Le propos de cette thèse est l'étude de la dynamique du réseau de vortex dans un supraconducteur. La technique expérimentale utilisée, la mesure de bruit, offre une analyse fine de la nature des interactions du réseau de vortex en mouvement avec ses centres d'ancrage. Un dispositif de mesures de bruits de faible puissance a spécialement été conçu pour la réalisation des expériences.<br />En premier lieu, le bruit du système est observé dans des lames de Niobium dans différentes conditions : différentes tailles d'échantillon ont été ajustées de manière contrôlée, et des défauts de surface ont été introduits par irradiation ionique basse énergie, puis caractérisés par imagerie à force atomique. Il apparaît que le bruit basse fréquence, de même que le courant critique sont principalement dus à l'ancrage de surface. De plus, la portée des fluctuations se trouve être corrélée à la distribution spatiale de la rugosité.<br />Le régime bruyant en supraconductivité de surface, sans vortex dans le volume, montre clairement que de pures fluctuations de courant de surface conduisent au même bruit qu'en présence de vortex dans le volume. Ce résultat est confirmé par des mesures complémentaires de fluctuations de tension dans plusieurs directions, réalisée dans des échantillons massifs d'un alliage Pb-In.<br />La statistique du processus bruyant a été étudiée dans des micro-ponts sur couche mince de Niobium: les résultats indiquent que l'état de la surface, ainsi que celui des bords du système influent sur le régime bruyant du dépiégeage, au cours duquel des effets non-gaussiens et non-stationnaires, typiques d'un vol de Lévy, apparaissent.

Les effets néfastes voire critiques de la connectique sont bien connus des concepteurs de convertisseurs d'électronique de puissance, qui cherchent ainsi à minimiser les surtensions, les pertes et les interactions CEM. Néanmoins le dimensionnement des interconnexions reste toujours un point délicat à cause des phénomènes électromagnétiques mis en jeu difficiles à anticiper dans une phase de dimensionnement. Les dispositifs actuels, de plus en plus complexes, ne peuvent plus se satisfaire d'une approche classique basée sur l'expérience et le bon sens des concepteurs.<br />Dans un premier temps un modèle générique du câblage basé sur les entrées/sorties a été proposé. La génération automatique de ce modèle à partir du logiciel InCa (Inductance Calculation) vers les simulateurs circuit (Saber, P-Spice)constitue une avancée importante dans la modélisation fine des convertisseurs et s'insère parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Cette approche permet l'analyse des signaux difficilement accessibles par des moyens de mesures traditionnelles. L'influence de la connectique peut ainsi être mise en évidence. Dans un second temps, une approche ciblée sur le câblage a permis de résoudre les problèmes d'interactions et de déséquilibres introduits par le câblage. Directement à partir des matrices impédances, il est alors possible de déterminer la qualité des interconnexions et de mettre en oeuvre un processus d'optimisation autour de règles de câblage. Ce travail constitue une avancée importante dans la conception des interconnexions.

Dans le contexte de la prédétermination des pertes ,par commutation et des perforrnanc CEM (Comptabilité ElectroMagnétique) des convertisseurs statiques d'Electronique de Puissance lors de la phase de conception technologique, cette thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle précis de la cellule de commutation MOSFET-Diode pin. Dans ce~e étude trois aspects ayant d'importantes influences sur les formes d'ondes temporelles des commutations aussi biencle la partie puissance que celle de cornritande sont traitées: 1 i) Les interconnexions et des éléments parasites li~es à rimplantation géométrique et au choix de la technologie de réalisation des convertisseurs statiques ii) La dynamique des charges dans la base large des composants bipolaires semiconducteurs (ici la diode pin) qui est de nature distribuée Hi) Les capacités non-linéaires parasites de MOSFET et en particulier la capacité d'entrée et Miller intervenant lors de commutation Le modèle de cellule de commutation est validé en comparant les simulations effectuées avec les mesures sur le prototype réalisé à cette fin. Il a été montré que le domaine de validité du modèle est beaucoup plus large par rapport aux modèles existants:. le modèle est relativement robuste devant les changements des conditions de circuit environnant des composants semiconducteurs et les variations du point de fonctionnement. Des applications réelles présentées au dernier chapitre ont pour but de montrer d'une part l'importance de l'environnement parasite des semiconducteurs dans la modélisation, fme des convertisseurs statiques et d'autre part la possibilité de rendre compatible le modèle aux cas plus complexes (plusieurs interrupteurs en parallèle).

Les composants à grille isolée sont de plus en plus souvent utilisés dans les variateurs de lumière connectés au secteur. L'utilisation de ces composants permet d'assurer la compatibilité électromagnétique du système en contrôlant les formes d'onde de commutation. Dans ce contexte, l'objet de ce travail porte sur l'étude des méthodes de commande des composants à grille isolée permettant de réduire les perturbations émises tout en conservant des pertes de commutation acceptables. Nous présentons dans une première partie un modèle comportemental du MBS lors de sa fermeture sur charges résistives. Ce modèle permet d'analyser l'influence des différents paramètres électriques du MBS sur les formes d’onde de commutation. Il permet également de déterminer en simulation les perturbations électromagnétiques générées. Dans une seconde partie nous nous intéressons aux circuits de commande permettant aux variateurs de lumière utilisant des MBS de respecter les normes de compatibilité électromagnétique. Une méthode de dimensionnement des commandes R-C est présentée. Les performances de ce type de commande en terme de perturbations électromagnétiques générées et de pertes de commutation sont déterminées en simulation puis en mesure. La principale limite de ces commandes provient de leur sensibilité aux variations des paramètres électriques du composant commandé. Ceci nous a poussé à développer un nouveau type de commande permettant d'assurer des commutations peu perturbatrices de manière simple et fiable. Le principe de la commande développée, basée sur un contrôle en courant du composant, est présenté et ses performances sont analysées tant en simulation qu'en réalité. La sensibilité aux dispersions de paramètre obtenue est faible par rapport à celle des commandes classiques. D'autre part, le circuit de commande proposé présente l'avantage d'être réalisable sous forme d'un circuit intégré monolithique. L'utilisation de cette nouvelle commande a permis la réalisation d'un variateur de lumière à MBS d'une puissance maximale de 500W respectant les normes CEM sans filtre secteur et ne dissipant qu'une puissance de 3,5W soit un rendement de conversion de 99,3%.

Ce mémoire commence par une présentation de l'état de l'art en matière de circuits équivalents et de caractérisation expérimentale des composants bobinés. Il précise ensuite les modifications à apporter au circuit équivalent initial, pour des transformateurs à faible rendement et/ou faible couplage, ainsi que les méthodes de caractérisation expérimentale applicables à de tels composants. Les éléments du circuit équivalent du composant faisant l'objet de cette étude sont ensuite " évalués expérimentalement. La simulation, à l'aide du logiciel PSPICE, du comportement d'un circuit électronique intégrant ce composant est confrontée à l'expérience. Le gain en précision résultant de l'emploi d'un modèle adéquat pour chaque composant bobiné est ainsi mis en évidence. La suite de l'étude porte sur le calcul des éléments du circuit équivalent du transformateur à partir des données technologiques. Dans un premier temps, l'accent est mis sur les capacités parasites. En menant en parallèle une étude analytique et une modélisation électrostatique grâce au logiciel FLUX2D, l'incidence du mode de bobinage sur la valeur des capacités est analysée en détail. Des règles pratiques de bobinage, visant à diminuer ces capacités parasites, sont justifiées et appliquées à des prototypes industriels, avec succès. Le calcul des grandeurs magnétiques et des pertes à l'aide du logiciel FLUX2D, nécessite l'introduction d'une perméabilité complexe. Nous discutons alors de certaines limites de validité des méthodes classiques de caractérisation des matériaux magnétiques. Enfin, une méthode expérimentale originale, destinée à mesurer, à chaque fréquence, la résistivité et la perméabilité complexe d'un matériau magnétique conducteur linéaire est proposée et validée. Cette méthode est ensuite étendue au cas des matériaux composites (ferrites).

Les outils informatiques deviennent incontournables pour les concepteurs de circuits en électronique de puissance. Les étapes de tests sur prototypes n'échappent pas à cette règle. Le travail présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans cet axe de " prototypage informatique ". Il met en avant l'étude de l'environnement électromagnétique des composants de puissance. Plus précisément, les imperfections dues au câblage seront étudiées. Dans un premier temps, les inductances parasites sont étudiées pour des structures particulières de câblage : la technologie busbar. Cette étude s'inscrit dans une volonté d'intégrer le câblage comme un composant à part entière dans les logiciels. Une méthode permettant de s'affranchir des déséquilibres en courant dans les composants mis en parallèles est également présentée. Dans une deuxième partie, l'aspect capacitif est pris en compte. Le but de cette étude est de trouver une méthode rapide et efficace de déterminer les capacités parasites de systèmes complexes. Une comparaison de plusieurs logiciels est donc effectuée. La méthode retenue est une adaptation de la méthode PEEC. Celle-ci est validée par des mesures.

Le mode de désintégration en une paire de photons est la signature la plus claire permettant de rechercher un boson de Higgs de masse intermédiaire auprès du futur grand collisionneur de protons du CERN, le LHC. Puisque la largeur naturelle du Higgs est très faible dans cette zone, son observation dans ce canal repose sur les performances du calorimètre électromagnétique. Une étude complète a été effectuée pour évaluer le potentiel de découverte du détecteur ATLAS. Les paramètres et la géométrie du calorimètre électromagnétique à argon liquide ont été optimisés. Les résultats de la simulation utilisée pour ce travail sont confirmés par des tests sur faisceau d'un prototype. Cette simulation inclut différentes contributions comme le terme d'échantillonnage, les bruits d'électronique et d'empilement, le terme constant global du calorimètre et la mesure de direction de l'angle d'émission des photons de la paire. Le niveau de bruit de fond irréductible des paires de photons directs a été évalué, tout comme celui du bruit de fond réductible des jets de hadrons, et plus particulièrement celui des pions neutres isolés. Pour cela, la capacité du détecteur à rejeter ces bruits de fonds a été estimée. Le calcul de la résolution de masse invariante des paires de photons et l'estimation du taux d'événements de signal et de bruit de fond ont permis de calculer le potentiel de découverte du Higgs par le détecteur ATLAS pour ce canal. Un effet systématique à plus de cinq écarts types sera mis en évidence en une année de prise de données au LHC, si la masse du boson de Higgs est comprise entre 100 GeV/c2 et 150 GeV/c2.

Les collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV au LHC produiront des bosons Z en grande quantité dont la mesure de la section efficace de production constitue un test du Modèle Standard. Après avoir décrit le contexte théorique et procédé à une description du détecteur ATLAS et des outils de simulation et d'analyse, une partie de cette thèse est consacrée à l'exploitation des événements cosmiques enregistrés dans la phase de préparation aux collisions afin de valider la simulation des formes de gerbes électromagnétiques dans un contexte proche de celui des collisions. Une deuxième partie de la thèse s'attache à la description des éléments clefs intervenant dans la mesure de la section efficace. Des critères de sélection utilisant des variables d'isolation, alternatifs à la sélection standard, ont été étudiés et ont mené à l'observation des premiers candidats Z->e+e- dans ATLAS. Enfin, les principales sources d'erreurs systématiques intervenant dans la mesure de section efficace ont été étudiées. Il s'agit des incertitudes liées d'une part à l'efficacité de sélection des électrons et d'autre part à l'efficacité géométrique du détecteur.

En ce début d'année 2010, le collisionneur de protons LHC a commencé son fonctionnement avec une énergie dans le centre de masse de s = 7 TeV, faisant du CERN le laboratoire abritant le plus puissant accélérateur de particules au monde. La nouvelle fenêtre d'observation offerte par cette machine offre aux physiciens la possibilité d'observer des phénomènes physiques encore inconnus et détendre nos connaissances sur le fonctionnement de l'univers. Parmi les expériences placées sur l'anneau du LHC se trouve l'expérience généraliste ATLAS, dont les objectifs de physique comprennent la complétion du Modèle Standard de la physique des parti- cules par la découverte du boson de Higgs, la mesure des propriétés du quark top, mais également la mise à l'épreuve de théories comme la sup er-symétrie, les modèles de grande unification et de dimensions supplémentaires. Le chapitre 1 illustrera l'état des connaissances théoriques en physique subatomique avant le nouvel éclairage que le LHC a la vocation de lui app orter, tandis que le chapitre 2 décrira l'exp érience ATLAS sur lequel repose le travail effectué pendant cette thèse. L'exploitation des données d'un collisionneur de hadrons n'est cependant pas aisée, et la réduction du bruit QCD est un des enjeux majeurs des expériences placées auprès du LHC. Dans cet environnement hadronique, la maîtrise des leptons est cruciale. Leur signature relativement simple et leur présence dans des canaux de découvertes importants sont des atouts pour la recherche de nouvelle physique. L'électron, sa reconstruction, son identication, sa mise en oeuvre et celle du calorimètre électromagnétique qui est un sous-détecteur crucial pour sa mesure a été le conducteur de ma thèse qui se découpe comme suit. La reconstruction de l'électron commence dans le calorimètre électromagnétique

Le MILO (Magnetically Insulated Line Oscillator) est une source micro-onde de forte puissance capable de produire des puissances crêtes supérieures au gigawatt à des fréquences de quelques gigahertz. Ce tube hyperfréquence est un oscillateur à champs électrique et magnétique croisés qui ne requiert pas de structure externe pour produire le champ magnétique nécessaire au guidage du faisceau d'électrons. Ceux-ci sont produits par émission explosive à partir d'une cathode de type velours et sont accélérés par la différence de potentiel dans l'espace anode – cathode. L'anode constitue une cavité hyperfréquence capable d'emmagasiner de l'énergie électromagnétique, transférée depuis le faisceau d'électrons. Ainsi, la géométrie du tube fixe les conditions de propagation des électrons dans le vide (isolement magnétique) et les conditions de synchronisme permettant les échanges d'énergie dans la structure hyperfréquence. Cette thèse vise à détailler les caractéristiques de fonctionnement d'un MILO compact, c'est-à-dire à l'échelle ½ en comparaison des dispositifs existants, en vue d'un développement expérimental. Pour cela nous avons démontré la faisabilité d'un modèle réduit en redimensionnant tous les paramètres géométriques. Des simulations en géométrie 2D et 3D sous code PIC – Electromagnétique MAGIC ont permis de caractériser, d'une part, la structure hyperfréquence afin d'optimiser les couplages cavité – guide d'onde de sortie pour l'extraction du rayonnement et de démontrer, d'autre part, les contraintes physiques limitant la puissance micro-onde de sortie. Le prototype ainsi optimisé a conduit à la conception d'un dispositif expérimental où les tests préliminaires à froid (sans faisceau) ont montré une bonne concordance avec les prévisions théoriques. Cette thèse ouvre la voie à l'expérimentation et au développement d'une source micro-onde de puissance compacte.