Les décharges électrostatiques (ESD) sont dues aux interactions entre le panneau solaire et l'environnement spatial. Majoritairement bénignes pour le satellite, elles peuvent cependant mener à la création d'un arc secondaire qui court-circuite une partie du générateur solaire. L'arc secondaire se déclenche dans un plasma de décharge appelé flash-over créé par l'ESD. En effet, le flash-over constitue le milieu conducteur idéal à l'apparition d’un arc. Cette thèse présente un modèle physique de la génération et de la propagation du flash-over. Ce modèle doit permettre d'identifier les situations propices au passage à l'arc. L'étude de la propagation du flash-over se fait en deux parties. Dans un premier temps, un modèle de spot cathodique est construit. Il s'agit du point d'émission du plasma, le modèle fourni les caractéristiques physiques du flash-over (température, densité, etc.). Il est adapté pour correspondre parfaitement à l'étude du flash-over, notamment en ce qui concerne la géométrie du système et l'influence de l'environnement spatial. La deuxième partie de l'étude porte sur le couplage entre le modèle de spot et un modèle d'expansion d'un plasma dans le vide. Le modèle ainsi obtenu prédit l'évolution du flash-over à la surface d'un panneau solaire. Il fournit notamment une durée maximale de la décharge et la température du plasma. Les résultats obtenus sont comparés avec des mesures expérimentales effectuées sur des panneaux entiers. Le modèle présenté dans ce manuscrit est un socle robuste, validé expérimentalement, qui permet d'expliquer le phénomène de flash-over et sa propagation à la surface du panneau solaire. Des premières pistes d'améliorations ont été étudiées et sont présentées afin de rendre compte des possibilités offertes par le modèle.

Supposons qu'on image en transmission ou en rétrodiffusion un milieu éclairé en lumière cohérente. Supposons également que ce milieu est tel que la phase du champ rétrodiffusé apparaît en tout point comme aléatoire. On obtient alors un motif également aléatoire constitué de grains: du speckle.Si, de plus, le milieu varie au cours du temps, le signal de speckle fluctue également. Imager certaines statistiques temporelles du signal peut alors permettre d'imager le mouvement: c'est l'objet de l'imagerie de speckle dynamique. Ses applications sont nombreuses : étude de suspensions colloïdales, de séchage de peinture, imagerie médicale. Elle s'appuie souvent sur l'autocorrélation temporelle du signal: la forme de cette dernière renseigne sur le type de mouvement, et son temps caractéristique de décroissance est lié à la vitesse de fluctuation du milieu.Cependant, faute de caméras suffisamment rapides, il a longtemps été impossible d'accéder directement à l'autocorrélation temporelle des signaux rencontrés expérimentalement. L'accès aux caractéristiques du mouvement n'était donc possible que via des méthodes indirectes, comme le contraste, assez imprécises et qualitatives. Toutefois, ces dernières années, la diffusion de plus en plus large de caméras haute cadence (jusqu'à plusieurs dizaines de kHz), a changé la donne. La voie s'est ainsi ouverte à un raffinement considérable des modèles et à des gains importants en précision et en rapidité de traitement.Une telle caméra a été utilisée dans le cadre de ces travaux de thèse. Elle a permis d'imager la vascularisation sous-cutanée sur des zones variées du corps humain. On a ainsi pu évaluer la pertinence de plusieurs paramètres pour imager qualitativement le mouvement: l'efficacité du premier terme de la fonction d'autocorrélation, par exemple, a été mise en évidence. Dans le même temps, on a aussi pu constater certaines limites du speckle dynamique que la très haute cadence ne permettait pas de lever. Ainsi, au-delà d'un certain seuil, augmenter la cadence n'apporte plus d'information, tandis que l'hypothèse de stationnarité du signal est ébranlée par les effets de la pulsation cardiaque. Ces limites ne remettent pas en question l'apport considérable de la haute cadence, mais illustrent à quel point il s'agit d'un changement de paradigme.Pour en prendre la pleine mesure et exploiter au maximum le gain en résolution temporelle permis par les caméras rapides, il est nécessaire, en parallèle des études expérimentales, d'affiner les modèles existants. C'est dans cette optique qu'un travail de modélisation et de simulation du système d'imagerie a été mené. Notre but était de relier le plus précisément possible un type de dynamique du milieu aux statistiques du signal obtenu. Ainsi, il a été possible de redémontrer rigoureusement et de nuancer des résultats tenus pour phénoménologiques dans la littérature, tels que certains modèles d'autocorrélation temporelle. Ces résultats fondent la possibilité, à terme, de remonter à des grandeurs physiques fiables à partir d'un signal de speckle dynamique.Enfin, comme les modèles inverses de speckle dynamique s'appuient sur des statistiques parfois complexes sur les signaux, il convient de s'assurer que celles-ci ne sont pas altérées par des traitements tiers. En particulier, beaucoup d'opérations de traitement du signal, notamment de rééchantillonnage (sur-échantillonnage, sous-échantillonnage, recalage) sont effectuées sans conscience des effets considérables qu'elles peuvent avoir sur les statistiques du signal. Un troisième axe de ces travaux a donc consisté à caractériser ces effets en fonction des méthodes utilisées. Il a par exemple été établi qu'un filtre passe-bas (préalable à un sous-échantillonnage) tend à générer d'autant plus de corrélation longue distance qu'il est resserré en fréquence --- et donc qu'il permet d'éviter l'aliasing. Le même type de résultat a été établi avec les méthodes d'interpolation.

Gaz ionisés composés d’électrons, d’ions et de neutres, les décharges plasmas ont déjà démontré leur potentialité pour le développement de systèmes radiofréquences et micro-ondes. Plus particulièrement, le contrôle de la densité électronique et l’aspect allumage/extinction (mode ON/OFF) des décharges plasmas suscitent un intérêt croissant pour le développement d’antennes furtives reconfigurables en fréquence et/ou en diagramme de rayonnement. Ces antennes exploitent principalement deux comportements électromagnétiques des décharges plasmas, le comportement électrique, pour lequel la partie réelle de la permittivité relative du plasma est grandement négative, et le comportement diélectrique lorsque cette dernière est comprise entre 0 et 1.Récemment, un nouveau type d’antenne plasma miniature a été proposé et expérimentalement étudié en bande VHF [1]. Dans son utilisation, le plasma ne se comporte ni comme un bon conducteur électrique, ni comme un matériau diélectrique, mais comme un mauvais conducteur aussi appelé matériau ENG (Epsilon NéGatif). L’antenne consiste alors en un monopole miniature couplé à un résonateur ENG hémisphérique de dimension sub-longueur d’onde obtenu grâce à une décharge plasma. Les travaux présentés dans [1], issus d’une précédente thèse [2], permirent de mettre en évidence un phénomène de résonance associé à un rayonnement électromagnétique de l’antenne plasma miniature. La reconfigurabilité en fréquence de l’antenne a également été observée en modifiant la puissance électromagnétique communiquée au plasma et donc sa densité électronique.Dans ces travaux de thèse, nous poursuivons le développement de cette antenne plasma miniature. Plus spécifiquement, ce travail de recherche a pour but de : • comprendre le phénomène physique opérant au sein du plasma à l’origine du rayonnement électromagnétique de l’antenne plasma miniature • mettre en œuvre des dispositifs de mesure pour évaluer ses performances antennaires, • étudier expérimentalement les propriétés potentielles de durcissement électromagnétique de l’antenne • proposer une modélisation numérique de cette antenne non-standard.Au cours de cette thèse, les différents travaux de recherche ayant été menés afin de répondre aux objectifs sont : • un état de l’art sur les antennes à plasma • le développement d’un modèle analytique afin de proposer une description phénoménologique de la résonance plasmonique, phénomène physique à l’origine du rayonnement électromagnétique de l’antenne • l’élaboration de dispositifs de mesure dédiés à la caractérisation des propriétés de cette antenne • la mesure des performances de l’antenne plasma miniature ainsi que la mise en évidence expérimentale de ses propriétés de durcissement électromagnétique • la mise en œuvre d’une stratégie pour modéliser numériquement cette antenne plasma miniature

Les pressions climatiques et anthropiques croissantes font des écorégions méditerranéennes, des réservoirs exceptionnels de biodiversité, certains des écosystèmes les plus menacés. Les méthodes de télédétection aéroportée et satellitaire, qui peuvent permettre d'obtenir des estimations sur de vastes étendues de façon régulière, sont particulièrement adaptée aux futurs efforts globaux de suivi de la biodiversité végétale. Cependant, de nombreuses difficultés survienne quand les écosystèmes imagés sont composés de canopées ouvertes, particulièrement présentes dans les régions au climat méditerranéen. Cette thèse a pour objectif de développer des méthodes d'estimation de traits de végétation de canopées ouvertes, quand les connaissances terrains sont insuffisantes pour directement calibrer des modèles de régression. Initialement, des images aéroportées acquises avec un GSD de 18 m ont été utilisées. En utilisant le modèle DART, une modélisation simplifiée des forêts, avec des couronnes ellipsoïdales et un sol plat lambertien, a été démontrée suffisante pour réaliser des estimation de LAI et de contenus en pigments foliaires par méthode physique. Ensuite, des travaux exploratoires ont été menés pour identifier une méthode permettant d'estimer EWT et LMA de façon satisfaisante, tout d'abord en considérant des raffinements dans les pas d'échantillonnages utilisés pour générer les bases de données, puis en évaluant l'influence de la modélisation en 3D au sein de DART sur les propriétés radiatives des arbres. Enfin, les différents résultats ont été utilisés pour estimer plusieurs traits de végétation (fraction de trous, contenus foliaires en chlorophylles et caroténoïdes, EWT, LMA) à partir d'images hyperspectrales satellitaires synthétiques ayant des GSD de 8 m et 30 m en utilisant un méthode hybride. Cette thèse a démontré que les méthodes physiques et hybrides étaient adéquates pour l'estimation de plusieurs traits de végétation à partir d'images hyperspectrales satellitaires ayant des GSD de 8 à 30 m dans un contexte opérationnel, n'utilisant que peu ou pas de connaissances a priori. Pour consolider les résultats, de plus amples travaux sont nécessaires pour tester ces méthodes sur différents écosystèmes qui présenteraient plus de diversité, et pour d'autres traits de végétation. De plus, identifier des méthodes d'estimation pour les périodes où le sous-bois est photosynthétiquement actif serait nécessaire pour suivre les forêts tout au long du cycle phénologique annuel.

Dans un contexte très concurrentiel et riche d’innovations, il est crucial de pouvoir évaluer les performances des capteurs de manières précises. Pour ce faire deux supports de caractérisation sont envisageables : le capteur complet ou les structures de test. Sur le capteur complet sont extraits des paramètres dans un environnement et des conditions proches de l’application. Les structures de test, elles, permettent de ne s’intéresser qu’à une zone spécifique d’un pixel et de pouvoir étudier les phénomènes physiques en jeu et dissocier les différentes contributions possibles à un paramètre pixel étudié. Une meilleure compréhension de ce même paramètre extrait sur capteur complet est alors possible. De plus elles facilitent l’étude de différents essais de procédés en début de développement. Les travaux de cette thèse proposent de nouvelles méthodologies de mesure et de caractérisation de paramètres sur structures de test complémentaires à ce qui se fait sur un capteur complet. Dans ce manuscrit sont développées notamment de nouvelles structures de test afin d’étudier la contribution de l’interface arrière de pixels BSI au courant d’obscurité. Une nouvelle méthode d’extraction de potentiels est également présentée et permet l’extraction d’une multitude de potentiels d’intérêts présents dans les pixels. Enfin une nouvelle méthode d’extraction de la charge à saturation sur structures de test est proposée.

L’imagerie à haute-vitesse sans distorsions spatiales est devenue cruciale pour une large gamme d’applications comme la vision industrielle, la reconnaissance du mouvement et l’imagerie de la Terre depuis l’espace. La technologie d’imagerie CMOS a donc évolué vers une modalité de prise de vue appelée « snapshot », grâce au développement des Capteurs d’Image à Obturation Globale. Néanmoins, ce type d’imageurs présente une dégradation des performances due à une sensibilité à la lumière parasite non-négligeable du Nœud de Stockage, qui en limite l’exploitation. Bien que beaucoup de travaux aient été consacrés à la réduction de la Sensibilité à la Lumière Parasite, il existe des interrogations et des manquements relatifs à la caractérisation et la modélisation de cette figure de mérite.Ces travaux s’intéressent au développement d’un cadre pour la modélisation, la caractérisation et l’atténuation de la Sensibilité à la Lumière Parasite dans les imageurs CMOS à Obturation Globale.Le cadre se base sur le développement d’une métrique pour la caractérisation, d’une méthode de simulation et de différentes méthodes de correction en post-traitement dans le but de faire émerger des recommandations pour la conception et d'augmenter les performances des imageurs de manière efficace et peu coûteuse.

La contamination moléculaire des satellites est un phénomène de pollution des surfaces des satellites en orbite. Elle désigne la formation de dépôts de molécules indésirés qui peuvent modifier les propriétés des surfaces des composants qui en sont sensibles. Ces molécules sont issues des matériaux du satellite, de l’activité humaine et de la propulsion. Les performances des composants sensibles, généralement optiques ou thermiques, peuvent être dégradées jusqu’à entrainer une perte de fonctionnalité. La contamination moléculaire peut alors mettre en péril les objectifs de la mission spatiale. Pour garantir le succès de la mission, il est alors nécessaire de maîtriser les niveaux de contaminants. La quantification des dépôts moléculaires pendant la phase de conception repose sur des prédictions à l’échelle de la mission spatiale. Chaque molécule qui constitue les dépôts possède ses propres propriétés de dégazage, d’adsorption et de réémission. L’identification et la détermination de la contribution des molécules qui constituent un mélange, appelée séparation des espèces, est nécessaire pour pouvoir réaliser des prédictions fiables. Les techniques standards de caractérisation actuelles de la contamination, utilisées pour obtenir les paramètres numériques des modèles, se basent majoritairement sur des analyses thermogravimétriques de microbalances à quartz (ATG). Bien que les cinétiques de réémission des molécules soient différentes suivant leur nature chimique, elles sont thermiquement proches. La séparation obtenue par analyses thermogravimétriques est incomplète car les signaux des différentes espèces se chevauchent. Cela induit une incertitude sur les paramètres numériques, et peut entraîner des erreurs de plusieurs ordres de grandeurs sur les niveaux de contamination prédits. Pour résoudre ce problème, l’ONERA a développé une méthode de séparation basée sur le couplage in situ et en temps réel d’analyses thermogravimétriques et d’un spectromètre de masse (ATG/SM). Son objectif est d’obtenir avec plus de précision les contributions de chaque espèce dans le mélange, afin de réduire les incertitudes générées sur les paramètres numériques et les erreurs commises sur les prédictions des niveaux de contamination. Ces informations permettent également d’avoir un regard neuf sur la physique qui régit la contamination. Les travaux de la présente thèse s’inscrivent dans la continuité de cette démarche de développement de la méthode ATG/SM avec pour objectif de caractériser les molécules les moins volatiles, pourtant les plus dangereuses en orbite. La première mission ont consisté à augmenter les capacités de génération de données de spectrométrie de masse à haute température. Les travaux se sont ensuite orientés vers le développement de la régulation thermique du porte-échantillon et l’augmentation de la sensibilité du spectromètre de masse. Grâce au développement d’un nouveau traitement de données, cette étude a permis de réaliser une séparation complète du matériau spatial Scotchweld EC2216.

Inspirés des technologies microélectroniques CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), les capteurs d’images CMOS sont largement utilisés dans de nombreuses applications grand public et prédominent sur le marché commercial des caméras intégrées. Au cours de la dernière décennie, de nombreuses avancées technologiques ont permis au capteur d’image CMOS d’atteindre d’excellentes performances ainsi qu’une faible consommation d’énergie. Par conséquent, ces imageurs deviennent des candidats essentiels pour un nombre croissant d’applications spatiales et nucléaires. Cependant, le comportement de ces dispositifs microélectroniques dans les environnements radiatifs nucléaires et spatiaux est encore mal compris. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier les différents mécanismes qui conduisent à la dégradation des performances des capteurs d’images CMOS et en particulier à l’augmentation du courant d’obscurité, un signal parasite qui augmente avec les doses de radiations.Parmi ces doses de radiations, la dose dite de déplacement, relative à l’altération de la structure cristalline du silicium, reste peu étudiée par rapport à la dose dite ionisante. Dans les dernières technologies de capteurs d’images CMOS utilisant des photodiodes pincées, la dose ionisante n’est plus le mécanisme de dégradation dominant dès lors que la dose de déplacement est mise en jeu. La dose de déplacement devient le mécanisme de dégradation principal qui conduit à l’augmentation du courant d’obscurité. Ce travail se concentre principalement sur le rôle des défauts cristallins, créés par la dose de déplacement induits par les radiations, dans l’augmentation du courant d’obscurité des capteurs d’images CMOS. Un intérêt particulier est accordé aux défauts métastables qui sont probablement la cause des fluctuations discrètes et aléatoires du courant d’obscurité appelé : signal des télégraphistes. Cette étude présente un double enjeu :Le premier vise à contribuer à l’amélioration des connaissances des principes physiques mis en jeu dans le silicium cristallin face aux radiations. Les interactions particule-matière,associées à l’architecture spécifique des capteurs d’images, visent à fournir des outils fiables pour l’analyse des défauts induits par les radiations dans le silicium. Ces observations et résultats peuvent être étendus à tous les dispositifs à base de silicium et plus généralement aux autres dispositifs à semi conducteurs.Le second vise à identifier les différents mécanismes conduisant à l’augmentation du courant d’obscurité des capteurs d’images CMOS lorsqu’ils fonctionnent dans des environnements radiatifs. L’étude vise à identifier et à améliorer la connaissance des comportements des sources de courant d’obscurité dans le but d’optimiser les capteurs d’images CMOS pour les futures applications spatiales et nucléaires.

La croissance des services de télécommunications et l’augmentation du trafic de données à l’échelle mondiale favorise le développement et l’intégration de différents réseaux de transmission de données. Un exemple de ce développement est constitué par les réseaux de fibres optiques, qui sont actuellement chargés d’interconnecter les continents par des liaisons longues avec des taux de transfert importants. Les réseaux optiques, ainsi que les réseaux supportés par d’autres moyens de transmission, utilisent des signaux électriques à certaines fréquences pour la synchronisation des éléments du réseau. La qualité de ces signaux est un facteur décisif dans la performance globale du système, c’est pourquoi leur bruit de phase doit être aussi faible que possible.Ce document décrit la conception et la mise en œuvre d’un système optoélectronique pour la génération de signaux micro-ondes à l’aide de diodes laser à cavité verticale (VCSEL) et son intégration dans un système de transmission optique de données. Compte tenu du fait que le système proposé intègre un laser VCSEL directement modulé, une caractérisation théorique et expérimentale a été élaborée sur la base des équations d’évolution du laser, de mesures dynamiques et statiques, et d’un modèle électrique équivalent de la région active. Cette méthode a permis l’extraction de certains paramètres intrinsèques du VCSEL, ainsi que la validation et la simulation de ses performances dans différentes conditions de modulation.Le VCSEL utilisé émet en bande C et a été sélectionné en considérant que cette bande est couramment utilisée dans les liaisons à longue distance.Le système proposé est constitué d’une boucle fermée qui déclenche l’oscillation grâce aux sources de bruit des composants et module le VCSEL en fort signal pour générer des impulsions optiques (gain switching). Ces impulsions optiques, qui dans le domaine des fréquences correspondent à un peigne de fréquences optiques, sont détectées pour générer simultanément une fréquence fondamentale (déterminée par un filtre passe-bande) et plusieurs harmoniques.Le bruit de phase mesuré à10 kHz de la porteuse à1,25 GHz est de -127,8 dBc/Hz, et constitue la valeur la plus faible signalée dans la littérature pour cette fréquence et cette architecture.La gigue et la largeur d’impulsion optique ont été déterminées lorsque différentes cavités résonantes et différents courants de polarisation étaient utilisés.

Les méthodes de diagnostic par méthode lidar donnent des informations sur les paramètres optiques du milieu (coefficients de diffusion et d’absorption). Ces grandeurs dépendent des propriétés de la lumière (longueur d’onde, polarisation) et sont ensuite utilisées pour remonter aux propriétés microscopiques du milieu comme la distribution en taille, la morphologie, l’indice optique ou la concentration en particules. Cependant, les techniques lidar actuelles présentent des limitations. Les sources laser utilisées sont limitées à quelques longueurs d’onde visible ou proche infrarouge et l’identification des propriétés microphysiques nécessite une connaissance a priori du milieu diffusant. Des hypothèses sont formulées pour contraindre les méthodes d’inversion et remonter aux informations d’intérêt sur des aérosols naturels et anthropiques (particules carbonées, poussières désertiques, cendres volcaniques, etc.). En outre, les lidars actuels considèrent des portées kilométriques alors que de nouveaux besoins existent à courte distance : réalisation de mesures in situ en sortie de tuyères, contrôle local de panaches industriels à haute résolution spatiale… Les sources laser supercontinuum s’étendent du visible à l’infrarouge et offrent de nouvelles possibilités de mesures des propriétés optiques des aérosols sur un large domaine spectral continu. Leur utilisation dans les systèmes lidars est envisagée pour identifier les propriétés optiques du milieu sur toute une gamme continue de longueurs d’onde. L’un des objectifs majeurs de cette thèse est de démontrer la viabilité des lidars supercontinuum pour la caractérisation spectrale de cibles surfaciques et volumiques à haute résolution spatiale. Le premier axe concerne l’étude numérique du système avec le développement du simulateur PERFALIS. Le second axe se concentre sur la conception instrumentale d’un lidar appelé COLIBRIS. Il a permis de réaliser des mesures lidar à courte portée et à haute résolution spatiale (submétrique). Une première version a été proposée en analyse monochromatique et une seconde avec une analyse hyperspectrale de la lumière rétrodiffusée. Enfin, une nouvelle méthode d’inversion lidar nommée ST-LIM a été développée pour identifier les propriétés optiques d’un panache sans hypothèse a priori sur le rapport lidar (paramètre optique caractérisant le milieu sondé). La comparaison de mesures expérimentales avec les résultats de simulations valide le simulateur lidar dans ses deux modes de fonctionnement (monochromatique et hyperspectral). Les résultats montrent qu’il est important de considérer la forme réelle des impulsions laser lors de l’interaction lumière-matière dans le cas de sondages de panaches de faible épaisseur à haute résolution spatiale. À l’avenir, le simulateur lidar pourra être utilisé pour dimensionner de nouveaux instruments lidar supercontinuum ou monochromatiques et d’étudier leurs performances pour des versions embarquables.