Les succès des récentes mesures des anisotropies en température et en polarisation du spectre du fond diffus cosmologique (CMB), notamment par les satellites WMAP et bientôt PLANCK, ont considérablement transformé les perspectives en cosmologie. Sur le plan scientifique, celles ci viennent fortement confirmer le scénario du Big Bang et ont contribué à établir un modèle standard de la Cosmolgie appelé ΛCDM. Les efforts sont aujourd'hui portés sur la polarisation de ce rayonnement. En effet pendant une période inflationnaire où l'univers aurait subi une expansion accélérée, un mode particulier de polarisation du CMB appelé mode B aurait été généré par des ondes gravitationnelles primordiales. La mesure de ces modes B primordiaux pousse les contraintes instrumentales de 3 à 5 ordres de grandeur. Leur détection éventuelle fait du CMB un enjeu pour la physique fondamentale en tant que preuve indirecte de l'existence des ondes gravitationnelles, tout en nous offrant une fenêtre unique et riche en information sur les tout premiers instants de l'Univers. Mon travail de thèse aborde cette problématique au niveau instrumental. Les détecteurs utilisés sont aujourd'hui en dessous du bruit lié à la statistique d'arrivée des photons. Le seul moyen d'améliorer la sensibilité est donc d'augmenter soit le temps d'observation, soit le nombre de détecteurs, en prenant soin de réduire au maximum les sources d'erreurs systématiques. Une des solutions les plus prometteuses est le développement de la technologie supraconductrice. Cette dernière offre une réponse à ces deux problèmes : - Une facilité de réalisation en matrice en utilisant des techniques de micro-fabrication. - La possibilité d'utiliser une contre-réaction négative afin d'améliorer l'uniformisation de leur réponse et ainsi réduire les effets systématiques.

La détection directe de planètes extrasolaires est nécessaire à leur caractérisation. Cependant, c'est une tâche difficile à cause de la faible séparation angulaire, et du fort contraste entre l'étoile et sa planète. L'interférométrie annulante est une solution possible, mais elle requiert l'utilisation d'un déphaseur achromatique. Cette thèse en étudie un nouveau, dit "damier de phase". Il s'agit de deux miroirs ou lames transparentes composés de plusieurs cellules, dont la position et le déphasage introduit est contraint par un modèle mathématique. Le principal effet est que pour un niveau d'atténuation donné, plus on augmente le nombre de cellules dans les damiers, et la plus la bande passante s'élargit, ce qui traduit un comportement quasi-achromatique. Un banc optique automatisé a été construit afin de mesurer l'atténuation produite par les damiers dans le visible. Les premiers résultats ont été obtenus avec des damiers fabriqués par photolithogravure sur une lame transparente, et une atténuation d'un facteur 500 a été mesurée avec un laser blanc. Les erreurs sur le déphasage des cellules sont le principal facteur de perte de performances. Or celles engendrées par la fabrication de ce type de damiers étant irréversibles, il a été choisi de travailler avec un miroir segmenté qui permet de les contrôler. Afin de synthétiser les damiers, le contrôle du déphasage effectif de chaque cellule est nécessaire et se fait au moyen de la strioscopie. Ainsi, on a pu mesurer le comportement des damiers en fonction de la longueur d'onde, et valider expérimentalement leur comportement quasi-achromatique des damiers.

L'étude des ondes d'extrêmement basses fréquences dans les cavités ionosphériques des planètes et satellites dotés d'atmosphère suit une approche similaire à celle suivie pour la Terre. Elle contribue à la caractérisation du circuit électrique atmosphérique, des sources d'énergie associées et des limites des cavités. Un modèle numérique à éléments finis a été développé et appliqué à ces corps planétaires en vue d'étudier en particulier les résonances de Schumann. La pertinence d'un modèle de la cavité de Titan a été testée par rapport aux mesures de l'instrument PWA de la sonde Huygens. La découverte d'une couche ionisée à basse altitude et l'évaluation des propriétés diélectriques de la surface après l'atterrissage sont exposées. L'expérience acquise est appliquée à la conception de nouveaux instruments, ARES et SP2, pour étudier l'atmosphère et le sol de la planète Mars dans le cadre du projet ExoMars et pour d'autres corps lors de futurs projets spatiaux.

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Master of Science / Department of Biological & Agricultural Engineering / Wenqiao Yuan / Biomass gasification is a promising route utilizing biomass materials to produce fuels and chemicals. Gas product from the gasification process is so called synthesis gas (or syngas) which can be further treated or converted to liquid fuels or certain chemicals. Since gasification is a complex thermochemical conversion process, it is difficult to distinguish the physical conditions during the gasification stages. And, gasification with different materials can result in different product yields. The main purpose of this research was to develop a downdraft gasifier system with a fully-equipped instrumentation system and a well-functioned tar measurement system, to evaluate temperature, pressure drop, and gas flow rate, and to investigate gasification performance using different biomass feedstock. Chromel-Alumel type K thermocouples with a signal-conditioning device were chosen and installed to monitor the temperature profile inside the gasifier. Protel 99SE was applied to design the signal conditioning device comprised of several integrated chips, which included AD 595, TS 921, and LM 7812. A National Instruments (NI) USB-6008 data acquisition board was used as the data-collecting device. As for the pressure, a differential pressure transducer was applied to complete the measurement. An ISA1932 flow nozzle was installed to measure the gas flow rate. Apart from the gaseous products yield in the gasification process, a certain amount of impurities are also produced, of which tar is one of the main components. Since tar is a critical issue to be resolved for syngas downstream applications, it is important to determine tar concentration in syngas. A modified International Energy Agency (IEA) tar measurement protocol was applied to collect and analyze the tars produced in the downdraft gasifier. Solvent for tar condensation was acetone, and Soxhlet apparatus was used for tar extraction. The gasifier along with the instrumentation system and tar measurement method were tested. Woodchips, Corncobs, and Distiller’s Dried Grains with Solubles (DDGS) were employed for the experimental study. The gasifier system was capable of utilizing these three biomass feedstock to produce high percentages of combustible gases. Tar concentrations were found to be located within a typical range for that of a general downdraft gasifer. Finally, an energy efficiency analysis of this downdraft gasifer was carried out.

International Telemetering Conference Proceedings / October 20-23, 2003 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / Sponsored by the Central Test and Evaluation Investment Program (CTEIP) under the Director of Test and Evaluation (DOT&E), the Foundation Initiative 2010 (FI 2010) project is chartered to enable interoperability among ranges, facilities, and simulations in a timely and cost-efficient manner and to foster reuse of range assets and future software systems. To achieve this vision, FI 2010 has developed and is validating a common architecture called the Test and Training Enabling Architecture (TENA), which provides for real-time software system interoperability using the TENA Middleware, as well as interfaces to existing range assets, C4ISR systems, and simulations. The TENA middleware is being developed using an iterative development process, with functionality being released in four “spirals.” The current software version, Release 3.0, was built upon previous releases and provides some key functionality enhancements to include multicast transport, vector data types and User Datagram Protocol (UDP) multicast communication support. This paper will provide detailed information on the current status of the FI 2010 project, the TENA Middleware Release 3.0, and how the TENA software has been utilized to support test and training events (e.g., Millennium Challenge 02).

International Telemetering Conference Proceedings / October 20-23, 2003 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / In a study sponsored by the Air Force Flight Test Center at Edwards AFB, California, Toyon Research Corporation, Goleta, California, demonstrated that shaped pattern antennas could be used to mitigate interference caused by telemetry signals on GPS systems. Using a technique for fixed reception pattern antenna (FRPA) design, Toyon built and tested a GPS antenna that minimizes reception of telemetry signals from a known location.

ITC/USA 2006 Conference Proceedings / The Forty-Second Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 23-26, 2006 / Town and Country Resort & Convention Center, San Diego, California / The quantity and types of measurements and measurement instrumentation required for a test are growing. This paper describes a methodology to define and program multi-vendor instrumentation using abstraction models in a database that allows new instrumentation to be defined rapidly. This allows users to support multiple vendors’ systems while using a common user interface to define instrumentation networks, bus catalogs, measurements, pulse code modulated (PCM) formats, and data processing requirements.

ITC/USA 2006 Conference Proceedings / The Forty-Second Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 23-26, 2006 / Town and Country Resort & Convention Center, San Diego, California / In this paper we provide the motivation for a neutral instrumentation hardware abstraction language that is focused on the description and control of instrumentation systems and networks. We also describe the design approach and structure of such a language that meets the needs. The language design is described according to the three roles it must serve: (1) as a descriptive language for specifying and describing the components and configuration of an instrumentation system, (2) as a command language for issuing configuration and data commands to instrumentation hardware and (3) as a query language for requesting the current state of instrumentation hardware.

ITC/USA 2010 Conference Proceedings / The Forty-Sixth Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 25-28, 2010 / Town and Country Resort & Convention Center, San Diego, California / In this paper, we present an approach towards achieving standards-based multi-vendor hardware configuration. This approach uses the Instrumentation Hardware Abstraction Language (IHAL) and a standardized web service Application Programming Interface (API) specification to allow any Instrumentation Support System (ISS) to control instrumentation hardware in a vendor neutral way without requiring non-disclosure agreements or knowledge of proprietary information. Additionally, we will describe a real-world implementation of this approach using KBSI‟s InstrumentMap application and an implementation of the web service API by L-3 Communications Telemetry East.