Cette thèse cofinancée par le CNRS et Framatome a porté sur l'étude d'une cavité supraconductrice de type spoke et de son coupleur de puissance associé. Les résultats ont été utilisés dans le cadre du 5ème PCRD et notamment pour l'accélérateur linéaire de protons de forte intensité(6mA) du projet de réacteur hybride XADS. La cavité (F=352MHz, BETA=0.35) a été testée à 4K et 2K. Ses performances à 4K donnent des marges confortables par rapport au cahier des charges XADS, ce qui est utile pour la fiabilité de l'installation. A 2K le champ accélérateur maximum est de 16MV/M ce qui est une référence mondiale.Le port de couplage de la cavité a été optimisé : sa position et son diamètre ont été modifiés pour diminuer les pertes HF sur l'antenne et limiter les risques de multipacting. Pour minimiser les pertes HF le mode de couplage avec la cavité choisie est électrique.Différents types de fenêtre céramique ont été étudiés afin de rendre fiable ce point critique du coupleur : disques coaxiaux avec ou sans chokes ou cylindrique creux coaxial . L'optimisation a porté sur la puissance réfléchie, les pertes dans la céramique, et le champ électrique de surface. Le disque muni de choke a également été modélisé et a fait l'objet d'une étude grâce à la théorie des lignes. L'ensemble des fenêtres a été étudié de manière systématique en fonction de différents paramètres géométriques. Le disque sans chokes semble un bon candidat pour notre application. La source de puissance sera un amplificateur état solide. Un coupleur entièrement coaxial est réalisable et sera fabriqué et testé prochainement.

Both the conditions of the epitaxial growth of YBCO thin films on silicon and the MOS devices operation at 77 K are well known. So, we have defined the technological solutions for the monolithic integration of high temperature superconductor bolometers (YBCO) and amplifiers based on PMOS devices. We have replaced their Al metallization by a Pt/Ti structure. The drain and source contacts were obtained by the preliminary formation of Mo-Si compounds. The YBCO thin film was deposited on silicon using CeO2/Yttria-Stabilized-Zirconia (Y SZ) buffer layers and showed a Tc of 86K. The bolometers and the transistors were successfully tested separetely at 300K and 77K. The co-fabrication on the same silicon substrate of YBCO and PMOS devices is a very promising starting point for a new generation of integrated circuits combining the advantages of the superconductive properties of YBCO and electronics in silicon technolgy.

En physique nucléaire, l'interaction faisceau-cible engendre une multitude d'événements qui ne sont pas tous d'intérêt pour le phénomène physique étudié. Il est donc important de disposer d'un système de sélection nommé trigger. Nous avons étudié et réalisé un nouveau trigger adapté aux expériences menées au GANIL. Nous avons présenté un historique des différents triggers utilisés aux GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) et avons montré la nécessité d'un nouveau trigger modulaire, universel et ouvert. Après une description des différents modes de fonctionnement du nouveau trigger (GANIL Master Trigger, GMT) nous avons décrit les phases de sa conception et de sa réalisation. Le trigger renseigne sur la configuration des détecteurs temporels, or cette information peut être fondamentale dans le cas où la fenêtre d'analyse du trigger couvre plusieurs périodes du faisceau. Nous avons donc proposé une structure de mesure de temps (Time to Digital Converter, TDC) qui permet de lever cette indétermination. Les contraintes de temps mort, d'intégration et de consommation nous ont conduit à proposer une architecture numérique basée sur un compteur associé à une ligne A Retard (LAR). Des calculs simples ont permis de définir la zone de fonctionnement du TDC. Cette zone dépend du rapport cyclique de l'horloge et des retards de la LAR. Des mesures de Non Linéarité Différentielle (NLD) pour des résolutions différentes (1,2,5 et 10 ns) ont permis d'établir les limites de ce système et de mettre en évidence des solutions d'amélioration de ces caractéristiques.

In this thesis, we present the conception, the performances studies and the first tests in the Cosmic Muon Telescope situated at SLAC of a new detector for the particle identification in the forward region of the SuperB detector.This detector is based on time-of-flight (TOF) technique. To identify the particles with momentum up to 3 GeV/c and flight base around two meters we need a TOF detector able to measure the time with a precision of about 30 ps. To achieve this goal we have conceived a device producing Cherenkov light in a fused silica (quartz) radiator, by a charged particle, which then detected with very fast photodetectors and dedicated ultrafast electronics. We call it, the DIRC-like TOF detector.For what concern the photodetectors, the HAMAMATSU SL-10 MCP-PMT has been characterized at LAL test bunch and the time resolution of about 37 ps has been measured. The new 16-channel USB WaveCatcher electronics developed by LAL (CNRS/IN2P3) and CEA/IRFU has shown to have a jitter of less than 10 ps. The geometry of the quartz detector has been then carefully studied with Geant4 simulation. Which shows that the best detector geometry allow to reach the time resolution of about 90 ps per photoelectron with at least 10 photoelectrons detected, giving in average the desired 30 ps total time resolution.We have constructed a prototype of such device, using the quartz bars available from the Babar experiment, and we have installed it, in the SLAC Cosmic Ray Telescope. A time resolution of about 70 ps per photoelectron was obtained, in agreement with simulation.This proof-of-principle has convinced the SuperB Collaboration to adopt such a device as the baseline for the SuperB particle identification detector in the forward region. The delicate point which is still opened is the resistance of this detector to the machine background.In this thesis we also present preliminary studies of different types of background and their effect on the performances of the DIRC-like TOF detector. Radiative Bhabha process is by far the dominant source of background. The rate of the background photoelectrons caused mainly by the gammas with energy around 1.4 MeV is estimated to be ~480 kHz/cm^2 which corresponds to 2 C/cm^2 of integrated anode charge in 5 years. The neutron flux thought the DIRC-like TOF front end electronics is ~10^11/cm^2/year. These preliminary results are reassuring.

La mise en œuvre des réfrigérateurs à dilution implique la consommation d'4He liquide. Ces réfrigérateurs ne sont pas autonomes et leur utilisation devient ainsi contraignante et onéreuse lorsque les laboratoires ne disposent pas de système de reliquéfaction.<br />A la fin des années 1990, les tubes à gaz pulsé bi-étagés commerciaux ont atteint des performances telles, que l'idée de les utiliser à la place des bains d'4He classiques commençé à émerger. Quelques prototypes de laboratoire furent ainsi développés, dont un exemplaire commercialisé par l'Air Liquide en collaboration avec le CNRS-CRTBT.<br />Cette thèse, réalisée au CRTBT et cofinancée par l'Air Liquide, a permis d'étudier le couplage d'un réfrigérateur à dilution avec un tube à gaz pulsé afin de réaliser un appareil commercial offrant des performances comparables, en volume expérimental et puissance froide, aux réfrigérateurs classiques de moyenne puissance.<br />Dans un premier temps, nous avons porté notre attention sur la réalisation du cryostat. L'absence de fluides cryogéniques permettant la thermalisation homogène des diverses entités, ainsi que la puissance frigorifique limitée par les performances du tube à gaz pulsé et les vibrations générées par ce dernier constituaient les principales caractéristiques de notre étude.<br />Nous avons réalisé un cryostat offrant un volume expérimental de 750 mm sur un diamètre de 200 mm. Le temps de prérefroidissement est de 12 heures entre 300 K et 4,2 K.<br />Dans un second temps, nous avons étudié l'intégration du réfrigérateur à dilution.<br />Le prérefroidissement de l'injection d'3He entre 300 K et 4,2 K nous a amenés à développer un système de thermalisation spécifique permettant d'optimiser l'utilisation des ressources du tube à gaz pulsé. Ce développement a abouti à un brevet CNRS-Air Liquide. <br />Le prérefroidissement entre 4,2 K et la température de l'évaporateur a constitué un travail important concernant l'étude du principe de refroidissement par échangeurs Joule-Thomson.<br />Nous avons ainsi atteint des températures inférieures à 10 mK et obtenu des débits de circulation allant de 90 à 200 micromoles par seconde avec des temps de condensation de l'ordre de 2 heures pour un réfrigérateur à deux échangeurs discrets.

Les principaux objectifs du programme scientifique de l'experience ATLAS sont l'observation ou l'exclusion de physique au-delà du Modèle Standard, ainsi que la mesure de sections efficaces de production de processus du Modèle Standard. Pour ce faire, il est important de mesurer la luminosité au point d'interaction avec une grande précision. Dans l'experience ATLAS, la luminosité est extraite à l'aide de plusieurs détecteurs possédant des efficacités et acceptances géométriques variées. Différentes méthodes, telles que le comptage inclusif (ou en coïncidence) d'événements, ainsi que des mesures de courants intégrés provenant des calorimètres, sont calibrées et comparées afin d'assurer une détermination précise de la luminosité. Afin de permettre une comparaison additionelle et un meilleur contrôle sur les incertitudes systématiques liées à la détermination de la luminosité, une mesure indépendante utilisant le compartiment avant du calorimètre électromagnétique, basé sur la mesure du courant de son système haute-tension, a été développée. Ce document décrit comment la mise en route dud système haute-tension du calorimètre à argon liquide du détecteur ATLAS, ainsi que son application à une mesure de luminosité.

Nous présentons dans ce manuscrit un dispositif optique combinant l'holographie digitale et la microscopie en champ noir dans le but de suivre en trois dimensions des nanoparticules d'or en mouvement dans des fluides transparents ou des milieux biologiques. Ce montage permet à partir d'un seul hologramme de localiser simultanément plusieurs particules en mouvement dans un volume épais, avec une précision de localisation indépendante de la positions des particules. Nous rappelons tout d'abord le principe de l'holographie et nous dresserons un état de l'art des techniques de suivi 3D existantes utilisant l'holographie digitale. Nous expliquons pourquoi l'utilisation d'une illumination en champ noir est nécessaire à l'observation de nanoparticules, étant donné leur très faible section efficace de diffusion. Ensuite, nous décrivons le dispositif mis en place ainsi que le logiciel développé pour la reconstruction des hologrammes numériques en temps réel. Enfin, nous présentons les résultats expérimentaux obtenus sur des particules en mouvement brownien ainsi que des résultats préliminaires de localisation de nanoparticules injectées dans des cellules vivantes.

La thèse s'est déroulée dans le contexte de la datation par thermoluminescence. Cette méthode nécessite la mesure en laboratoire de la radioactivité naturelle. Pour cela, nous utilisons un spectromètre au germanium. Pour affiner l'étalonnage de celui-ci, nous l'avons modélisé en utilisant un code de calcul Monte-Carlo : Geant4. Nous avons développé un modèle géométrique qui prend en compte la présence de zones inactives et de défauts de collection de charges dans le cristal de germanium. Les paramètres du modèle ont été ajustés par comparaison avec des résultats expérimentaux obtenus avec une source de 137^Cs. Il apparaît que la forme des zones inactives est moins simple que présenté dans la littérature spécialisée. Ce modèle a été élargit au cas d'une source plus complexe, avec effet de cascade et corrélations angulaires entre photons : le 60^Co. Enfin, appliqué à des sources étendues, il a donné des résultats corrects et nous a permis de valider la simulation de l'effet de matrice.

Plusieurs missions sur satellite sont proposées pour résoudre un grand nombre de questions sans réponse concernant l'univers. Les instruments sur certaines de ces missions nécessitent des températures inférieures à 0,1 K pour fonctionner efficacement. Cette exigence signifie que la chaîne de refroidissement est un élément crucial de la conception du satellite. Les spécifications cryogéniques de ces futures missions sont plus exigeantes que l'état de l'art actuel : elle auront besoin d'une puissance frigorifique plus élevée à une température inférieure et avec à une durée de vie prolongée de 5 à 10 ans. Cela a motivé le développement d'un réfrigérateur à dilution 3He-4He en boucle fermée. Cette conception est basée sur le réfrigérateur à dilution à cycle ouvert utilisé sur le satellite Planck, dont la durée de vie et la puissance frigorifique ont été limitées par la quantité d'3He et d'4He à bords, le mélange étant éjecté dans l'espace après le processus de dilution . Pour surmonter ces limitations, le cycle a été fermé par la séparation des isotopes de l'hélium à basse température avant de les réinjecter dans le réfrigérateur . Cette thèse décrit les progrès réalisés dans le développement et dans la compréhension de ce nouveau système, et montre que les exigences de refroidissement (1 µW à 50 mK) peuvent être satisfaites dans les conditions requises. Ce travail tente également de résoudre un problème lié à la micro-gravité : la séparation de phase liquide-vapeur dans le bouilleur. Nos résultats expérimentaux montrent que le confinement du liquide dans le bouilleur dans les conditions requises et en gravité négative est possible. Ces résultats ont guidé la conception d'un nouveau bouilleur non-sensible à la gravité, dernière étape du développement d'un réfrigérateur à dilution en boucle fermée adapté à la micro-gravité.

GLAST est la nouvelle génération de télescope spatial pour l'étude des rayons gamma et devrait très largement améliorer notre connaissance du ciel à haute énergie, dès son lancement en août 2007.<br />Les données du faisceau-test mené au GANIL avec des ions de basse énergie, ont permis de contribuer à l'étalonnage en énergie du LAT. Ces données ont été analysées pour mesurer la non-linéarité de la production de lumière dans le CsI en réponse au dépôt d'énergie des ions, des protons au krypton et pour des énergies allant de 0 à 73MeV par nucléon. Les résultats obtenus se sont révélés complémentaires aux mesures de scintillation du CsI, réalisées lors du faisceau-test mené au GSI pour des ions lourds relativistes . La connaissance de la non-linéarité de la réponse des cristaux de CsI de GLAST aux ions de haute énergie est indispensable pour réaliser l'étalonnage en énergie en orbite des détecteurs à l'aide des rayons cosmiques.<br /><br />Le rejet des évènements hadroniques est un autre problème clé pour GLAST, or, l'élaboration des algorithmes repose sur la simulation Monte-Carlo officielle de GLAST, GlastRelease. Les cascades hadroniques mesurées lors du faisceau-test mené au GSI et lors d'un autre faisceau-test mené au CERN sur le SPS, sont utilisées pour confronter les codes de simulation, disponibles sur la plate-forme logicielle GEANT4 qui est à la base de GlastRelease. En vérifiant la bonne reproduction de certaines observables simples, pour des cascades hadroniques générées par des protons ou de pions de .7GeV , 3.4GeV, 10GeV et 20GeV, on conclue qu'à haute énergie le modèle par défaut, LHEP, est valable, alors qu'à basse énergie, le modèle de cascade intranucléaire de Bertini devrait être utilisé.