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Fibre interferometer configurations such as the Michelson and Fabry-Perot (FP) have been formed using uniformed and chirped Fibre Bragg Gratings (FBG) acting as partial reflectors. As well as increasing the dynamic range of the interferometer, chirped FBGs are dispersive elements which can allow tuning of the response of the interferometers to measurements such as strain and temperature. In a chirped FBG, the resonance condition of the FBG varies along the FBG’s length. Each wavelength is reflected from different portion of the FBG, which imparts a different group delay to the different components of the incident light. The implication of the wavelength dependence resonance position is that there is a large movement of the resonance position when the incident wavelength is changed. A chirped FBG FP can be configured in which the large movement of the reflection positions in the respective FBGs forming the cavity changes in such a way that the sensitivity of the cavity can be enhanced or reduced. The FP filter response can be tailored through the extent of chirp. In this project a theoretical model of the in fibre interferometers formed using chirped FBGs is presented. The model indicates that it is possible to form FP cavities with varying sensitivity to strain and temperature by appropriate choice of chirp parameters and cavity length. An experimental demonstration of a chirped FBG FP cavity with reduced sensitivity to strain. This scheme offers flexibility in determining the sensitivity of the FP sensor to strain, not only through the gauge length but also via the parameters of the chirped FBG pairs, allowing the use of long or short gauge length sensors. It is possible to configure the system to exhibit enhanced sensitivity to strain or alternatively, to have reduced or even zero strain sensitivity. This ability to tailor the sensitivity of the FP via the FBG parameters will enhance the capabilities of FP sensor system.

La spectrométrie de masse joue un rôle clef dans l’exploration spatiale, notamment dans la caractérisation de la matière organique présente sur de nombreux objets du Système Solaire. Dans ce manuscrit, l’accent est particulièrement mis sur Titan, présentant une chimie organique complexe initiée dans son ionosphère et se répercutant jusqu’à sa surface. Les spectromètres de masse embarqués à bord de la mission Cassini-Huygens ont permis de nombreuses détections de composés organiques. Cependant, les limites instrumentales d’un point de vue analytique poussent la communauté scientifique à se pencher sur de nouvelles techniques de spectrométrie de masse dites à haute résolution (HRMS).Mon travail de thèse s’est inscrit dans le développement d’un nouveau type d’analyseur en masse basé sur la technologie Orbitrap, instrumentation HRMS de laboratoire, pour une application spatiale. Ce projet se nomme CosmOrbitrap. L’objectif s’est ainsi concentré sur les possibilités d’analyse de la matière organique avec une configuration instrumentale simple et compacte couplant directement l’analyseur CosmOrbitrap à une ionisation par ablation laser (LAb-CosmOrbitrap), dans un contexte de future mission spatiale. L’identification univoque de composés organiques purs ou formant des mélanges complexes, la démonstration des performances en termes de résolution, de précision en masse et d’étude des rapports isotopiques mais également l’influence de la pression sur la résolution en masse obtenue sur des composés organiques sont détaillées dans ce manuscrit. L’analyse de la matière brute d’analogues d’aérosols de Titan synthétisés en laboratoire (tholins) montre un cas d’étude concret sur les capacités du LAb-CosmOrbitrap à permettre une analyse chimique profonde des échantillons représentatifs d’un environnement d’intérêt exobiologique. / Mass spectrometry is a key tool in space exploration, for the analysis of organic matter of many Solar System bodies. In this dissertation, we mainly focus on Titan. This amazing object in the Solar System shows a very rich organic chemistry from the ionosphere to the surface. Mass spectrometers aboard the Cassini-Huygens spacecraft have allowed the detection of many organic compounds. However, instrumental limits in terms of analytical performances lead scientists to develop new high resolution mass spectrometry techniques (HRMS).My PhD is rooted to the development of a new high resolution mass analyzer based on the Orbitrap technology, for a space application. This project is named CosmOrbitrap. The efficiency of a simple and compact instrumental version of CosmOrbitrap coupled with a laser ablation ionization process (LAb-CosmOrbitrap) is demonstrated on organic matter analyses in the framework of a future space mission. Univocal identification of pure organics compounds and complex organic mixtures, analytical performances such as mass resolving power, mass accuracy and isotopic abundances determination as well as the impact of the pressure on the mass resolution of organics are part of this dissertation. The study of laboratory analogs of Titan aerosols (named tholins) shows capabilities of the LAb-CosmOrbitrap to provide a deep chemical analysis of exobiological environment.

La technique de l'interférométrie en astronomie permet d'observer des objets avec une haute résolution angulaire comparativement à l'utilisation d'un unique télescope. L'observation dans l'infrarouge moyen représente aujourd'hui un enjeu en interférométrie notamment pour l'étude des noyaux actifs de galaxie ou de la formation des planètes. Cependant ce domaine spectral est particulièrement contraignant puisqu'il est soumis à l'émission propre des éléments optiques de l'instrument mais également de l'atmosphère. Ce manuscrit développe les travaux effectués sur un nouvel instrument utilisant un processus de conversion de fréquence pour transposer le rayonnement infrarouge vers un domaine spectral permettant de s'affranchir de l'émission propres des optiques. Un prototype fonctionnant dans le proche infrarouge à 1,55 µm et convertissant, via une processus de somme de fréquences, le rayonnement dans le domaine visible autour de 630 nm grâce à une pompe intense à 1064 nm, a été mis en place pour démontrer, en laboratoire, le principe de cette solution innovante notamment dans le cadre de l'analyse de la cohérence spatiale d'un corps noir. L'objectif est maintenant de démontrer la capacité de l'instrument à détecter un objet réel. J'introduis dans cette thèse les notions théoriques essentielles à la compréhension des travaux présentés pour ensuite détailler le fonctionnement de l'instrument et les éléments d'amélioration apportés, notamment en terme de transmission, au cours de ma thèse. Les études préliminaires en laboratoire du comportement de l'instrument ont permis d'aboutir aux premières franges sur le ciel en utilisant la plus petite base (34 m) du réseau interférométrique CHARA et de rechercher la magnitude limite de l'instrument. L'utilisation du processus de conversion de fréquence a pour conséquence de filtrer le spectre converti. Ainsi dans la configuration actuelle de l'interféromètre, seul 0,6 nm du spectre infrarouge en entrée du cristal est converti à travers le processus de SFG. Afin d'augmenter la sensibilité, une solution est de créer plusieurs processus de SFG simultanément dans chaque étage de conversion afin d'échantillonner le spectre infrarouge converti. Cette solution requiert d'utiliser plusieurs sources de pompe indépendantes qui vont créer des systèmes de franges incohérents. Je présente l'analyse de la cohérence temporelle d'une source infrarouge large bande convertie via l'utilisation de deux sources de pompe et un moyen de synchroniser les différents systèmes de franges afin de maximiser le contraste. / Interferometry is an instrumental technique suitable to perform astronomical observations at high angular resolution. Currently, the mid-infrared spectral domain is a real issue for the astronomical interferometry to characterize astronomical objects such as proto-planetary discs or active galactic nuclei. However, this spectral domain is subject to a large thermal background emission from the instrument and from the sky. This manuscript describes an innovative instrument using a nonlinear process of sum frequency generation to convert the mid-infrared radiation to a shorter wavelength domain where the thermal emission from the instrument is negligible. A prototype operating in the near-infrared at 1.55 µm and converting the radiation in the visible domain at 630 nm thanks to a strong pump at 1064 nm has already demonstrated its ability to analyse spatial coherence of a blackbody source. The present goal is to demonstrate its ability to detect an object on the sky. In this manuscript I introduce theoritical concepts necessary for an understanding of the overall operation of the instrument. Then, I describe the main improvements provided in this thesis, in particular concerning the instrumental transmission. The preliminary studies of the instrument operation resulted in the first on-sky fringes on the CHARA array and enabled to determine its limiting magnitude. The upconversion process acts as a filter on the converted spectrum. In the current instrumental configuration, only 0.6 nm of the input infrared spectrum is converted through the SFG process. For the purpose of increasing the instrumental sensitivity, we propose to sample the infrared spectrum by using several independent pump laser lines thus creating different incoherent fringe patterns. I present the temporal coherence analysis of a broadband infrared source converted by a dual-line pump laser and a method to synchronize the different fringe patterns to insure a maximum value of the contrast.