénomènes électrothermiques. Le but de cette adaptation est de cibler avec précision les phénomènes présumés responsables des défaillances tout en réduisant le temps de calcul.
Dans ce contexte, ce document expose les différentes méthodologies de modélisation électrothermique développées et adaptées aux classes de problèmes à traiter, ceci pour répondre aux différents besoins d’investigation liés à la fiabilité et à la robustesse des composants et systèmes de puissance.

The last ten years saw a lot of emerging applications for Wireless Sensor Network all over around us, toward the Internet of Things and Cyber Physical Systems. University of Berkeley is the first to propose the Berkeley Motes and nowadays a lot of Motes are available, but the real-world deployment of WSN is not yet done. Why? For many reasons. First of all, be able to real deploy everywhere and anytime the wireless sensor network, the most important requirement is the autonomy of wireless sensor network, so one of the major driver is the energy efficiency. Others major requirements are low cost, small size and user friendly communicating nodes. Moreover, as we will present in the next chapters, for many applications, like aerospace ones, it is necessary to re-think the complete wireless architecture to be able to satisfy that very demanding applications. The available communications protocols and architectures don’t answer the demand of those applications.

We tried to answer to these requirements during our research. We propose in this  research an energy efficient architecture for wireless sensor networks (WSN). To be able to respond to different demands on new services, this architecture is based on cross layering between MAC layers and PHY layer. As the demands of different applications are very different in term of distance, spectrum occupation, number of communicating nodes, the proposed solution is a reconfigurable PHY layer based on IR-UWB communication. Energy efficiency was the majoor driver in our developments. A design taking into account the whole system is necessary and was realized.

Les technologies de microscopie à force atomique pour les sciences du vivant créent un nouveau paradigme en apportant des réponses originales à d’anciennes questions ou en permettant de poser de nouvelles questions. Ces innovations nécessitent des développements technologiques interdisciplinaires qu’il convient de réaliser dans le respect et au meilleur niveau de chaque discipline. Ce faisant nous avons développé des pointes d’AFM bio fonctionnalisées pour appréhender les questions d’hydrophobie ou d’adhésion microbienne de façon originale. D’autres développements nous permettent de travailler avec l’AFM sur les cellules vivantes, au plus proche de leur environnement naturel. Ce manuscrit recense l’essentiel de ces travaux tout en mettant en avant une recherche productive et indépendante. L’ensemble du travail est bien entendu le fruit du travail de toute une équipe au sein de laquelle il est passionnant d’évoluer. La dernière partie du manuscrit décrit mes projets de recherche financés en cours, qui débute ou à venir.

Les codes identifiants ont été introduits par Karpovsky, Chakrabarty et Levitin en 1998 pour modéliser un problème de détection de défaillances dans les réseaux. Depuis, ces codes ont trouvé des applications dans des domaines divers tels que la surveillance de bâtiments par des réseaux de capteurs ou l’analyse de structures secondaires d’ARN.

Mes travaux se situent dans le champ des mathématiques discrètes. Ils portent sur l’étude des codes identifiants dans les graphes. La question générale consistant à déterminer la cardinalité minimum d’un tel code est un problème NP-difficile. Les questions abordées dans cette habilitation concernent :

• l’étude de structures régulières (grilles, puissances de cycles, hypercubes, produits de cliques, graphes de Sierpinski) ;
• les aspects algorithmiques (approximabilité du problème, algorithmes dédiés pour des classes particulières de graphes) ;
• les considérations structurelles (bornes générales, graphes extrémaux, construction de code)
• les codes adaptatifs.

Après une introduction au domaine et une discussion sur la dynamique actuelle de ce thème de recherche, je présenterai quelques-unes de mes contributions dans chacun des thèmes ci-dessus. En conclusion, je discuterai des sujets de recherche émergents liés à ces codes, et présenterai mes projets de recherche.

L’un des premiers domaines de la microélectronique concerne les capteurs de pression au silicium. Le domaine des MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), les microsystèmes en Europe, couvre un large champ de recherche. Mes travaux concernent la conception, la technologie et la caractérisation et peuvent correspondre à plusieurs niveaux d’intégration (matériau, composant, système). Ces recherches sont donc pluridisciplinaires et nécessitent de mettre en place des collaborations denses avec les meilleurs spécialistes de chaque domaine. Comme un thème scientifique s’étend de la création de nouveaux concepts au transfert industriel, il est primordial de lancer régulièrement de nouvelles thématiques avant la fin de la phase de transfert industriel afin de profiter des opportunités et des financements. J’ai ainsi travaillé sur trois thématiques scientifiques : les capteurs de pression en phase de transfert industriel, les MEMS RF en phase d’étude de fiabilité et les capteurs sans fil passifs à transduction électromagnétique en phase de validation des concepts.