Les récentes avancées technologiques des matériels d’acquisition de données ont permis de réduire le temps d’acquisition d’image en tomographie électrique, ce qui offre des opportunités pour l’étude des écoulements diphasiques transitoires. Parmi les nombreux atouts de cette technique d’imagerie d’écoulements diphasiques, on peut citer son caractère non-intrusif, sa haute fréquence d’acquisition et son faible coût. Un ensemble d’électrodes placées sur le pourtour d’une conduite servent à transmettre une excitation électrique au milieu et à le sonder. Ainsi, la distribution des phases perturbe les champs électriques de manière caractéristique. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le potentiel de la tomographie d’impédance électrique rapide. La première étape consiste au développement d’un prototype de capteur et à l’évaluation de sa performance par des essais simplifiés. L’architecture du système utilise un contrôle en potentiel du signal d’excitation et ne nécessite donc pas d’implémenter un module de conversion tension-courant. La seconde étape est la reconstruction de l’image à partir des données mesurées. L’approche qui a été considérée est de supposer une image approchée de la distribution des phases grâce à une identification du régime d’écoulement. Ainsi, le défi de résoudre un problème inverse fortement non-linéaire est simplifié. Une méthode d’identification de régimes d’écoulements horizontaux eau-air a été élaborée avec un module de tomographie de capacitance électrique et une boucle d’essais hydrauliques déjà éprouvés. Cette technique est en cours d’adaptation au prototype de tomographie d’impédance électrique rapide et en amélioration grâce à l’inclusion des régimes d’écoulements verticaux. En parallèle, une méthode de reconstruction d’image a été développée, basée sur l’algorithme NOSER et un postulat pseudo-2D. L’analyse des images reconstruites à partir d’un set d’expériences de référence procure un aperçu des avantages et des défauts de la méthode et du prototype. / Recent developments with data acquisition equipment have reduced the time required for image acquisition with electrical tomography, thereby bringing new opportunities for the study of fast-evolving two-phase flows. Amongst the numerous advantages of this imaging technique for multiphase flow related research are non-intrusiveness, high acquisition rates, low-cost and improved safety. A set of electrodes placed on the periphery of the pipe to be imaged is used to impose an electrical excitation and measure the system response. The distribution of phases inside the study volume distorts the electrical field in a characteristic manner. The objective of this thesis is to assess the potential of electrical impedance tomography at high acquisition rate. The first stage consists in developing a prototype sensor and assessing its performance with simplistic experiments. The system architecture employs voltage control of the excitation and therefore does not require the implementation of the conventional voltage-to-current converter module. A novel data collection method, the full scan strategy, is considered and provides correcting factors for the parasitic impedances in the system. The second stage is the image reconstruction from the measurement data. The approach considered in the thesis is to assume that flow regime identification techniques may provide valuable information on the phase distribution that can be injected in the inverse problem for imaging, thereby tackling the challenge of the non-linearity of the inverse problem. A method for horizontal air-water flow regime identification has been elaborated with an electrical capacitance tomography sensor and multiphase flow rig tried and tested. It is being adapted to the fast electrical impedance tomography prototype and upgraded to include vertical flow regimes. In parallel, an image reconstruction method has been developed based on the NOSER algorithm and a pseudo-2D postulate. The analysis of the reconstructed images for a set of benchmark experiments provide insights on the merits and deficiencies of the algorithm and of the prototype.

L’objectif de ce travail est de déterminer expérimentalement les paramètres d’entrée des logiciels de simulation, puis de comparer les résultats expérimentaux et numériques pour différents métaux ainsi que pour leurs oxydes. La configuration GLAD a été volontairement choisie pour les structures inclinées particulières qu’elle permet.Le processus de formation de dépôt en phase vapeur (PVD) peut être divisé en trois étapes : l'éjection d'atomes de la cible, le transport vers le substrat et la croissance des couches minces. Chacune est simulée par un logiciel : SRIM pour l’éjection de matière de la cible suite à l’impact avec un ion, SIMTRA pour le transport des atomes de la cible jusqu’au substrat et Simul3D pour la croissance des dépôts. L’évolution des propriétés des couches inclinées (angle d’inclinaison des colonnes β, épaisseur de la couche, contraintes résiduelles, etc) en fonction de la position et de l’angle d’orientation du substrat est étudiée.Les résultats expérimentaux et numériques se complètent mutuellement et permettent une meilleure compréhension des nombreux aspects de l’étude. / The objective of the present work is to determine experimentally the input parameters of the modelling software and then to compare experimental and numerical results in the case of different metals and their oxides. The GLAD configuration was deliberately chosen for the particular angled structures it allows.The Physical Vapor Deposition (PVD) process can be divided in three steps: ejection of atoms from the target, transport to the substrate and growth of the thin films. Different softwares have been developed for each step: SRIM is a computer program that calculates the interactions of energetic ions; SIMTRA simulates the transport of the atoms from the target to the substrate and Simul3D simulates the growth of the film. The evolution of the thin angled films’ properties (column tilt angles β, thickness, residual stress, etc.) versus the orientation of the substrate is studied.The experimental and numerical results complement each other and allow a better understanding of the many aspects of the study.

Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) pour les applications spatiales en astrophysique et cosmologie a été développé au cours de cette thèse. Cette catégorie de circuits demande des bandes passantes très larges, de très hautes fréquences d'échantillonnage et une faible résolution. L’architecture flash a été retenue pour sa rapidité et sa bande passante. La fréquence d’échantillonnage est de 8GHz. La technologie utilisée est la CMOS 65 nm de chez STMicroeletronics. La conception a été faite en deux phases. Une première qui a amené à un prototype d'un échantillonneur-bloqueur et une deuxième qui a amené au CAN. Les deux prototypes ont été caractérisés et à partir de ces résultats des perspectives d'amélioration pour les nouvelles implémentations ont été retrouvées.Pour atteindre l'objectif final du CAN multi-bits (6-bit sont visés) il a été décidé de dessiner une première version du CAN avec la moitié de la résolution initialement prévue (on passe de 6-bit à 3-bit). L'objectif est de nous permettre d’analyser le comportement des blocs fonctionnels intégrés et ensuite passer à une deuxième voire troisième version pour remplir le cahier des charges initial. / An Analog-to-Digital Converter (ADC) has been developed for astrophysical and cosmological applications. This class of circuits demands, especially in the millimeter wavelength domain, ultra wide bandwidths, ultra high sampling frequencies and a low resolution. The “flash” architecture has been chosen for its speed and bandwidth. This ADC samples at 8Gsps and it has been fabricated in 65nm CMOS technology from STMicroelectornics.The design has been done in two steps. The first was the prototype of a track-and-hold circuit. The second was the ADC. Both circuits have been characterized and from these results some perspectives for further improvements have been proposed.In order to achieve the final goal of the multi-bit ADC (6-bit resolution) we have decided to design a first prototype with half the final resolution, namely a 3-bit resolution ADC. Our idea was, with this first prototype, to conduct a first analysis of the behavior of the integrated functional blocks and, consequently, find the correct improvements required for the ADC final version.

Les méthodes modernes d'entraînement utilisent des appareillages spécifiques appelés ergomètres sur lesquels, en particulier, des programmes d'entraînement et d'évaluation sont proposés par les entraîneurs. De tels dispositifs favorisent la continuité d'un entraînement pendant les périodes peu favorables à une pratique sportive. De même, lorsque ces outils sont instrumentés, ils apportent à l'entraîneur des informations difficilement accessibles en situation réelle de pratique. Ce travail s'inscrit dans cette problématique scientifique dont l'objet est la conception d'un ergomètre pour la pratique du kayak en ligne. Les travaux réalisés ont conduit à la conception d'un ergomètre kayak capable de reproduire les conditions d'une pratique écologique aussi précisément que possible tant d'un point de vue de la gestuelle (cinématique) que des efforts générés (dynamique) d'une part, de proposer et de valider une instrumentation afin de recueillir l'ensemble des efforts d'interaction kayakiste/ergomètre, d'autre part. De plus, cette instrumentation doit être suffisamment exigeante en termes de poids et d'encombrement pour être installée dans un kayak K1 pour réaliser des mesures in situ. Les moyens mis en œuvre donnent accès aux variables biomécaniques permettant de quantifier les éléments de base de la technique de pagayage qui constituent l'ensemble des facteurs déterminants de la performance (force, endurance, technique, etc.). Scientifiques et entraineurs ont ainsi à leur disposition un outil pour une évaluation objective des performances du kayakiste. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une collaboration entre l'axe RoBioss, le CAIPS et la société SENSIX. / The modern training methods developed during the last 20 years involve specific equipments named ergometer. These devices allow semi-specific training sessions on a sheltered environment to develop strength during unfavorable periods of in situ practice. They are also more and more used by coaches to evaluate athlete’s skills and aptitudes. Ergometers provide numerical information that cannot be easily measured during in situ sessions. This work is a significant contribution of the following scientific problems; firstly the design of a flat-water kayak ergometer that reproduces accurately on-water conditions, both kinematics and forces generated (dynamic) during the throughout the whole kayaking cycle, secondly, to propose and validate an instrumentation to collect every dynamic interactions between the ergometer and kayaker (hands, seat, feet). In addition, this instrumentation must be design in terms of weight, size and watertightness to be installed in a kayak K1 for in situ measurements. This instrumentation quantifies the basic biomechanics parameters of the kayaking performance such as external forces, endurance, technique, etc. As a result, researchers and coaches will be able to evaluate kayakers’ performance using an unbiased device. This work was conducted as part of a scientific collaboration between the RoBioSS research team, CAIPS and SENSIX compagny.

La polarimétrie de Mueller est une technique optique qui mesure la réponse polarimétrique complète d’un milieu sous la forme d’une seule matrice de Mueller afin de remonter à ses propriétés optiques comme le dichroïsme, la biréfringence et la dépolarisation. Le couplage avec la microscopie non-linéaire (SHG par exemple) permet d’avoir accès à des informations précises sur un milieu biologique (structure, organisation, . . .). Cela impose de passer à une modalité d’imagerie à balayage laser, qui nécessite de mesurer la réponse polarimétrique du milieu pixel-par-pixel en des temps relativement courts (de l’ordre de la microseconde). Le but de cette thèse est de mettre en oeuvre un polarimètre de Mueller dont les cadences d’acquisition sont compatibles avec l’imagerie à balayage laser. Dans un premier temps, un polarimètre de Mueller inédit est proposé, basé sur le codage spectral de la polarisation dont toute l’information polarimétrique de l’échantillon est mesurée sous la forme d’un seul signal d’intensité en un temps record (10 μs). Ce dispositif est constitué d’une source à balayage rapide en longueur d’onde à 100 kHz (ou swept-source), de lames de phase d’ordre élevé et d’un détecteur monocanal. Les erreurs systématiques qui entachent la mesure sont évaluées et des méthodes de correction permettent de les prendre en compte dans une étape d’étalonnage qui utilise la réponse de deux milieux étalons.Ensuite, le polarimètre est implémenté dans un microscope commercial à balayage laser, utilisé initialement pour réaliser de l’imagerie non-linéaire (SHG). Cela requiert un redimensionnement du montage, ainsi que la synchronisation entre les deux systèmes. Par ailleurs, un protocole de calibration du dispositif est développé et permet de tenir compte de l’ensemble des erreurs systématiques du polarimètre indépendamment des anisotropies optiques engendrées par le microscope. Enfin, les premières images polarimétriques de Mueller en microscopie à balayage laser ont été acquises sur des échantillons inhomogènes spatialement (rubans adhésifs et cristaux de roches). La potentialité de la microscopie multimodale est démontrée sur des échantillons de fibroses de foie, en couplant l’imagerie polarimétrique de Mueller et la microscopie non-linéaire au sein d’un seul instrument. / Mueller polarimetry is an optical technique allowing the acquisition of the full polarimetric signature of a medium with a single Mueller matrix, and leading to its polarimetric parameters such as dichroism, birefringence and depolarization. Coupling Mueller polarimetry with nonlinear microscopy techniques (SHG for example), more precise information about the medium could be obtained (structure, organization . . .). This imaging technique uses a laser scanning system to measure the Mueller matrix of a medium point-to-point quickly (of the order of the microsecond). The aim of this thesis is to develop a Mueller polarimeter compatible with the laser scanning system. First, a new Mueller polarimeter is proposed using spectral encoding of the polarization and measuring the full polarimetric signature of a sample with a single channeled spectrum in a fast way (10 μs). This setup is composed of a 100 kHz swept-source laser, high order retarders and a single channel detector. Systematic errors on the Mueller matrix measurement are evaluated and correction methods take into account these errors in a calibration step that uses polarimetric signature of two references medium. Then, the polarimeter is implemented on a commercial laser scanning microscope that usually images non-linear contrasts (SHG). The update needs to reduce the dimension of the polarimeter and ensure an electronic synchronization between these two systems. However, a new calibration step is proposed and takes into account all the systematic errors of the polarimeter, independently of the optical anisotropy induced by the microscope. Finally, the images with the first Mueller scanning microscope are obtained with spatially inhomogeneous samples (cellophane tapes, rocks). The potentiality of the multimodal scanning microscopy Mueller/SHG on the same instrument is demonstrated in the case of hepatic fibrosis.

La turbulence optique et son impact sur les images obtenues à partir d'instruments de mesure est un phénomène connu dans le domaine de l'astronomie. Des modèles issus de la théorie de Kolmogorov, développée pour une turbulence dynamique, ainsi que des méthodes de correction, telles que l'optique adaptative, existent pour l'analyse et la compensation des effets de cette turbulence optique. L'analyse de cette dernière dans les milieux confinés est cependant plus limitée. Les sources susceptibles de générer une turbulence optique dans ces espaces sont pourtant multiples et peuvent avoir un impact non négligeable sur les mesures des instruments installés à proximité. Ce mémoire constitue une première approche de la caractérisation de la turbulence optique dans un espace confiné. Après l'introduction des phénomènes étudiés et des outils mathématiques employés, ce mémoire présente les résultats issus d'analyses de coupoles de télescopes et de caractérisations de salles blanches employées par l'entreprise Thales Alenia Space pour l'intégration et le test d'instruments optiques. Ces résultats sont obtenus avec l'instrument INTENSE, développé durant la thèse pour la caractérisation de la turbulence optique locale via la mesure des fluctuations des angles d'arrivée de multiples faisceaux lasers. En prévision de futurs améliorations de l'analyse de la turbulence en espace confiné, un chapitre du mémoire est dédié aux travaux réalisés sur une méthode d'extraction du profil de l'énergie de la turbulence et à son application sur l'instrument INTENSE. Les conclusions et les perspectives des travaux réalisés pendant la thèse sont présentées à la fin du mémoire. / Optical turbulence and its impact on measured images is a well-known phenomenon in astronomy. Models based on the Kolmogorov theory, elaborated for a dynamical turbulence description, and methods, such as Adaptive Optics, were both developed so as to understand and correct the degradations caused by this turbulence. Analysis of the same phenomenon in indoor situation was however less investigated. The local air volume is nonetheless prone to optical perturbations sources which could have non negligible impacts on the measurements of instruments installed at proximity. This document introduces a first approach of indoor optical turbulence characterization. After the introduction of the studied phenomenon and the mathematical tools employed, this thesis present optical turbulence characterizations inside Thales Alenia Space clean rooms used for optical instrument integration and testing. Analyses inside telescope domes are also shown in this document. All the results were obtained using the INTENSE instrument which was developed during the thesis for optical turbulence characterizations using angle of arrival fluctuations of laser beams. In anticipation for future ameliorations of optical turbulence analysis methods, a chapter of this thesis is dedicated to the work made on a turbulence energy profile extraction and its application on the INTENSE instrument. Conclusions and perspectives of the work made during this thesis are presented at the end of the document.

Micro-cylinders with the diameters spanning the 1-20 μm range are growing in importance, for realizing devices with new functionalities. For custom functionalities, their device-designs impose, tolerance-related constraints on their critical dimension. To meet the challenges for the associated online micro-metrology, new methods for the micro-cylinder diameter measurement, are currently receiving considerable attention. „Optical diffraction under Fraunhofer Approximation‟ is one of the most viable experimental techniques for cylinder diameter measurement, in the laboratory as well as Industrial environment. In 1-20 μm diameter range, however, the cylinder-diffraction is not well understood. The reliability of the current models/formulations for this range is far from satisfactory in respect of speed, accuracy, resolution etc., and need a re-examination. The present thesis concerns with a few investigations on the „Optical Diffraction by Micro-Cylinder‟. It highlights both the theoretical and the experimental aspects of the investigations on micro-cylinders with diameters in the range of 1-50 μm. The results of the investigation are organized into two categories. The first of them details a pair of new analytical models obtained from the principles of „Geometrical Theory of Micro-Cylinder Diffraction‟ while the second category highlights another pair of new analytical models obtained from the principles of the „Customary Fraunhofer Theory of Micro-Cylinder Diffraction‟. The model from the „geometrical theory‟ is based on the hypothesis that the ‘ray-paths relevant to the location of ‘diffraction minima’, facilitate to construct, a geometrically-equivalent triangle’. The solution of such a triangle provides the new formulation for the micro-cylinder diffraction. The model from the „customary Fraunhofer theory‟, instead, relies on the on the fact that „the diffraction pattern for a micro-cylinder is essentially, a chirped-interference pattern modulated by a diffraction envelope’. The functional form of the formulation depends upon, the type of triangle constructed for geometrical theory and the type of illumination used in the customary Fraunhofer theory. The thesis highlights, four new formulations (two from each of the approaches) to describe the micro-cylinder diffraction. The principal conclusions of the investigations are as under. - All the new formulations for the micro-cylinder diffraction facilitate, enhanced diameter inversion accuracy, in the hitherto esoteric diameter range of 1-20 μm. For the reported experimental data on 3 μm diameter micro-cylinder, the models proposed in the present investigation improve the accuracy of diameter-estimation from 16.5% known from earlier models to less than 1%. - The investigation also brings out for the first time, the hitherto unnoticed difference between slit-diffraction and the micro-cylinder diffraction: When the micro-cylinder diameter approaches the wavelength of the illumination, the first order diffraction angle approaches nearly 200. It may be noted that for a slit of same width, the corresponding diffraction angle approaches 900. When the critical dimension of the cylinder and the slit decreases from λ to 5λ, the difference in the corresponding diffraction angles reduce from nearly 700 to nearly 1.50. - The investigation also highlights that in the micro-cylinder diffraction for the said range of interest, the absolute intensity at the zero-order interference- maximum provides a new signature for the distance of separation between the diffraction minima. The consequence of this new finding is a considerable simplification in the apparatus and algorithm for diameter inversion from a diffraction experiment. The function of an array detector can be replaced by a point detector at a fixed point for all the diameters in the range of interest. - The two formulations proposed from the geometrical theory are suited for diffraction- minima search based algorithm, while those from customary Fraunhofer theory are well suited for intensity minima search based method for diameter inversion.

Quality control is essential in food industry and efficient quality assurance is becoming increasingly important. The assessment of food quality still centers on its sensory properties (appearance, aroma and texture). Bread is one of the most consumed food item all over the world. Bakery product manufacturers expect that the bread should retain all of its attributes during storage and consumers expect their bread to be ‘fresh’. Unfortunately, it remains truly ‘fresh’ for only a few hours after it leaves the oven because the ingredients of the bread undergo series of physical and chemical changes that eventually lead to deterioration, referred as “staling”, of bread quality. Bread staling is classified in two categories: crust (outer portion of bread) staling and crumb (center portion of bread) staling. Crust staling is associated to the moisture migration from crumb to crust during storage. This moisture migration leads to a phenomenon called glass transition at crust. This phenomenon changes the mechanical and dielectric properties of bread crust. Crumb staling is mainly associated to the physicochemical changes in starch. During storage, amorphous starch regains its crystallinity, which increases the firmnesss and dryness of bread crumb. Thus, the knowledge of moisture content, starch recrystallization and the glass transition helps in understanding the bread staling mechanism. There are some volatiles produced from the bread during storage, which forms the characteristic flavor or aroma of the bread. The loss of this characteristic flavor during storage also gives the information about the loss of freshness and staling. Thus, there is a need for detection and monitoring the loss of these volatiles to determine the characteristic flavor during storage. Hence, the present investigations are focused on these issues and developed a measurement facility to monitor the above physicochemical changes in bread during storage. As a part of experimental investigations, two separate test facilities have been developed. A multichannel ring electrodes with suitable instrumentation based on impedance spectroscopy technique is developed for simultaneous measurement of electrical properties of bread at crust and crumb during storage in the frequency range from 50 Hz to 100 kHz. The detailed investigations have been conducted on wheat bread. The variation in capacitance showed that the glass transition phenomenon, at room temperature, in bread crust occurs after 96 h of storage with 18% of moisture in it. The resistance changes at bread crumb showed the starch recrystallization during staling. The electrical property results are justified with the results obtained from the conventional differential scanning calorimmetery (DSC) studies. The impedance measurement at crust and crumb estimates the moisture content at the respective zones of bread. Thus the test facility is used for the simultaneous measurement of moisture content, starch recrystallization and glass transition at crumb and crust respectively without destructing the bread loaf. A few experiments are conducted on maida bread and the obtained results are compared with the wheat bread results. Another test facility has been developed for the detection of volatiles produced from the wheat bread during storage. The gas chromatography and mass spectroscopy (GC-MS) experimentations are conducted to identify the volatiles produced from the bread during storage. The major volatiles produced from wheat bread are found to be 1-Heptanol, 1-Pentanol, 1-Octanol, Furan and Hydroperoxyde. A conducting polymer based gas sensor is designed and developed to sense these volatiles and the changes in its electrical property is monitored with a suitable instrumentation based on impedance spectroscopy technique in the frequency range from 10 Hz to 2MHz. Experimental investigations are carried out in an in-house air tight closed test chamber. The bread sample and the designed sensor are kept inside the test chamber and closed tightly so that only bread volatile can interact with the sensor. The sensor response is monitored by measuring the changes in its capacitance upon exposure to organic volatiles produced from bread during storage. It is observed that the capacitance of the sensor changes with the quantitative changes of the above volatiles. Thus, the test facility is found quite suitable for the detection and monitoring the bread volatiles produced during storage, which finally affects the aroma property. Thus, the developed experimental test facilities with suitable sensors and instrumentation based on impedance spectroscopy technique are found quite suitable to monitor the changes in physicochemical properties and aroma of bread during storage. The correlation between the measured electrical properties and the changes in the textural and flavor properties of bread during storage has been established. The results obtained with the developed test facilities are in good agreement with the results obtained from the standard traditional techniques like DSC and GC-MS.

Les sursauts gamma sont des événements fascinants de par leur origine longtemps restée mystérieuse, leur apparition imprévisible dans le ciel, et la formidable énergie qu'ils libèrent sous forme de bouffées de rayonnement gamma. Découverts fortuitement au début des années 1970, ils se traduisent par un intense flash de rayons gamma de brève durée (de quelques ms à quelques min), appelé émission prompte, suivi d'une émission longue, appelée rémanence, qui décroît rapidement, en émettant depuis les rayons X jusqu'au domaine radio. L'origine des sursauts gamma est encore largement discutée mais ces phénomènes extrêmes sont très vraisemblablement associés à la formation de nouveaux trous noirs stellaires. Mon sujet de thèse se situe au coeur de la mission sino-française SVOM dont le lancement du satellite est prévu en 2021, qui scrutera le ciel pour observer les sursauts avec une précision inégalée, associant observations spatiales et terrestres. Mon travail concerne l'instrument principal de la mission, le télescope spatial ECLAIRs. Il s'agit d'une caméra à masque codé sensible aux rayons X et gamma de basse énergie, en charge de la détection et de la localisation de l'émission prompte des sursauts. Durant mon travail de thèse, j'ai travaillé sur les performances scientifiques de l'instrument ECLAIRs et j'ai en particulier estimé le nombre de sursauts qui seront détectés et leurs caractéristiques. Pour cela, j'ai mis en place des simulations de performances utilisant les prototypes des algorithmes de détection embarqués combinés au modèle de l'instrument ECLAIRs. Les données en entrée des simulations comportent un bruit de fond simulé, et une population synthétique de sursauts gamma générée à partir de catalogues existants issus des observations des missions antérieures (CGRO, HETE-2, Swift et Fermi). Mon étude a permis d'estimer finement l'efficacité de détection d'ECLAIRs et prédit un taux de sursauts attendu par ECLAIRs entre 40 et 70 sursauts par an. Par ailleurs, mon travail a montré qu'ECLAIRs sera particulièrement sensible à une population de sursauts très riches en rayons X, population encore mal connue. Ma thèse présente plusieurs autres études complémentaires portant sur la performance de localisation, le taux de fausses alertes et les caractéristiques des déclenchements des algorithmes. Enfin, j'ai proposé deux nouvelles méthodes originales de détection de sursauts dont les résultats préliminaires présentés dans ma thèse sont très encourageants. Ils montrent que la sensibilité d'ECLAIRs aux sursauts courts (population d'intérêt particulier en raison de son lien attendu avec les ondes gravitationnelles) peut être encore améliorée. / Discovered in the early 1970s, gamma-ray bursts (GRBs) are amazing cosmic phenomena appearing randomly on the sky and releasing large amounts of energy mainly through gamma-ray emission. Although their origin is still under debate, they are believed to be produced by some of the most violent explosions in the Universe leading to the formation of stellar black-holes. GRBs are detected by their prompt emission, an intense short burst of gamma-rays (from a few millisecondes to few minutes), and are followed by a lived-afterglow emission observed on longer timescales from the X-ray to the radio domain. My thesis participates to the developement of the SVOM mission, which a Chinese-French mission to be launched in 2021, devoted to the study of GRBs and involving space and ground instruments. My work is focussed on the main instrument ECLAIRs, a hard X-ray coded mask imaging camera, in charge of the near real-time detection and localization of the prompt emission of GRBs. During my thesis, I studied the scientific performances of ECLAIRs and in particular the number of GRBs expected to be detected by ECLAIRs and their characteristics. For this purpose, I performed simulations using the prototypes of the embedded trigger algorithms combined with the model of the ECLAIRs instrument. The input data of the simulations include a background model and a synthetic population of gamma-ray bursts generated from existing catalogs (CGRO, HETE-2, Fermi and Swift). As a result, I estimated precisely the ECLAIRs detection efficiency of the algorithms and I predicted the number of GRBs to be detected by ECLAIRs : 40 to 70 GRBs per year. Moreover, the study highlighted that ECLAIRs will be particularly sensitive to the X-ray rich GRB population. My thesis provided additional studies about the localization performance, the rate of false alarm and the characteristics of the triggers of the algorithms. Finally, I also proposed two new methods for the detection of GRBs.The preliminary results were very promising and demonstrate that the sensitivity of ECLAIRs to the short GRBs (an interesting population due to the predicted association with gravitational waves) could be improved further.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées, ainsi que des coproduits comme les photons et les neutrinos, issus de sources de rayons cosmiques galactiques ou extragalactiques. Ils arrivent au sommet de l'atmosphère terrestre avec des énergies primaires allant jusqu'à quelques 10 EeV. Lorsque les rayons cosmiques entrent dans l'atmosphère, ils interagissent avec les molécules de l'air et produisent un grand nombre de particules secondaires, créant une gerbe atmosphérique (extensive air shower, EAS). Accompagné des particules secondaires, une émission de la lumière Cherenkov et de la lumière fluorescence est induite par le passage des particules dans l'atmosphère. L'Observatoire Pierre Auger et Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) sont des observatoires dédiés à la détection des gerbes atmosphériques dans le but de répondre aux questions ouvertes concernant les rayons cosmiques, mais se concentrant sur différentes gammes d'énergie, les plus hautes énergies et les énergies autour de quelques PeV. Après plus de 10 ans d'exploitation de l'Observatoire Pierre Auger, la collaboration Auger a proposé une amélioration des détecteurs de son réseau de surface, appelée "AugerPrime". Le but est d'augmenter la sensibilité à la masse des particules primaires en ajoutant un détecteur scintillateur sur le détecteur Cherenkov à eau. Les deux observatoires sont dits «hybrides» car composés de télescopes optiques observant le développement longitudinal des gerbes et des réseaux de détecteurs de surface échantillonnant leurs profils latéraux. Dans cette thèse, une série d'études contribuant aux projets AugerPrime et LHAASO sont présentées. En ce qui concerne le projet AugerPrime, la présente étude comprend le travail de recherche & développement des scintillateurs et l'analyse de données du réseau de tester. Pour le projet LHAASO, des simulations de télescopes Cherenkov et une analyse multivariée des observations hybrides pour l'identification des masses primaires sont présentées. / Cosmic rays are charged particles, as well as coproducts like photons and neutrinos, originated in cosmic-ray sources inside or outside the Galaxy. They arrive at the top of the Earth's atmosphere with primary energies of up to a few 10 EeV. When the cosmic rays enter the atmosphere, they interact with the molecules in the air and produce a large number of secondary particles, creating an extensive air shower (EAS). The ground-based observation of the EAS can be used to deduce the energy, the arrival direction, and the mass composition of cosmic rays. The Pierre Auger Observatory and the Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) are both EAS observatories aiming at solving open questions of cosmic-ray studies but focusing on different energy ranges, the highest-energy and the so-called knee (around few PeV) regions. Based on the experience gained during the operation of the Pierre Auger Observatory for more than 10 years, the Auger collaboration has proposed an upgrade project, called ''AugerPrime'', with the aim of increasing the sensitivity of the surface detector array to the primary mass of cosmic rays. Both observatories employ the so-called ''hybrid detector arrays'' composed of optical telescopes overlooking the longitudinal development and ground detector arrays sampling the signal densities in the lateral direction of the EAS. The ground detector arrays of both observatories are being constructed or upgraded to have various types of particle detectors (scintillator and water-Cherenkov detectors), which allow us to decompose the electromagnetic and muonic components of the EAS. In this thesis, a series of studies contributing to the AugerPrime and LHAASO projects are presented. Concerning the AugerPrime project, the present study includes R&D work of the scintillator detector and data analysis of the engineering array. For the LHAASO project, simulations of the wide field of view Cherenkov telescope array and a multivariate analysis of LHAASO-hybrid observations for the primary mass identification are presented.