La matière sombre sert à combler la lacune de masse constatée dans la théorie de la gravité actuelle. Introduire des modèles de matière sombre comprenant des particules de type axion (une particule théorique qui semble être une solution au problème de la symétrie CP dans les interactions fortes) ou des photons sombres (une particule théorique qui pourrait résoudre le problème du moment magnétique anomal du muon) permettrait donc de répondre à des questions toujours sans réponse. Plusieurs chercheurs ont déjà travaillé sur le cas du processus de diffusion neutron-neutron dans l'approximation de l'échange à un pion. Toutefois, il semblerait que cette approximation ne corresponde pas totalement à ce qu'on observe. Nous travaillons alors avec l'approximation de doux neutrinos. Cette méthode permet une approximation du comportement d'un nucléon off-shell lors de sa propagation par un nucléon on-shell. Nous calculons ici les émissivités d'une paire de neutrinos, de l'axion et du photon sombre à l'intérieur d'une supernova. Nous prenons le processus de refroidissement bremsstrahlung avec l'approximation de doux neutrinos pour nos calculs. Ces résultats permettraient d'utiliser des données expérimentales pour obtenir des valeurs numériques d'émissivité. / Dark matter fills the void in the current theory of gravity. Introducing dark matter models with axion like particles (theoretical particles that would represent a solution to the strong CP problem) or with dark photons (theoretical particles that could fix the muon anomalous magnetic moment problem) could answer multiple questions which remain unanswered. Many researchers worked on neutron-neutron diffusion with the one pion exchange approximation. However, it seems like this approximation is not representative of the observations. We will work with the soft neutrinos approximation instead. This method allows us to take the off-shell nucleons as if they were on-shell while they are propagating. We will compute the emissivities of neutrino pairs, axions and dark photons inside a supernova. We will use the bremsstrahlung cooling process with the soft neutrinos approximation. Those results will enable us to use experimental data to obtain numerical values of the emissivities.

La croissance de matériaux cristallins semi-conducteurs, par la méthode de l'épitaxie, exige le contrôle précis et uniforme du chauffage de l'échantillon. Les technologies actuelles de chauffage maitrisent mal l'uniformité de la température sur la surface de l'échantillon et comportent de fortes pertes d'énergie. Une répartition de température non uniforme au sein de l'échantillon engendre de nombreuses contraintes mécaniques non désirées, entraîne une mauvaise uniformité dans le dépôt de couche et empêche la réalisation de nombreux procédés chimiques et physiques sur le substrat. Beaucoup de ces problèmes ont pu être constatés dans le passé. Il faut dire que le défi de chauffer un substrat de semiconducteur, qui est partiellement transparent, n'est pas trivial. L'étude entreprise, à travers cette maîtrise, a permis de concevoir un modèle numérique permettant de prédire le comportement thermique d'un substrat de semiconducteur dans les conditions de croissance. Le modèle a donné que la température en surface du substrat était fortement non uniforme, de l'ordre de 25 [degrés Celsius] à température de croissance. Les profils de température théoriques ont pu être validés expérimentalement. En effet, des cartographies de température ont été déterminées en associant une caméra infrarouge avec une analyse spectrométrique. Ceci a permis de démontrer une très bonne concordance entre la température à l'extrémité et celle au centre. Toutefois, la variation du profil de température expérimentale n'était pas exactement la même que celle obtenue par le modèle, ce qui a donné une différence maximale inférieure à 5 [degrés Celsius] entre le modèle et la réalité à température de croissance. Néanmoins, la concordance entre la température au centre et celle à l'extrémité permet d'affirmer qu'améliorer l'uniformité de chauffage aura un impact positif sur la réalité. En rendant le porte-échantillon isolant, il a été de possible d'améliorer énormément l'uniformité de température, passant d'une différence de 25 [degrés Celsius] entre le centre et l'extrémité à 14 [degrés Celsius]. À plus long terme, une nouvelle conception a été proposée en combinant une source ponctuelle à un porte-échantillon chauffant, ce qui donne, en optimisant les paramètres, une uniformité de chauffage quasi-parfaite tout en diminuant les pertes énergétiques.

La simulation numérique du soudage peut être améliorée par une meilleure connaissance des propriétés thermophysiques des métaux à l’état liquide. Un approfondissement de cette connaissance requiert un dispositif capable de conditionner ces métaux à de très hautes températures en vue de les caractériser. Après un état de l’art sur les techniques de caractérisation adaptées à ces échelles de températures (chapitre 1), ce manuscrit détaille les travaux, principalement expérimentaux, dédiés aux développements d’un dispositif capable d’élever des métaux jusqu’à 2 500 °C (chapitres 3 et 4) et d’un pyromètre à cinq longueurs d’onde pour mesurer cette température (chapitres 2, 4 et 5). Le dispositif chauffe par induction une tour en graphite, le creuset étant placé en son centre, et a été dimensionné via une simulation magnéto-thermique 2D axisymétrique à l’aide du logiciel Comsol Multiphysics®. Parallèlement, le pyromètre a été développé dans le but de mesurer simultanément la température et l’émissivité. En l’absence de corps noir à hautes températures, plusieurs expériences ont été menées pour étalonner ce dernier ; elles ont été basées sur la mesure de la température de fusion/solidification de corps purs. En fonction de leur tenue et pour couvrir la plus large gamme de température possible, les métaux choisis sont le fer, le chrome, ou encore le niobium. Les expériences ont montré l’efficacité du pyromètre et la capacité maximale du dispositif hautes températures lors de la fusion du niobium à environ 2 500 °C. Enfin, le pyromètre a été utilisé lors d’une opération de soudage à l’arc, au cours de laquelle la température a été estimée sur une gamme de 1 000°C – 2 500°C. / Welding simulation can be improved by a better knowledge of molten metals thermophysical properties. This improvement requires characterization using a very high temperature apparatus. After portraying a state of the art on characterization technics adapted to this temperature range (chapter 1), this manuscript details works, principally experimental, dedicated to the developments of a device able to heat metals up to 2 500 °C (chapters 3 and 4) and of a five wavelengths pyrometer in order to measure this temperature (chapters 2, 4 and 5). The device heats by induction a graphite tower, the crucible being placed at its center, and has been dimensioned by a magneto-thermal 2D axisymmetric simulation using the Comsol Multiphysics® software. In parallel, the pyrometer has been developed in order to measure both temperature and emissivity. In the absence of a high temperature blackbody, several experiments were carried out for the calibration of it; they were based on the use of the luminance of pure metals at their melting point. In order to cover the largest temperature range possible, chosen metals were iron, chromium, and even niobium. These experiments showed the efficiency of the pyrometer and the maximal ability of the high temperature device during the niobium melting around 2 500 °C. Finally, the pyrometer has been used on an arc welding process, in which temperature has been evaluated over a 1 000 °C – 2 500 °C temperature range.

Traditional methods and a lack of consensus and quality control in the delimitation of lithological units lead to differences and offsets at the contact zones between map sheets. On some geological maps, such inconsistencies considerably hinder exploration work. This study evaluates the contribution of remote sensing combined with a geoscientific knowledge base to produce bedrocks maps in a geologically complex and semi-arid region of the Peruvian Andes. The region is characterized by the presence of vegetation, snow and hydrothermal alteration. The results demonstrate the potential of ASTER-TIR emissivity data to discriminate lithological units characterized by differences in silica content. These units correspond to felsic plutonic, intermediate volcanic and sedimentary carbonate rocks with a map accuracy of 72% when compared to the available geological map. Specifically with regards to quartz zones, mapping by the two methods resulted in a comparative precision of 99%. The methodological approach also demonstrated that the potential of SWIR spectral bands is sufficiently high (precision of 84%) to detect many of the minerals associated with argillic and advanced argillic alteration in the study area.

Les objectifs de cette thèse sont la validation d’une méthodologie de détermination de la température de surface (LST) et de l’émissivité de surface (LES) à partir des radiances hyperspectrales du capteur IASI à bord du satellite METOP. Il s’agit de montrer la possibilité d’extraire ces deux paramètres d’un signal hyperspectral IRT télédétecté dans une approche physique. Le domaine spectral d'étude s'étend de 750 à 1250 cm-1 (8 à 13,3 μm) et la résolution spectrale est de l'ordre du 0,25 cm-1, inscrivant ainsi ce travail dans le giron de la radiométrie à très haute résolution spectrale infrarouge. Après une étude des méthodes de séparation existantes, la méthode SpSm (Spectral Smothness), est validée. Une étude de sensibilité aux erreurs aux bruits atmosphérique et instrumental est menée. La méthode SpSm est appliquée aux données IASI en conditions réelles pour l’année 2008 dans une zone spatiale couvrant l’Europe et le Nord d’ Afrique. Les résultats sont validés d’une part avec les produits MODIS et SEVIRI, et d’autre part avec les paramètres température et émissivité obtenus à partir des radiances SEVIRI et l’algorithme TISI. / This thesis focuses on the validation of a methodology for determining the surface temperature (LST) and surface emissivity (LES) from hyperspectral radiances from the IASI sensor on board of the European satellite METOP. We show that it is possible to extract these two parameters from a remotely sensed TIR signal using a physical approach. The spectral range under study extends from 750 to 1250 cm-1 (8 to 13.3 μm) and the spectral resolution is 0.25 cm-1, placing this work in the context of very high spectral resolution infrared radiometry. After studying the existing methods of separation, the SpSm method (Spectral Smothness), is validated. A study of sensitivity to atmospheric and instrumental noise is conducted. The SpSm method is applied to the IASI data in real conditions in 2008 in a spatial area that covers Europeand North Africa. The results are validated on one hand with the MODIS and SEVIRI products, and on the otherhand with temperatures and emissivities obtained from the SEVIRI radiances and the TISI algorithm.

Afin de mieux estimer la survivabilité des débris spatiaux lorsqu’ils retombent sur Terre (masse finale et surface meurtrie), la base de données matériaux du code DEBRISK du CNES nécessite d’être alimentée en propriétés dans le domaine des hautes températures (oxydation et émissivité principalement). Ainsi, cette thèse a été réalisée au laboratoire PROMES-CNRS sur l’étude expérimentale de l’oxydation dans des conditions de rentrée atmosphérique (plasma d’air, haute température et basse pression) de quatre alliages métalliques les plus difficiles à détruire (Invar 36, TA6V, 316L et 304L). L’émissivité totale directionnelle a également été mesurée à haute température et l’émissivité totale hémisphérique a été calculée pour ces quatrematériaux, sur des surfaces non oxydées, sous vide secondaire, mais aussi, pré-oxydées sous plasma d’air et oxydées in situ sous air standard. Les résultats ont montré pour l’ensemble des matériaux, que l’oxydation à haute température sous environnement d’oxygène atomique, était peu significative vis-à-vis des faibles gains ou pertes de masse obtenus (dépendant de l’alliage) par rapport aux masses initiales. Par contre, l’oxydation crée une forte modification de la surface – composition et morphologie – ce qui entraine une importante augmentation d’un facteur 3 voire 4 (dépendant de l’alliage) de l’émissivité totale des matériaux oxydés par rapport à celle des échantillons vierges, cette augmentation pouvant fortement retarder le processus de fusion pendant une trajectoire et par conséquent le calcul de la masse finale et de la surface meurtrie. De plus, il a été observé que l’émissivité des oxydes formés sous plasma d’air était généralement 10% supérieure à celles des oxydes formés sous air standard, d’où l’intérêt de mesurer l’émissivité sur des surfaces préalablement oxydées sous plasma d’air, caractéristique des conditions de rentrée atmosphérique des débris spatiaux. Finalement, il apparait plus judicieux d’implémenter dans les codes de rentrée atmosphérique, l’influence de l’oxydation sous plasma d’air sur l’émissivité plutôt que les cinétiques d’oxydation obtenues. / To better assess the survivability of space debris when they fall at ground (final mass and casualty area), the DEBRISK tool from CNES needs to feed its material database with properties at high temperatures (oxidation and emissivity mainly). Thus, this thesis was conducted at the PROMES-CNRS laboratory on the experimental study of oxidation in atmospheric re-entry conditions (air plasma, high temperature and low pressure) for four metallic alloys which are the most difficult to destroy (Invar 36, TA6V, 316L and 304L).The total directional emissivity was measured at high temperature for all the materials and the totalhemispherical emissivity calculated, on non-oxidized samples, in high vacuum, but also, on pre-oxidized samples under air plasma and on in situ oxidized ones in standard air. The experimental results have shown for all the materials that the oxidation at high temperature under air plasma was not significant, due to the obtaining of small mass gains or losses (depending of the alloy) compared to the initial masses. However, oxidation creates a huge modification of the surface – composition and morphology – that leads to a significant increase of the total emissivity of oxidized materials compared to the one of virgin samples by a factor 3 or even 4 (depending on the alloy) that can strongly delay the melting process during a trajectory andconsequently the calculation of the final mass and the casualty area. Moreover, it was observed that the emissivity of oxides formed under air plasma was generally 10% higher than those formed in air standard, hence the interest to perform emissivity measurements on pre-oxidized samples under air plasma conditions, representative of the atmospheric re-entry conditions of space debris. Finally, it would be more judicious to implement in the atmospheric reentry tools, the influence of the oxidation under air plasma on the emissivity rather than the kinetics of oxidation obtained.

Au cours des dernières années, l'essor spectaculaire des microsystèmes (ou MEMS), qui touche tous les domaines industriels, est à l'origine de nombreux et nouveaux progrès technologiques. Néanmoins, dans ce contexte prometteur de large envergure, la fiabilité des MEMS s'avère être la problématique à améliorer pour franchir la phase d'industrialisation à grande échelle. C'est dans le cadre de cette thématique de fiabilité des microsystèmes, que s'inscrit ce travail.La température étant un paramètre majeur entrant dans de nombreux mécanismes d'endommagement des MEMS, notre étude présente la conception et la réalisation d'un banc de thermographie infrarouge de haute résolution (2 µm), associé à la mise en œuvre d'une méthodologie d'analyse et de traitement des mesures infrarouges.Ce dispositif innovant permet un diagnostic in-situ, sans contact et rapide des défaillances des MEMS par mesures locales et quantitatives des pertes thermiques associées. Cet outil constitue une avancée importante pour détecter, mesurer et comprendre les mécanismes d'endommagement des MEMS. Il nous permet de reconstituer des images thermiques de tout type de microsystème en cours de fonctionnement ou soumis à des tests de vieillissement accéléré, et ceci afin de réaliser une analyse fine et rapide de leur fiabilité.Ce travail apporte de nouveaux résultats en ce qui concerne la détection des mécanismes de défaillance de différents types de MEMS-RF et tout particulièrement des MEMS-RF avec contact électrique.

La télédétection thermique en temps réel de systèmes volcaniques actifs est une technique cruciale pour comprendre le comportement et l'activité éruptive de corps magmatiques chauds. Cette technologie repose sur la détermination de l'émissivité thermique du magma, un paramètre permettant d'identifier la température du magma. Nous avons utilisé une méthode directe pour obtenir des spectres dans la plage de nombres d’onde allant de 400 à 13000 cm-1; d’échantillons naturels volcaniques (volcan Erebus et Teide) et synthétiques (avec différents éléments). Ces matériaux ont été chauffés de la température ambiante à 2000K avec un laser CO2 et les données ont été collectées pendant toute la phase de chauffage avec un spectromètre IRTF.Nos résultats indiquent que l’émissivité d’une roche magmatique est affectée par les changements de composition et l’histoire thermique. Les mesures d'émittance montrent le rôle important du fer et de la vitesse de refroidissement du magma sur la réponse spectrale des compositions de type phonolitique. Ces observations sont importantes, car une méconnaissance des valeurs d’émissivité engendre des erreurs sur la détermination de la température et, donc à une interprétation erronée de la rhéologie et de l'efficacité thermique du corps magmatique. / Real time thermal remote sensing of active volcanic systems is a crucial technique for understanding the behavior and eruptive activity of hot magmatic bodies. Such technology relies on determining the thermal emissivity of the magma, a parameter to identify the temperature of magma. We used a direct method to obtain a spectrum in the wavenumber range from 400 to 13000 cm-1; the natural (volcano Erebus and Teide) and synthetic samples were heated up from room temperature to 2000K with a CO2 laser and data were collected during all the heating stage with a FTIR spectrometer.Our results thus indicate that thermal emissivity of magmatic rock is affected by changes in composition and thermal history. The emissivity measurements show the important role of the iron and the cooling rate on the spectral response of the phonolite composition. These are important observations since different emissivity will lead to different temperature determinations and hence, an erroneous interpretation on the rheology and thermal efficiency of the magmatic body.

Cette thèse porte sur l’étude de l’émissivité et de l’opacité dans les plasmas de fusion inertielle (FCI), et des processus atomiques dans les plasmas de fusion magnétique (FCM).En FCI, nous avons étudié les spectres d’émissivité du hohlraum de l’approche indirecte et d’opacité des dopants de l’ablateur. Leur connaissance permet d’améliorer la compression de la cible de D-T et ainsi favoriser les réactions de fusion. Nous avons caractérisé les spectres lié-lié de l’or, du carbone et du germanium au moyen de méthodes détaillées (code PPP) mais qui s’avèrent coûteuses en temps de calculs et limitées quand le nombre de niveaux/ions augmente. Pour optimiser le temps de calcul sans perdre en précision, une méthode hybride détaillée/statistique (code SCO-RCG) a fait l’objet de comparaison/validation avec le code PPP sur des cas tests. Cette approche a ensuite été appliquée au calcul de l’opacité totale (lié-lié, lié-libre, libre-libre) pour tous les états d’ionisation du germanium et du silicium. Les spectres obtenus sont ensuite comparés dans une large gamme d’énergies en vue d’optimiser la compression de la cible.En FCM, à partir d’expériences effectuées sur les tokamaks Tore Supra (CEA Cadarache) et ASDEX Upgrade (Max Planck Institut, Garching), nous nous proposons de développer une nouvelle base de données de physique atomique (sections efficaces, taux des processus,…) à l’aide du code HULLAC pour analyser des coefficients de transport. Le but de cette étude est la sensibilité aux données atomiques de la reconstruction des coefficients de transport par le code ITC. Pour le cas de l’argon, les sections efficaces de quelques processus sont présentées et les coefficients de taux sont comparés à ceux provenant du consortium ADAS. / The thesis is devoted on the study of emissivity and opacity in inertial confinement fusion plasmas (ICF), and on atomic processes in magnetic fusion plasmas (MCF).In ICF, we have studied the emissivity of the hohlraum and the opacity of ablator’s dopants in the indirect drive scheme. The knowledge of these quantities allows the improvement of the target compression and, as a consequence, the fusion reactions. We have characterized the bound-bound spectrum of gold, carbon and germanium with detailed line calculation (PPP code). Such calculations are time consuming and thus restricted to small numbers of levels/ions. To optimize the time calculation without lack of precision, a hybrid approach statistical/detailed (SCO-RCG code) was compared with the PPP code for test cases. Then the hybrid approach was applied to total opacity calculations (bound-bound, bound-free and free-free transitions) for each ionization state of germanium and silicon. The spectra are compared in a large temperature range in order to optimize the target compression.In MCF, from experiences carried out on Tore Supra (CEA Cadarache) and ASDEX Upgrade (Max Planck Institut, Garching) tokomak, we have provided new atomic data (cross sections, rates of processes) with the HULLAC code in order to analyze the transport coefficients. The aim of this study is the sensitivity of atomic data on the reconstruction of transport coefficients by the ITC code. For the argon case, the cross sections of some processes are presented and the rate coefficients are compared to those of ADAS consortium.

Les études sur l'Antarctique sont motivées par l'interprétation des données que renferme la glace ancienne sur les climats passés et sur les possibles interactions entre la calotte et un éventuel changement climatique. Les radiomètres micro-ondes sont des instruments bien adaptés pour l'étude de la neige, car ils sont indépendants des conditions nuageuses et d'éclairement. Lorsque la neige est sèche, ils sont à même de fournir des informations en profondeur. Les caractéristiques du manteau neigeux (température, densité et taille de grains) sont liées aux processus de dépôt et leur évolution dépend des conditions climatiques. Ce sont ces caractéristiques, déterminantes vis à vis de la signature spectrale de la neige, que nous cherchons à évaluer à partir des données de télédétection. Les données utilisées proviennent du Scanning Multichannel Microwave Radiometer à bord du satellite Nimbus 7 (1978-86). Dans un premier temps, ces mesures ont été comparées à des données de terrain. A une forte stratification du manteau neigeux correspond une grande différence entre les polarisations verticale et horizontale, surtout pour les fréquences 6.6 et 10.7 GHz. On a trouvé aussi une forte corrélation entre la valeur moyenne de la taille des grains sur 0-2 mètres et la différence de comportement entre les fréquences 18 et 6.6 GHz (gradient en fréquence). Dans une seconde étape, nous avons modélisé l'émissivité microonde de la neige. Le modèle est basé sur la résolution des équations de Maxwell au travers de la théorie des fortes fluctuations (Stogryn 1986). Une solution analytique a été développée dans le cas d'un milieu uniforme en profondeur. Lorsque les caractéristiques de la neige changent en fonction de la profondeur, la solution fait appel à une résolution numérique. Le manteau neigeux est considéré isotherme, stratifié horizontalement et isotrope à l'intérieur de chaque strate. Les résultats du modèle font apparaitre plus clairement les contributions de la densité de la neige, de la taille des grains et surtout de la stratification sur les signatures spectrales.