Cette thèse explore l’utilisation des métasurfaces programmables (MP) dans le cadre de deux applications de communications sans fil. Dans la première partie, nous concevons et fabriquons un prototype de métasurface programmable massive, utilisé pour ajuster le facteur K des canaux de Rice dans une chambre réverbérante afin d’émuler des environnements de test réalistes. Nous mettons en évidence les limites des MP pour réduire la quantité d’énergie non brassée, essentielle à l’émulation des évanouissements de type Rayleigh, un aspect clé des tests de compatibilité électromagnétique (CEM). La seconde partie de la thèse se concentre sur l’analyse des origines de cette énergie non brassée et propose des solutions pour l’éliminer. Enfin, la dernière partie porte sur une application de communication par rétrodiffusion assistée par MP, où, cette dernière sert à encoder l’information numérique. Nous démontrons l’importance de la diffusion dans l’environnement pour améliorer la focalisation à une échelle sub-longueur d’onde et réduire le taux d’erreur binaire (BER).

Cette thèse aborde, tout d'abord, la synthèse et la fabrication de céramiques oxydes SrTa2O6 pour une utilisation potentielle dans des antennes à résonateur diélectrique miniatures (DRA) conçues pour des applications 5G en bande moyenne. Deux polymorphes SrTa2O6 ont été synthétisés : la phase β orthorhombique et la phase β' bronze de tungstène quadratique. À ~ 5 GHz, les céramiques β-SrTa2O6 ont montré une permittivité plus faible et des pertes diélectriques plus élevées (eeff ≈ 22, tand ≈ 1x10-2) comparé à β'- SrTa2O6 (eeff ≈ 79, tand ≈ 5x10-3). Le coefficient de température de la fréquence de résonance ‘tf’ se situe aux environs de +260 ppm/°C pour β et jusqu’à +319 ppm/°C pour β'. Un prototype de DRA utilisant β'-SrTa2O6 a démontré une excellente concordance avec les simulations, confirmant les propriétés diélectriques du matériau. La seconde étude porte sur le dépôt de films minces à partir d'une cible stoechiométrique (Sr2Ta2O7)0.98(La2Ti2 O7)0.02 (STLTO). La pulvérisation RF a produit des films déficients en Sr, identifiés comme SrTa2O6, présentant une accordabilité qui augmente avec la puissance RF et la température du substrat. Les films sur substrat Nb:SrTiO3 ont une permittivité d'environ 100, des pertes autour de 0,005 et une accordabilité allant jusqu'à 12 % à ~ 400 kV/cm, 100 kHz et température ambiante. Aucune accordabilité n'a été observée à des fréquences plus élevées (1 - 40 GHz). Une deuxième cible STLTO enrichie en strontium,(Sr1.4Ta0.6O2.9)0.9835(La2Ti2O7)0.0165, n'a pas permis d’atteindre des films monophasés. Les échantillons présentent des rapports Sr/Ta variables (0,9-1,2), une permittivité et des pertes incohérentes, et aucune accordabilité.

Les troubles de spectre de l'autisme (TSA) touchent entre 1 et 2 % de la population mondiale, causant notamment des difficultés de communication et d'interaction chez les personnes concernées. La plupart des personnes touchées par un TSA développe au cours de sa vie une passion profonde pour un objet ou un sujet (il peut s'agir aussi bien de la physique des particules que de cagettes en carton) qui prend une place très importante, venant jouer un rôle rassurant dans les situations génératrices d'angoisse. Cette passion est communément appelée intérêt électif, ou encore affinité. Si son rôle positif et son importance dans la vie des personnes autistes ont été largement décrits dans des témoignages de patients et de spécialistes, d'autres psychologues et psychiatres considèrent l'affinité comme une obsession qui empêche les personnes ayant un TSA de s'ouvrir au monde. Pour le moment, il n'existe aucune preuve objective en faveur de l'une ou l'autre de ces théories. Le but de cette thèse est d'utiliser l'oculométrie pour mesurer l'attention visuelle des personnes atteintes de TSA en présence de leur affinité, mais aussi face à des stimuli neutres, afin de détecter d'éventuelles différences. Des analyses croisées avec celles de psychologues ont permis de mettre en lien les caractéristiques autistiques des personnes ayant un TSA et leurs comportements visuels face à l’affinité.

Les futures générations de satellites de télécommunication doivent répondre à la possibilité de relocaliser dynamiquement les ressources embarquées dans le temps et l'espace. Les antennes actives à rayonnement direct sont considérées comme les candidates idéales pour répondre à ces nouveaux besoins. Toutefois, leurs architectures ouvrent de nouveaux défis en matière de conception d'antennes. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier et de développer des formateurs de faisceaux quasi-optiques capables d'alimenter avec de multiples faisceaux et sur de larges champs de vision un grand nombre d'éléments rayonnants tout en maintenant la complexité et la consommation d'énergie à des niveaux acceptables. Des outils hautes fréquences sont développés pour analyser les formateurs de faisceau quasi-optiques basés sur des miroirs façonnés et intégrés à l’intérieur d’un empilement de guides d'ondes à plaques parallèles. Ces outils permettent de synthétiser des formateurs de faisceaux quasi-optiques à double miroirs adressant de larges secteurs angulaires. Ces formateurs sont ensuite mis en œuvre sur carte PCB multicouches afin d'alimenter des réseaux d'antennes LEO. Le design du prototype et les résultats expérimentaux sont détaillés. Le démonstrateur représente des avancées significatives en termes de champ de vision, de nombre de faisceaux adressés et de mise en œuvre à faible coût.

Ces travaux présentent une étude approfondie d'antennes conçues pour répondre aux besoins de la future génération de la technologie sans fil 6G. Les antennes développées se démarquent par plusieurs caractéristiques innovantes. Elles assurent une couverture des bandes millimétriques allouées à la 6G, ce qui garantit une large bande passante pour une connectivité optimale. En outre, leur capacité de reconfigurabilité du diagramme de rayonnement leur confère une grande adaptabilité pour diverses applications. Leur transparence optique remarquable, atteignant environ 80% dans le domaine du visible, constitue également un aspect singulier. Une avancée significative réside dans l'adoption d'une approche d'antennes actives, exploitant uniquement trois diodes PIN. Cette configuration offre 8 possibilités d’états et de combinaisons, permettant ainsi un contrôle adapté de leur diagramme de rayonnement, tout en offrant une couverture angulaire étendue de 300°. En ajustant la résistance équivalente des diodes PIN, il est également possible de moduler précisément l'ouverture du faisceau. La conception d'un réseau d'antennes multifaisceaux optiquement transparentes, incluant une matrice de Butler associée à 4 antennes Vivaldi, apporte une dimension supplémentaire de contrôle des phases, ce qui représente une solution novatrice dans la gestion du rayonnement par des réseaux antennaires. Les mêmes antennes actives sont ensuite envisagées pour un système MIMO à quatre antennes. Les performances obtenues sont très encourageantes. Enfin, une nouvelle technologie de fabrication des lignes coplanaires et des ponts est introduite, permettant d'équilibrer les masses et de relier les lignes coupées de manière pratique et efficace. Ces avancées contribuent de manière significative à l'évolution des technologies antennaires pour relever les défis complexes de la connectivité sans fil à l'ère de la 6G.

Le concept d’antenne intelligente a émergé avec l’essor des réseaux de communications mobiles modernes, lesquels devant offrir toujours plus de débits et de services à des utilisateurs en mouvement. L’augmentation des capacités de calculs embarqués et de la maturité des traitements avancés (SIMO, MIMO), permettent aujourd’hui d’envisager l’emploi de telles antennes sur des porteurs en mouvement. Dans ce contexte, le déploiement de réseaux de communications multistandards et adaptatifs supportant des échanges de données hétérogènes – voix, images, vidéos – doivent pouvoir fonctionner dans des environnement dynamiques et complexes. L’objectif de cette thèse a consisté en premier lieu à proposer plusieurs antennes aux propriétés de rayonnement différentes opérant sur une très large gamme de fréquences. Certains modèles étudiés et réalisés ont nécessité la conception d’un système d’alimentation symétrique répondant au même besoin de bande passante. Par la suite, ces éléments rayonnants ont fait l’objet d’une étude de mise en réseau dont les performances ont été optimisées. Enfin, différents réseaux d’antennes étudiés ont été caractérisés au travers de simulations et de mesures SIMO/MIMO mettant en jeu des environnements de propagation variés : indoor et milieu urbain. Un démonstrateur ultra large bande à 4 et 8 antennes a été intégré sur véhicule mobile et a été mesuré.

Pour communiquer avec la direction des opérations, les fantassins de l'armée de terre sont équipés de postes radios portatifs fonctionnant dans les bandes VHF et UHF. L'utilisation de telles fréquences permet de s'affranchir du relief et de tout obstacle obstruant les canaux de propagation entre la station de base et le mobile. Toutefois, l'émission d'informations dans ces bandes de fréquences nécessite l'utilisation d'antennes pouvant atteindre des tailles supérieures à un mètre. Cette thèse propose l'utilisation de Matériaux Magnéto-Diélectriques (MMD), matériaux aux constantes diélectriques et magnétiques supérieures à un, afin d'augmenter la longueur électrique des antennes et par extension, de réduire leur hauteur. Afin de conserver une forte bande passante tout en maximisant la miniaturisation et en assurant un gain réalisé assez élevé pour maintenir une bonne portée de communication, l'utilisation de ce type de matériau a été couplée à deux méthodes d'adaptation permettant d'obtenir des performances compétitives par rapport aux systèmes utilisés auparavant. Finalement, un prototype composé d'une antenne monopole filaire de 50 cm positionné sur un boitier tactique et chargée par une hauteur de 10 cm de cylindres de MMD a été réalisé. Le couplage de ce chargement à un circuit d'adaptation optimisé a permis d'atteindre une miniaturisation de 54 % tout en conservant une bande passante de 100 % à - 5 dB couvrant la totalité de la bande militaire 30-88 MHz. Le gain réalisé de ce prototype a été mesuré et s'avère bien supérieur aux spécifications. Enfin, l'utilisation de toute ces méthodes a permis de conserver un diagramme de rayonnement omnidirectionnel garantissant une excellente réception.

L’évolution des standards de communication impose le besoin des architectures antennaires plus sophistiqués associés à des techniques de diversité d’antennes et de formation de faisceaux. Ce type d’antennes offre des nouvelles possibilités pour les applications sans fil en termes d’efficacité spectrale, de fiabilité des liens radio, de réduction de l’impact environnementale ainsi que l’accroissement des capacités des systèmes de communications. Cependant, les techniques conventionnelles de formation de faisceaux entraînent souvent une augmentation significative de la taille de l’antenne. Par conséquent, l’intégration de tel système dans des petits appareils sans fil est relativement limitée. Les réseaux d’antennes compactes et superdirectifs constituent une solution innovante et attrayante pour surmonter ces problèmes. Néanmoins, ils présentent nombreux inconvénients notamment une faible efficacité de rayonnement, un très faible gain et une bande passante très étroite. Ces inconvénients limitent l'utilité des réseaux superdirectifs pour répondre aux besoins des technologies sans fil de nouvelles générations. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes d’optimisation multi-objectif, basées sur la théorie des modes caractéristiques (NCM), la théorie du facteur de réseau ainsi que les réseaux de neurones artificiels (RNA) pour la conception et le développement de nouvelles architectures antennaires compactes, superdirectives, efficaces et large bande pour des applications 5G.

Les dispositifs médicaux implantables transforment la façon dont nous prenons soin de notre santé. Ils peuvent surveiller les signaux de notre corps et fournir des traitements personnalisés. Toutefois, ces dispositifs sont limités parce qu'ils dépendent de grosses batteries qui doivent être remplacées par chirurgie. Ainsi, il est essentiel de trouver des moyens de les alimenter sans utiliser de piles, ce qui les rendrait encore plus petits et plus performants. Cette thèse relève ce défi en développant de nouveaux moyens d'alimenter sans fil ces dispositifs profondément implantés. Tout d'abord, elle explore la façon dont l'énergie voyage entre l'émetteur à l'extérieur du corps et le récepteur implanté afin de trouver la meilleure façon de l'alimenter. Ensuite, il introduit des techniques uniques qui utilisent des algorithmes innovants pour s'assurer que ces dispositifs peuvent être alimentés efficacement et en toute sécurité. À cette fin, cette thèse utilise des modèles numériques et des exemples pratiques pour montrer le fonctionnement et les performances de ces nouvelles techniques. Ces modèles sont également utilisés pour comparer cette nouvelle technique aux méthodes courantes. Enfin, elle donne des conseils pratiques sur la manière de la mettre en œuvre concrètement. Finalement, cette recherche aide à développer des dispositifs médicaux sans pile qui sont efficaces et peuvent être adaptés à différentes applications. Elle garantit également la sécurité des patients et donne des indications sur la manière d'alimenter la prochaine génération de dispositifs bioélectroniques. Enfin, elle offre une perspective sur l'avenir des technologies d'alimentation sans fil appliquées aux implants médicaux.

La demande croissante de systèmes à large bande et à large scan pour les liaisons de communication par satellite (SatCom) requiert des technologies plus efficaces et complexes. Les antennes à réseau phasé actif, comme le "Connected Slot", sont la conception la plus intrigante de ces dernières années. Par conséquent, les exigences sont extrêmement élevées: large bande passante, proche d'une décennie, faible un rapport d'onde stationnaires actif ROS < 3 et une bonne pureté de polarisation. Une grand angle en élévation (jusqu'à 60°) sur un secteur angulaire couvrant tout le plan azimutal est également exigée. Cette thèse vise à analyser, concevoir et fabriquer un prototype de réseau de 10x10 éléments. Les réseaux consistent en une ouverture de slot avec un réflecteur de support et des sections d'adaptation de superstrat caractérisées par des couches diélectriques artificielles (ADLs). Des couches métalliques imprimées sont introduites dans un hôte diélectrique pour réduire la permittivité et supprimer les ondes de surface. L'objectif de la thèse est d'élargir la bande passante avec de nouvelles innovations sur le plan de rayonnement pour obtenir une meilleure adaptation d'impédance. Un empilement final concernant les problèmes possibles a été présenté et est en cours de fabrication. Une configuration finale et des résultats de simulation ont été discutés.