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.

L’échange d’énergie par rayonnement est proportionnel à l’émissivité. Ce facteur dépend de la température et de la longueur d’onde mais aussi de l’état de surface, de la composition et de la phase. Sa mesure précise est donc toujours un défi à cause des influences connues ou inconnues. Par rapport à d’autres travaux, le but de ce travail est de l’étudier dans des conditions extrêmes, des températures cryogéniques aux hautes températures : Nous avons ainsi étudié à 80K l’absorption d’un diélectrique pour la protection thermique d’un satellite et celles de surfaces en or de différentes rugosités. A la température ambiante nous avons déterminé par une méthode en réflexion, l’émission de vitrages dans le but de la recherche d‘économie d’énergie. Nous avons aussi étudié la variation de l’émissivité pendant le changement de phase solidus-liquidus et α-β de second ordre. Autour de 100°C le soufre devient plus émissif lorsqu’il passe du solide au liquide mais par contre il n’y a pas de différence sur l’émissivité pour ses deux variétés allotropiques principales. A une beaucoup plus haute température, le silicium liquide se comporte comme un métal avec une émissivité très faible et un saut net a été constaté à son passage au point de fusion. Une variation marquée de l’émissivité pour les deux phases solides du SiC a été observée entre 8-11μm dans notre étude. Contrairement aux résultats de la littérature, les sommets d’émissivité diminuent progressivement avec l’augmentation de la température. Enfin trois points X, longueur d’onde où l’émissivité ne dépend pas de la température, ont été observés pour chaque phase. / Heat transferred by radiation is proportional to the emissivity. This coefficient depends not only on the wavelength and the temperature, but also on the surfaceroughness, the chemical composition and the phase. A precise measurement is always a challenge because of the known and unknown factors. Compared with others, this thesis aims at the studies in extreme conditions, from cryogenic temperature to very high temperature: The absorptivity of a dielectric applied to the thermal protector for the satellite and the emissivity of gold surfaces with different roughness have been measured at 80K. The emissivity of different windows has been determined by the reflection method at room temperature for the research of energy saving. We have also studied the variation of the emissivity during the solid to liquid and α-β phase transition. The sulfur becomes more emissive when it changes from solid to liquid around 100°C, but there is no difference on the emissivity between its two major allotropies. The liquid silicon behaves like a metal with a very low emissivity and an obvious bound has been measured when it crosses its melting point. A marked variation of the emissivity of SiC for its two solid-state phases has been observed between 8-11μm. Contrary to other results, the peak values of the emissivity attenuate with the increase of temperature. Finally, three X points at which the emissivity doesn’t depend on the temperature have been measured for each phase.

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. / Over the last few years, considerable effort has gone into the study of the failure mechanisms and reliability of MicroElectroMechanical Systems (MEMS). MEMS performance and reliability are affected by many parameters, such as the complex physical interactions between thermo-mechanical deformation, current flow, high power actuation and contact heating. In particular, temperature is a key issue for the design of a low loss and reliable MEMS. In order to improve device reliability it is essential to understand the thermal behaviours of RF-MEMS under standard or harsh current conditions. In this work, we present a new approach to investigate the failure mechanism of MEMS. An original set-up has been developed to localise and measure the heat loss of MEMS during actuation. Thermal characterization has been performed using infrared thermography to investigate the thermal sensitivity of MEMS. A brand new infrared bench was developed for temperature distribution measurement. An infrared camera, operating in the 1,5 - 5 µm bandwidth, was coupled to a new specific optic to reach an enhanced spatial resolution better than 2 µm/pixel. This work presents several results obtained on different advanced RF-MEMS including RF-MEMS switches where failure mechanism had been diagnosed.

Dans l'industrie comme dans la Recherche, la température est un paramètre clef pour la maîtrise et la compréhension du comportement des matériaux. Ainsi, dans le Réacteur nucléaire de Recherche Jules Horowitz (RJH), actuellement en construction au CEA Cadarache, un dispositif expérimental est élaboré afin d'étudier le comportement thermomécanique d'une gaine combustible. Celle-ci sera placée dans des conditions qui simulent une situation accidentelle (Accident de Perte de Réfrigérant Primaire, APRP) pendant laquelle elle s'échauffera rapidement. Le suivi de température, entre 700 et 1200 à ±10°C, doit pouvoir se faire par un capteur pyrométrique déporté par fibre optique. L'enjeu est d'optimiser la mesure en comparant différentes techniques de pyrométrie. Pour cela, l'étude est menée sous l'angle des deux principales difficultés techniques inhérentes à la réalisation du capteur. Le premier défi est lié au comportement des fibres optiques dans un environnement mixte où irradiation et haute température sont intimement liées. La fibre va subir des flux neutroniques de l'ordre de 10^12 nrapide/cm²/s et un débit de dose d'environ 1kGy/s. De plus son extrémité est soumise à une température de paroi élevée, de l'ordre de 800°C. Dans ces conditions, lumières parasites, bandes d'absorption et atténuation fluctuante sont autant de contraintes dont les effets sont à éviter ou à minimiser. Une étude prédictive fait le point sur les recommandations théoriques à suivre pour une mesure optimale.La seconde difficulté, qui concerne la mesure de température par pyrométrie, vient des variations spectrales attendues pour l'émissivité de la cible. Le matériau d'étude, choisi pour son utilisation dominante en France, est le Zircaloy-4. Sous l'effet de l'oxydation, l'émissivité spectrale de cet alliage de Zirconium évolue. Ce manuscrit montre qu'entre 700 et 800°C il est expérimentalement possible d'effectuer une mesure pyrométrique en laboratoire, hors irradiation.En croisant ces différents résultats, il apparaît envisageable d'effectuer une mesure de température dans les conditions du RJH à condition de maîtriser les différents paramètres parasites et de privilégier certaines longueurs d'onde. Ce travail s'inscrit dans une voie prometteuse pour l'utilisation à distance de la pyrométrie optique en milieu nucléaire civil sévère. / In both research and industry, temperature is a key parameter for understanding and characterizing the behavior of materials. To study the thermomechanical behavior of a fuel rod, a test device is designed for the Jules Horowitz Material Testing Reactor (currently under construction in the CEA Cadarache). The device will be placed under accidental conditions (Loss Of Coolant Accident, LOCA) causing rapid overheating. The temperature tracking, between 700 and 1200°C, will be measured by a fiber optic sensor. The aim of the project is to optimize temperature measurement by comparing different pyrometry techniques. This study covers the management of the main difficulties inherent to the design of the sensor.The first challenge consists of predicting optical fiber behavior in such complex environments where irradiation and high temperature are combined. The fiber will be exposed to a neutron dose rate about 10^12 nfast/cm²/s and ϒ dose rate of about 1kGy/s. Moreover its extremity is heated to approximately 800°C. It is shown that under these conditions, light interferences, absorption bands and fluctuating attenuation are obstacles to overcome or to mitigate.The second challenge, concerning pyrometric measurement, comes from spectral variations expected for the rod emissivity. The material of study is chosen for its widespread use in France: Zircaloy-4. Under oxidating conditions the spectral emissivity of this Zirconium alloy evolves. This thesis proves that between 700 and 800°C pyrometric measurement is possible from experimental point of view in laboratory without irradiation.In conclusion rod temperature tracking in JHR conditions may be possible providing that interferences are mastered and wavelengths are chosen. This work makes the use of optical pyrometry under civil nuclear extreme conditions more promising.

Le rayonnement infrarouge thermique (7.5-14 μm) permet de mesurer à distance la température de surfaces géologiques. Les capteurs de type “microbolomètre”, de bas prix et d’utilisation facile, sont de plus en plus utilisés pour cartographier sur le terrain des anomalies de température. Cependant, des phénomènes tels que l’opacité de l’atmosphère et les réflexions de la surface viennent modifier le signal. De plus, les images doivent être ajustées géométriquement pour être cartographiées. Après avoir proposé un protocole de correction géométrique et radiométrique des mesures, et quantifié les incertitudes résiduelles, quelques exemples sont étudiés pour définir les potentiels et les limites de l’infrarouge thermique en sciences de la Terre. Son potentiel pour la détection de la ligne de rivage a été utilisé lors d’une marée montante pour reconstituer le modèle numérique de terrain (MNT) d’une plage de l’Aber Benoît (Bretagne). D’autre part, un modèle informatique a été développé pour mesurer l’influence de la rugosité sur la température de la surface des planètes. Il a été appliqué au calcul de l’inertie thermique de Mars et de l’astéroïde (2867) Šteins. Enfin, les images infrarouges sont utilisées pour quantifier le flux de chaleur d’une zone sub-fumerollienne de la Soufrière. Ainsi, l’imagerie thermique infrarouge montre un fort potentiel, partiellement inexploité par les études actuelles, notamment pour la cartographie quantitative des contrastes de température à haute résolution. A haute fréquence, elle permet d’étudier la dynamique des phénomènes géologiques. / Thermal infrared (7.5-14 μm) enables the measurement of temperature far fromgeological surfaces. Microbolometers devices are increasingly used in the field in order to mapthermal anomalies. However, phenomena such as atmospheric opacity and surface reflections disturb the electromagnetic signal. In addition, images have to be geometrically adjusted to fit with geographical models. A processing chain is here suggested in order to correct the radiometry and the geometry of images, and the uncertainties are computed. Then, its potential and limitations are considered, through a few examples. First, it has been used in order to detect the waterline evolution of a mud shore during a rising tide, which enables to reconstruct a digital elevation model. Then, a computer model has been developed to study the roughness effects on the surface temperature and on the thermal inertial calculation on Mars and on the (2867) Šteins asteroid. Finally the heat flux of a sub-fumarolian zone has been computed in La Soufrière volcano (Guadeloupe, Lesser Antilles).Thus, thermal infrared remote sensing is very useful in quantitatively mapping the temperatures anomalies with a high resolution. High frequency studies should enable the survey of geological phenomena.

Cette thèse est consacrée à la détermination de l’émissivité des surfaces terrestres (LSE) à partir de données dans les domaines des micro-ondes et de l’infrarouge thermique. (1) Ce travail a permis de fournir une méthode de détermination du LSE à partir des données AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) et de développer un modèle de transfert radiatif sol-atmosphère (SARTM) utilisé pour simuler les températures de brillance au niveau du capteur. Le modèle SARTM est construit à partir du modèle MonoRTM (MONOchromatic Radiative Transfer Model) et du modèle AIEM (Advanced Integral Equation Model). Dans cette étude les émissivités micro-ondes sur toute la Chine pour l’année 2006 ont été estimées. (2) Cette thèse présente également les améliorations apportées à un algorithme de détermination des émissivités à partir du capteur SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) à bord du satellite MSG-2. Cet algorithme perfectionné est appliqué à plusieurs images MSG-2/SEVIRI sur une région d’étude de la péninsule ibérique. Il est démontré sur des cas détaillés que les améliorations portées sur la méthode originale de détermination du LSE et de la température de surface étaient réelles et cohérentes. / This thesis focused on the retrievals of Land Surface Emissivity (LSE) from microwave data and thermal infrared data. (1) This thesis provides a method to retrieval LSE from the AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) and develops a Soil-Atmosphere Radiative Transfer Model (SARTM) to simulated brightness temperatures at satellite level. SARTM model is built from MonoRTM (MONOchromaticRadiative Transfer Model) and from AIEM (Advanced Integral Equation Model) models. In this study, the LSEs over whole China of year 2006 are estimated. (2) This thesis also presents an improved algorithm to retrieve LSE from SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) data onboardthe MSG-2 satellite. Finally, this improved algorithm is applied to several MSG-2/SEVIRI datasets over a study area withinthe Iberian Peninsula region. It is demonstrated with some detailed cases that these improvements on the original LSE/land surface temperature (LST) retrieval methods are effective and reasonable.

Dans le cadre de ses recherches menées sur la fusion par confinement inertiel, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives met en œuvre un spectromètre X large bande étalonné en absolu et résolu en temps, appelé Diagnostic de Mesure du rayonnement X. Ce diagnostic, composé de 20 voies de mesure, permet de mesurer l’émissivité spectrale d’un plasma créé par laser entre 50 eV et 20 keV. Nous avons développé des voies de mesure complémentaires aux voies existantes, afin d’obtenir une redondance et une amélioration de la précision de la mesure. Le principe de ces nouvelles voies de mesure repose sur un concept original permettant d’obtenir des fonctions de transfert spectrales bornées et constantes. Deux voies ont été développées pour les gammes spectrales 2 – 4 keV et 4 – 6 keV, utilisant des miroirs multicouches apériodiques réalisés au Laboratoire Charles Fabry en Cr/Sc et Ni/W/SiC/W, respectivement. Ces miroirs ont ensuite été caractérisés sur synchrotrons puis intégrés dans le spectromètre. Les nouvelles voies ont été utilisées durant des campagnes d’expériences laser-Plasma sur l’installation laser OMEGA à Rochester (États-Unis). Elles ont permis de déterminer la puissance rayonnée directement avec une seule voie de mesure par bande spectrale et avec une meilleure précision qu’avec celles utilisées habituellement. Les résultats, en bon accord avec les voies de mesure classiques, permettent de valider l’utilisation des miroirs multicouches apériodiques pour la spectrométrie X large bande. / Within the framework of the research on inertial confinement fusion, the “Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives” has studied and implemented an absolute calibrated time-Resolved broadband soft x-Ray spectrometer, called “Diagnostic de Mesure du rayonnement X”. This diagnostic, composed of 20 measurement channels, measures the emitted radiant power from a laser created plasma in the range from 50 eV to 20 keV. We have developed additional measurement channels to obtain redundancy and an improvement in measurement accuracy. The principle of these new channels is based on an original concept to obtain spectral bounded flat-Responses. Two channels have been developed for the 2 – 4 keV and 4 – 6 keV spectral ranges, using aperiodic multilayer mirrors made at the “Laboratoire Charles Fabry” with Cr/Sc and Ni/W/SiC/W layers respectively. These mirrors were characterized at synchrotron radiation facilities and integrated into the spectrometer. The two new channels were used during laser-Plasma experimental campaigns at the OMEGA laser facility in Rochester (USA). This allowed us to determine directly the radiant power with only one measurement within a certain spectral band, and with a better precision when compared with using standard channels. The results, in good agreement with the standard measurement channels, allowed us to validate the use of aperiodic multilayer mirrors for X-Ray broadband spectrometry.

Les microgénérateurs thermoélectriques planaires sont de nouvelles sources d'énergie pour l'électronique portable. Nous avons optimisé leur géométrie à l'aide d'un modèle analytique et numérique. La fabrication d'un générateur utilisant comme matériau actif du silicium est également présentée. L'accès à la conductivité thermique est essentiel pour l'ingénierie des matériaux thermoélectriques utilisés dans ces microsystèmes. Le potentiel des méthodes 3omega et Völklein à mesurer cette grandeur sur des couches minces est étudié expérimentalement et par simulations numériques. Le transfert de chaleur entre les microsystèmes et leur environement est étudié par la méthode Völklein. Le facteur de mérite de couches de silicium polycristallin bien qu'améliorés par un facteur trois en diminuant la taille de grains reste faible. Les propriétés électriques de multicouches à base de PbTe ouvrent des perspectives intéressantes pour leur intégration dans les microsystèmes.

Nous avons imaginé et conçu un nouveau dispositif calorimétrique, destiné à caractériser les pertes de puissance dans les composants électriques. Dans ce nouveau calorimètre, l'échange de chaleur entre le composant et la cellule de mesure s'effectue par rayonnement thermique. Ce dispositif permet de s'affranchir de la forme géométrique du composant. Le calorimètre fonctionne dans une gamme de température allant de 200 à 400K. Il permet ainsi de remonter aux pertes en fonction d'un environnement isotherme contrôlé. Le composant électrique peut être alimenté par une tension arbitraire inférieure à 3kV. Ce mémoire contient une description technique du dispositif. On y développe un modèle analytique représentatif des échanges de chaleur dans le calorimètre. L'analyse des résultats obtenus sur des composants dont les pertes sont connues y est enfin donnée. Celle-ci a montré que la précision de mesure était inférieure à 5% pour une gamme de puissance dissipée allant du mW au Watt.

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.