Avec l'expansion des zones urbaines, la pollution de l'air et l'effet d'îlot de chaleur augmentent, entraînant des problèmes de santé pour les habitants et des changements climatiques mondiaux. Dans ce contexte, les arbres urbains sont une ressource précieuse pour améliorer la qualité de l'air et promouvoir les îlot de fraîcheur. D'autre part, les canopées sont soumises à des conditions spécifiques dans l'environnement urbain, causant la propagation de maladies et la diminution de l'espérance de vie parmi les arbres. Cette thèse explore le potentiel de la télédétection pour la cartographie automatique des arbres urbains, de la détection des couronnes d'arbres à l'estimation des espèces, une tâche préliminaire essentielle pour la conception des futures villes vertes, et pour une surveillance efficace de la végétation. Fondé sur des données hyperspectrales aéroportées, panchromatiques et un modèle numérique de surface, le premier objectif de cette thèse consiste à tirer parti de plusieurs sources de données pour améliorer les cartes d'arbres urbains existants, en testant différentes stratégies de fusion (fusion de caractéristiques et fusion de décision). La nature des résultats nous a conduit à optimiser la complémentarité des sources. En particulier, le deuxième objectif est d'étudier en profondeur la richesse des données hyperspectrales, en développant une approche d'ensemble classifier fondée sur des indices de végétation, où les "classifier" sont spécifiques aux espèces. Enfin, la première partie a mis en évidence l'intérêt de distinguer les arbres de rue des autres structures d'arbres urbains. Dans un cadre de Marked Point Process, le troisième objectif est de détecter les arbres en alignement urbain. Par le premier objectif, cette thèse démontre que les données hyperspectrales sont le principal moteur de la précision de la prédiction des espèces. La stratégie de fusion au niveau de décision est la plus appropriée pour améliorer la performance en comparaison des données hyperspectrales seules, mais de légères améliorations sont obtenues (quelques %) en raison de la faible complémentarité des caractéristiques texturales et structurelles en plus des caractéristiques spectrales. L'approche d'ensemble classifier développée dans la deuxième partie permet de classer les espèces d'arbres à partir de références au sol, avec des améliorations significatives par rapport à une approche standard de classification au niveau des caractéristiques. Chaque classifieur d'espèces extrait reflète les attributs spectraux discriminants de l'espèce et peut être relié à l'expertise des botanistes. Enfin, les arbres de rue peuvent être cartographiés grâce au terme d'interaction des MPP proposé qui modélise leurs caractéristiques contextuelles (alignement et hauteurs similaires). De nombreuses améliorations doivent être explorées comme la délimitation plus précise de la couronne de l'arbre, et plusieurs perspectives sont envisageables après cette thèse, parmi lesquelles le suivi de l'état de santé des arbres urbains.

Les contraintes imposées par la roadmap technologique nanométrique imposent aux fabricants de microélectronique une réduction de la variabilité de fabrication mais également de durcissement vis-à-vis des erreurs logiques induits par l’environnement radiatif naturel afin d’assurer un haut niveau de fiabilité. Certains travaux ont mis en évidence l'influence de la variabilité de fabrication et SET sur les circuits basés sur les technologies FinFET. Cependant jusqu’à lors, aucune approche pour les atténuer n’ont pu être présenté pour les technologies FinFET. Pour ces raisons, du point de vue de la conception, des efforts considérables doivent être déployés pour comprendre et réduire les impacts générés par ces deux problématiques de fiabilité. Dans ce contexte, les contributions principales de cette thèse sont: 1) étudier le comportement des cellules logiques FinFET en fonction des variations de fabrication et des effets de rayonnement; 2) évaluer quatre approches des durcissement au niveau du circuit afin de limiter les effets de variabilité (work-function fluctuation, WFF) de fabrication et des soft errors (SE); 3) fournir une comparaison entre toutes les techniques appliquées dans ce travail; 4) proposer le meilleur compromis entre performance, consommation, surface, et sensibilité aux corruptions de données et erreurs transitoires. Transistor reordering, decoupling cells, Schmitt Trigger, et sleep transistor sont quatre techniques prometteuses d’optimisation au niveau de circuit, explorées dans ce travail. Le potentiel de chacune d'elles pour rendre les cellules logiques plus robustes vis-à-vis variabilité de fabrication et de SE a été évalué. Cette thèse propose également une estimation des tendances comportementales en fonction du niveau de variabilité, des dimensionnements des transistors et des caractéristiques énergétique de particule ionisante comme transfert d'énergie linéaire. Lors de cette thèse, la variabilité de fabrication a été évaluée par des simulations Monte Carlo (MC) avec une WFF modélisé par une fonction Gaussienne utilisant le SPICE. La susceptibilité SE a été estimée à partir de d’outil de génération MC de radiations, MUSCA SEP3. Cet outil est basé sur des calculs MC afin de rendre compte des caractéristiques de l’environnement radiatif du design et des paramètres électriques des composants analysés. Les approches proposées par cette thèse améliorent l'état-de-l'art actuel en fournissant des options d’optimisation au niveau du circuit pour réduire les effets de variabilité de fabrication et la susceptibilité aux SE. La Transistor reordering peut augmenter la robustesse des cellules logiques pour une variabilité allant jusqu’à 8%, cependant cette approche n’est pas idéale pour la mitigation des SE. L’utilisation de decoupling cells permet de meilleurs résultats pour le contrôle de la variabilité de consommation avec des niveaux de variation supérieurs à 4%, et atténuant jusqu'à 10% la variabilité du délai pour la variabilité de fabrication de 3% de la WFF. D’un point de vue SE, cette technique permet une diminution de 10% de la sensibilité des cellules logiques étudiées. L’utilisation de structure Schmitt Triggers en sortie de cellule logique permet une amélioration allant jusqu’à 5% de la sensibilité à la variabilité de fabrication. Enfin, l’utilisation de sleep transistors améliore la variabilité de fabrication d'environ 12% pour 5% de WFF. La variabilité du délai dépend de la manière dont les transistors sont disposés au circuit. Cette méthode permet une immunité totale de la cellule logique y compris en régime near-threshold. En résumé, la meilleure approche de mitigation de la variabilité de fabrication semble être l’utilisation de structure Schmitt Triggers alors que l’utilisation de sleep transistors est le plus adapté pour l’optimisation de SE. Ainsi, selon les applications et contraintes, la méthode de durcissement par sleep transistors semble proposer le meilleur compromis.

Le nuage d'électrons se développant dans les chambres à vide du LHC lors de l'opérationdes faisceaux de protons engendre une charge thermique sur le système cryogénique deses aimants supraconducteurs. La valeur de cette charge thermique présente une fortedispersion entre les différents arcs du LHC, pourtant identiques par design, dont certainssont actuellement proches de la limite de la capacité cryogénique. Sous l'effet du nuaged'électrons, le conditionnement de la surface de cuivre des chambres à vide du LHCa lieu, réduisant son rendement d'électrons secondaires. Un tel processus est supposédécroitre l'activité du nuage vers un niveau acceptable pour l'opération du LHC et sembledonc localement mis en défaut. Ce travail a analysé les phénomènes de conditionnementdu cuivre ayant lieu dans le LHC afin d'expliquer les différences d'activités du nuageélectronique observées dans l'accélérateur. L'étude des mécanismes de conditionnementdu cuivre en laboratoire, à température ambiante, en remplaçant le nuage par un canon àélectrons, a mis en évidence le rôle crucial du carbone dans la décroissance du rendementd'électrons secondaires. L'étude du déconditionnement, ayant lieu à la remise à l'air d'unesurface irradiée (étape nécessaire à l'extraction de tubes faisceau du LHC) a permisd'établir une procédure limitant l'effacement de l'état de conditionnement in-situ de cescomposants en vue de l'analyse de leur surface en laboratoire. Des analyses réaliséessur des tubes faisceau extraits d'un aimant à faible charge thermique montrent que cessurfaces présentent des caractéristiques similaires à celles conditionnées en laboratoire.En revanche, les tubes faisceau extraits d'un aimant à forte charge thermique présententdu CuO ainsi qu'un taux de carbone surfacique extrêmement faible. Il est prouvé que cesmodifications résultent de l'opération du LHC et conduisent à un conditionnement altéréde ces surfaces. Ces modifications sont actuellement le meilleur candidat pour expliquerl'origine des différences de charge thermique observées dans le LHC.

L’exploration pétrolière et le monitoring de la contamination demeurent très limités dans les régions colonisées par la végétation. La présence de suintements naturels et de fuites d’installations pétrolières est bien souvent masquée par le feuillage, rendant inopérantes les technologies actuelles de détection du pétrole brut et des produits pétroliers. L’exposition de la végétation à ces composés affecte toutefois son état de santé et, par conséquent, ses propriétés optiques dans le domaine [400:2500] nm. Cela suggère de pouvoir détecter les suintements et les fuites d’installations de manière indirecte, en analysant l’état de santé de la végétation au travers de sa réflectance spectrale. Basée sur cette hypothèse, la présente thèse évalue le potentiel de l’imagerie hyperspectrale aéroportée à très haute résolution spatiale pour détecter et quantifier la contamination pétrolière en région tempérée végétalisée. Pour cela, une approche multi-échelles en trois étapes a été adoptée. La première étape a eu pour objet de développer une méthode de détection et de caractérisation de la contamination en conditions contrôlées, exploitant les propriétés optiques de Rubus fruticosus L. La méthode proposée combine 14 indices de végétation en classification et permet de détecter divers contaminants pétroliers avec précision, depuis l’échelle de la feuille jusqu’à celle du couvert. Son utilisation en conditions naturelles a été validée sur un bourbier de production contaminé, colonisé par la même espèce. Au cours de la seconde étape, une méthode de quantification des hydrocarbures pétroliers totaux, basée sur l’inversion d’un modèle de transfert radiatif, a été développée. Cette méthode exploite le contenu en pigments des feuilles, estimé à partir de leur signature spectrale, afin de prédire précisément le taux de contamination en hydrocarbures du sol. La dernière étape de l’approche a démontré la robustesse des deux méthodes en imagerie aéroportée. Celles-ci se sont montrées très performantes pour détecter et quantifier la contamination des bourbiers. Une autre méthode de quantification, basée sur la régression multiple, a également été proposée. Au terme de cette thèse, les trois méthodes proposées ont été validées pour une utilisation sur le terrain, à l’échelle de la feuille et du couvert, ainsi qu’en imagerie hyperspectrale aéroportée à très haute résolution spatiale. Leurs performances dépendent toutefois de l’espèce, de la saison et du niveau de contamination du sol. Une approche similaire a été conduite en conditions tropicales, permettant de mettre au point une méthode de quantification de la contamination adaptée à ce contexte. En vue d’une utilisation opérationnelle, un effort important reste nécessaire pour étendre le champ d’application des méthodes à d’autres contextes et envisager leur application sur les futurs capteurs hyperspectraux embarqués sur satellite et sur drone. Enfin, l’apport de la télédétection active (radar et LiDAR) est à considérer dans les recherches futures, afin de lever certaines limites propres à l’utilisation de la télédétection optique passive.

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.

Due to expected capacity bottlenecks of exploited microwave technologies, feeder links for data relay or broadband access systems will require the implementation of high capacity optical communication links between space and the ground. In this context, it is necessary to detail the investigation of the optical technologies and techniques that could enable the transmission of high data rates at optical frequencies through the Earth’s atmosphere, with regard to all kinds of the atmospheric phenomena. In particular, the adverse effects of atmospheric turbulence fading are of special relevance to optical communication systems for ground-to-space uplink applications. Although previous studies and experiments have demonstrated the feasibility of such optical links at low data rate, research is still needed to identify technical solutions and strategies adapted to the specific constraints imposed to these high-speed links in order to ensure the required level of performance. Against this background, various test benches have been developed to characterize different modulations and detection techniques for optical communication systems prior to be incorporated in the conceptual design of future 1-Tb/s ground-space optical links. The expected performances of such experimental demonstration are derived based on simulation models taking into account the atmospheric turbulence effects, in order to prove the feasibility of reliable ground-to-space high date rate optical communication links. The main objective of this thesis is the investigation of the free space optical communication through the atmosphere under different turbulence regimes. Both simulation and experimental demonstrations of such communications are considered and the associated results are detailed.

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.

Le domaine de l’imagerie a toujours fait l’objet de curiosité, que ce soit pour enregistrer une scène, ou voir au-delà des limites de l’oeil humain grâce aux détecteurs infrarouges. Ces deux types d’imagerie sont réalisés avec différents matériaux. Dans le domaine du visible, c’est le silicium qui domine, car son absorbance spectrale correspond bien au spectre visible et que ce matériau a été très étudié dans les dernières décennies. Dans le domaine de l’infrarouge, plus particulièrement le MWIR (Middle Wave InfraRed), l’InSb est un bon candidat car il s’agit d’un matériau très stable. Cependant, certaines contraintes telles qu’une bande interdite étroite peuvent être limitantes et cela nécessite une température d’opération cryogénique. Dans ces travaux, un signal parasite commun à ces deux matériaux est étudié : il s’agit du signal des télégraphistes (RTS : Random telegraph Signal) du courant d’obscurité. Ce phénomène provient d’un courant de fuite de l’élément photosensible du pixel (photodiode). En effet, même dans le noir, certains pixels des imageurs vont avoir une réponse temporelle qui va varier de façon discrète et aléatoire. Cela peut causer des problèmes de calibration, ou de la mauvaise détection d’étoiles par exemple. Dans cette étude, deux axes principaux sont étudiés : la caractérisation du signal pour pouvoir mieux l’appréhender, et la localisation des sources à l’origine du RTS dans la photodiode afin d’essayer de l’atténuer.

L'utilisation des capteurs d'images CCD et CMOS dans le domaine spatial requiert des performances électro-optiques élevées, mais aussi une capacité à pouvoir les prédire en amont de leurs conceptions. La Fonction de Transfert de Modulation (FTM) et l'efficacité de collection ou Rendement Quantique lnterne (IQE) sont deux critères de qualité qui permettent de quantifier leurs performances en termes de sensibilité et de qualité d'images respectivement. Le but de cette thèse est de proposer un modèle de FTM et d'lQE permettant la prédiction des performances des capteurs. Pour cela un premier travail a consisté à réaliser une analyse des modèles existants et leur domaine de validité. Les études menées sur la FTM et l'lQE ont montré l'importance de pouvoir modéliser la Fonction de Réponse du Pixel (PRF). Celle-ci contient à la fois les informations de crosstalk (CTK), de FTM et d‘lQE. Un nouveau modèle d'analyse de la collection de charges sous éclairement ponctuel a été proposé permettant de dériver des formulations analytiques de FTM, d'lQE et de CTK. Les résultats des modèles de FTM et d‘lQE ont été comparés avec des résultats expérimentaux et montrent une bonne corrélation avec les mesures notamment aux longueurs d'ondes du proche lnfrarouge. Afin de comparer le modèle de CTK avec des résultats expérimentaux, des structures de test et un banc de mesure de CTK ont été conçus. Le modèle de CTK a été comparé avec des simulations et avec des mesures et sont en bonne corrélation. Cette thèse apporte un nouvel élément dans l'élaboration d'un modèle de prédiction de la FTM et du QE des capteurs d'images qui permettra de dégager des voies d‘amélioration de ces paramètres.

Les milieux diffusants optiquement épais sont présents dans de nombreux champs d'application (nuages, peintures, sprays ou encore les milieux biologiques). Le développement de nouvelles technologies permettant de réaliser un diagnostic in situ sans perturbations est essentiel. L'objectif de ce travail de thèse est de décrire une méthode innovante pour déterminer la distribution en taille de particules diffusantes constituant un milieu épais. L'idée consiste à réaliser une mesure de spectre d'extinction associée à un algorithme d'inversion. D'un point de vue expérimental, cette mesure n'est possible qu'avec une source laser suffisamment brillante et accordable. De plus, la contribution diffusée qui perturbe la mesure doit être filtrée. Nous démontrons que les méthodes de spectroscopie femtoseconde offrent la possibilité de surmonter toutes ces difficultés.