Les performances des horloges atomiques ont été considérablement<br />améliorées par l'utilisation d'atomes refroidis par laser. En<br />effet, il est possible d'observer ces atomes extrêmement lents<br />beaucoup plus longtemps que les atomes à température ambiante des<br />horloges conventionnelles. A ce jour, la meilleure horloge à<br />césium a une exactitude de $2\times 10^(-15)$ et une stabilité de<br />$1\times 10^(-15)$ sur trois heures d'intégration. Sur terre, le<br />temps d'observation est limité à une seconde environ par la<br />présence de gravité. L'objet de ce travail de thèse est l'étude<br />d'une horloge à atomes froids fonctionnant en impesanteur. Dans un<br />premier temps, nous montrons comment la micro-gravité peut<br />conduire à une amélioration des performances de l'horloge avec un<br />temps d'observation des atomes de plusieurs secondes. Les<br />performances ultimes d'une horloge à atomes froids dans l'espace<br />sont étudiées. Atteindre une exactitude et une stabilité à un jour<br />de $1\times10^(-16)$ semble tout à fait réaliste à court terme. Le<br />problème de la méthode d'interrogation des atomes doit être<br />reconsidéré à ce niveau de performances et dans cet environnement<br />d'impesanteur. Nous introduisons la fonction de sensibilité<br />atomique pour le résoudre et comparer plusieurs méthodes<br />d'interrogation possibles. La deuxième partie de ce travail<br />présente un prototype de l'horloge spatiale. Compact et fiable, il<br />a été testé en absence de gravité au cours de vols paraboliques à<br />bord d'un avion. Cette expérience montre la faisabilité de<br />l'horloge spatiale.

Ce mémoire de thèse présente le développement d'un dispositif expérimental spécialement conçu pour l'étude de la diffraction d'atomes rapides et son utilisation pour suivre la croissance de couches minces sur un bâti d'épitaxie. Des études de surfaces de KBr(100) et de NaCl(100) avec ce nouveau dispositif sont présentées. Nous nous sommes intéressés notamment à la forme du potentiel que les atomes perçoivent lorsqu'ils diffusent sur une surface de KBr(100). Nous avons également mis en évidence lors de ces études un nouveau régime de diffraction qui semble correspondre à des mouvements longitudinaux et normaux cohérents. Grâce à des images mieux résolues, nous avons montré comment la diffraction d'atomes rapides permet d'observer et quantifier des défauts topologiques comme la mosaïcité. Une étude d'une surface d'Argent (110) est aussi présentée. Elle a permis d'observer la diffraction d'atomes rapides sur les métaux, montrant ainsi que GIFAD est applicable aux trois types de matériaux (isolants, semi-conducteurs et métaux) et que les processus d'excitations électroniques sur ces surfaces ne détruisent pas complètement la cohérence. Enfin des premiers résultats de GIFAD en tant que technique de suivi de croissance par épitaxie sont présentés dans ce travail.

La fragmentation d'agrégats atomique et moléculaire suite à un dépôt d'énergie représente un intérêt fondamental pour la physique d'interaction particule-matière ou rayonnement-matière. Des expériences réalisées à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon ont montré que cette fragmentation se fait selon plusieurs canaux, incluant l'évaporation, la dissociation ou la multifragmentation. Ces différents canaux mettent en jeu plusieurs mécanismes selon le degré d'excitation ou d'ionisation ou de multi-ionisation, qui révèlent un caractère individuel (Excitation rotationnelle ou vibrationnelle des constituants de l'agrégat) ou un caractère collectif tel que la réactivité intramoléculaire.<br /><br />Dans cette thèse, nous avons élaboré et développé un code de simulation Monte Carlo dans le but d'étudier ces différents canaux et mécanismes de dissociation des agrégats H3+(H2)m (1 ≤ m ≤ 18) par impact d'atomes d'hélium à une énergie de 60 keV/uma. Cette simulation est basée au préalable sur la connaissance des structures géométriques des agrégats et des sections efficaces de dissociation individuelle des constituants H3+ et H2.<br />L'interaction est étudiée dans le centre de masse de l'agrégat grâce à une approche par cinématique inverse.<br />Les résultats obtenus permettent de remonter aux sections efficaces totales de dissociation ainsi qu'aux sections efficaces partielles de quelques canaux tels que : La capture électronique, la simple ionisation et la multi-ionisation.<br /><br />Cette simulation peut aussi servir à l'étude de l'évaporation et de la multifragmentation en incluant des routines tenant compte de ces phénomènes.

Le mémoire présenté ici reprend une partie de ma contribution aux travaux de l'équipe Confinement d'Ions et Manipulation Laser du laboratoire PIIM, que j'ai rejoint en 2000. Cette équipe inscrit ses recherches autour du confinement d'ions en piège de Paul et de leur interaction avec des lasers. Le projet historique de l'équipe porte sur l'utilisation d'un ion unique de calcium refroidi par laser pour la métrologie des fréquences optiques. L'aboutissement de ce projet implique de relever de nombreux défis techniques concernant la stabilisation en fréquences des lasers et leur utilisation pour le contrôle de l'état interne et externe d'un ion. C'est plutôt à cette deuxième facette que mon travail s'adresse, autour du contrôle de l'état quantique d'un ion unique piégé, par des protocoles à un, deux ou trois photons, cohérents ou non. Par ailleurs, un nouveau projet expérimental est en préparation depuis plus d'un an et concerne le confinement de grands échantillons, refroidis par laser. L'originalité du projet repose sur l'utilisation d'un piège linéaire double, comportant une partie quadrupolaire et une partie multipolaire. Cette dualité permettra de comparer le comportement collectif d'un ensemble d'ions, comme les transitions de phase, en fonction du profil du potentiel de confinement. De plus, la mise en série des deux pièges de symétrie différente permet aussi de tester des protocoles de transport optimal pour transférer les ions d'un piège à l'autre, avec un minimum de chauffage. Ce rapport est organisé comme suit. Sont présentés dans un premier temps les résultats originaux concernant le refroidissement laser d'ions piégés et les performances attendues pour une horloge optique basée sur un ion unique de calcium. Différentes méthodes numériques uti\-li\-sées pour prendre en compte le mouvement des ions dans leur interaction avec un ou des lasers y sont introduites. Le chapitre suivant est consacré à des phénomènes cohérents à deux et trois photons et à la perte de cohérence induite par le mouvement des ions. L'influence du mouvement sur la cohérence de l'état interne construit par l'interaction avec deux lasers permet de proposer une méthode originale pour caractériser le mouvement d'un ion unique. Un phénomène de piégeage cohérent de population observable dans l'ion calcium est démontré et son exploitation pour un étalon de fréquence THz est proposée. Dans le dernier chapitre sont abordées les problématiques liées au confinement de larges échantillons (pouvant atteindre $10^7$ ions) et leur couplage avec des lasers. Les lois d'échelles régissant l'équilibre thermodynamique et la dynamique de grands nuages sont analysées, en vue de la conception d'une nouvelle expérience, dédiée à l'étude des phénomènes collectifs dans de larges échantillons refroidis. Un modèle de champ moyen, dit {\it plasma non neutre} est utilisé pour déduire le comportement d'un nuage à l'équilibre thermodynamique et son profil de densité. Dans la limite d'un petit nombre d'ions piégés, les simulations par dynamique moléculaire nous permettent d'étudier le refroidissement des ions et leur organisation à basse température. Ceci nous permet de proposer l'exploitation de la structure en anneau formée par quelques dizaines d'ions en multipole, pour un étalon de fréquence optique d'un nouveau type. Chaque chapitre comporte une introduction générale au sujet abordé et reprend, en les commentant, les articles publiés concernant ce sujet, quand ceux-ci concernent des travaux personnels. Ce mémoire s'achève en abordant des perpectives sur les travaux à mener dans les prochaines années.

Studies of the hyperfine splitting in hydrogen are strongly motivated by the level of accuracy achieved in recent atomic physics experiments, which yield finally model-independent informations about nuclear structure parameters with utmost precision. Considering the current status of the determination of corrections to the hyperfine splitting of the ground state in hydrogen, this thesis provides further improved calculations by taking into account the most recent value for the proton charge radius. Comparing theoretical and experimental data of the hyperfine splitting in hydrogen the proton-size contribution is extracted and a relativistic formula for this contribution is derived in terms of moments of the nuclear charge and magnetization distributions. An iterative scheme for the determination of the Zemach and magnetic radii of the proton is proposed. As a result, the Zemach and magnetic radii are determined and the values are compared with the corresponding ones deduced from data obtained in electron-proton scattering experiments. The extraction of the Zemach radius from a rescaled difference between the hyperfine splitting in hydrogen and in muonium is considered as well. Investigations of forbidden radiative transitions in few-electron ions within ab initio QED provide a most sensitive tool for probing the influence of relativistic electron-correlation and QED corrections to the transition rates. Accordingly, a major part of this thesis is devoted to detailed studies of radiative and interelectronic-interaction effects to the transition probabilities. The renormalized expressions for the corresponding corrections in one- and two-electron ions as well as for ions with one electron over closed shells are derived employing the two-time Green's function method. Numerical results for the correlation corrections to magnetic transition rates in He-like ions are presented. For the first time also the frequency-dependent contribution is calculated, which has to be accounted for preserving gauge invariance. One-loop QED corrections to the magnetic-dipole transition amplitude between the fine-structure levels 2p_{3/2} and 2p_{1/2} are calculated to all orders in \alpha Z. Taking into account consistently relativistic, interelectronic-interaction, and QED corrections to the magnetic-dipole transition amplitude allows for predictions of the lifetimes of the states (1s^2 2s^2 2p)^2P_{3/2} in B-like ions and (1s^2 2s 2p)^3P_2 in Be-like ions with utmost precision. The results of corresponding calculations are compared with experimental data obtained in recent measurements at the Heidelberg EBIT. Finally, for He-like ions with nonzero-spin nuclei the effect of hyperfine quenching on the lifetimes of the 2^3P_{0,2} states is investigated and again compared available experimental data.

Cette thèse traite de l'étude expérimentale et théorique de deux pièges radiofréquence très anisotropes pour un condensat de Bose-Einstein. Dans le premier piège, les atomes baignant dans un champ magnétique inhomogène sont habillés par un champ rf et confinés sur la surface d'un ellipsoïde iso-magnétique. Nous avons étudié la possibilité d'y observer un gaz dégénéré bidimensionnel. Le second piège a la forme d'un anneau. Il est obtenu en ajoutant au premier piège le potentiel créé par une onde stationnaire lumineuse verticale. Dans ce piège, il est théoriquement possible d'observer un gaz de Bose à une, deux ou trois dimensions simplement en modifiant le nombre d'atomes condensés.

Les atomes neutres sont des candidats prometteurs pour la réalisation et l'étude d'états intriqués à quelques dizaines de particules. Pour générer de tels états, une approche consiste à utiliser le mécanisme de blocage dipolaire résultant des fortes interactions dipôle-dipôle entre atomes de Rydberg.Suivant cette approche, cette thèse présente la conception et la caractérisation d'un dispositif expérimental permettant de manipuler des atomes de 87Rb individuels piégés dans des pinces op- tiques microscopiques, et à les exciter vers des états de Rydberg. Un environnement électrostatique stable et des électrodes de contrôle permettent une manipulation fine de ces états. Avec deux pinces optiques séparées de quelques microns, nous démontrons le blocage de Rydberg entre deux atomes, et nous observons leur excitation collective.Enfin, en opérant en régime de blocage partiel, nous développons une méthode permettant de mesurer l'interaction de van der Waals ∆E = C6 /R6 entre deux atomes séparés par une distance R contrôlée. Les coefficients C6 obtenus pour différents états de Rydberg sont en bon accord avec des calculs théoriques ab initio, et nous observons l'augmentation spectaculaire de l'interaction en fonction du nombre quantique principal n de l'état de Rydberg.

Mémoire (M.Sc.A)--Université du Québec à Chicoutimi, 1989. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Dans le cadre du projet DISPATMO (étude de prévision des risques de pollution liés à la dispersion atmosphérique de produits chimiques), des études de risques liés aux incendies et explosions dus aux produits chimiques ont été menées. L’objectif de cette thèse était de réaliser une étude cinétique et mécanistique approfondie afin de déterminer la dégradation en phase gazeuse de l'un des principaux constituants du solvant Tiflex, acétate de 1-méthoxy-2-propyle (MPA), par les radicaux OH et les atomes de Cl. En outre, les constantes de vitesse de réaction de OH et Cl avec une série d' acétates d’alcoxyle largement utilisés dans l'industrie du revêtement et la peinture, l'acétate de méthoxy-2-butyle (2MBA), l'acétate de méthoxy-3-butyle (3MBA), l'acétate de méthoxy-éthyle (MEA), l'acétate d'éthoxy-éthyle (EEE) et l’acétate de n-pentyle (n-PA), ont été déterminées. Les expériences ont été conduites en utilisant la technique de photolyse laser pulsée couplée à la fluorescence induite par laser, un réacteur à écoulement à basse pression couplé à un spectromètre de masse et une chambre de simulation atmosphérique couplé à GC-FID, FTIR et GC-MS en utilisant les méthodes absolue et relative. Les données cinétiques ont été utilisées pour déterminer les expressions Arrhenius pour évaluer le devenir environnemental des composés étudiés tels que leur durée de vie et le potentiel de formation d'ozone. D'autre part, le mécanisme réactionnel a été étudié et les principaux produits de dégradation et leurs rendements ont été déterminés en présence de NO. Les spectres d’absorption UV-Vis de MPA, 2MBA et 3MBA ont également été déterminés afin d'évaluer le potentiel de photolyse de ces composés dans l’atmosphère. Les paramètres cinétiques et mécanistiques ainsi que les durées de vie troposphérique déterminés sont utilisés comme données d'entrée dans les modèles de simulation atmosphériques photochimiques et dans les modèles de dispersion atmosphérique de produits chimiques pour évaluer leur impact atmosphérique. / In the context of DISPATMO project (forecast study of pollution risks related to the atmospheric dispersal of chemicals), risk studies linked to the fires and the explosions due to chemical storage were conducted. The purpose of this thesis was to perform a thorough kinetic and mechanistic study to determine the gas phase degradation of one of the main component of Tiflex solvent, the 1-methoxy 2-propyl acetate (MPA). Furthermore, the rate coefficients of OH and Cl with a series of alkoxy acetates widely used in painting and coating industries, 2-methoxy-butyl acetate (2MBA), 3-methoxybutyl acetate (3MBA), methoxy ethyl acetate (MEA), ethoxy ethyl acetate (EEA) and n-pentyl acetate (n-PA), were determined. The experiments were performed employing the pulsed laser photolysislaser induced fluorescence technique, a low pressure flow tube reactor coupled with a quadrupole mass spectrometer and an atmospheric simulation chamber coupled with a GC-FID, a FTIR and a GC-MS using complementary absolute and relative rate methods. The kinetic data were used to derive the Arrhenius expressions as well as to evaluate the environmental fate of the studied compounds such as their lifetimes and the Photochemical Ozone Creation Potential. Besides, the reaction mechanism was investigated, while the major degradation products and their yields were determined in presence of NO. In addition, the UV-Vis absorption cross sections of MPA, 2MBA and 3MBA were measured in order to evaluate their potential photolysis in the atmosphere. The investigation of the chemical processes and the tropospheric lifetimes of the compounds are used as input data in photochemical atmospheric simulation models and in chemical agent atmospheric dispersion models to evaluate their atmospheric impact.

Plusieurs technologies de magnétomètres atomiques ont été développées depuis les années 60. Afin d’obtenir une technologie capable de mesurer des champs magnétiques inférieurs à 50 nT et compatible avec notre magnétomètre scalaire isotrope, nous avons du concevoir un magnétomètre atomique dans une configuration qui n'a jamais été publiée.Nous avons calculé les résonances caractéristiques de ce magnétomètre et réalisé un prototype. Son bruit est inférieur à 1 ou 0.1 pT/√Hz, respectivement pour les versions tri axiales ou mono-axiales.Une façon de réduire le bruit du magnétomètre de 7 dB a été identifiée et le principe de ce magnétomètre pourrait offrir d’intéressantes perspectives pour les horloges atomiques. / Several technologies of atomic magnetometers have been developed since the60s. To obtain a technology capable of measuring magnetic fields lower than 50 nT and compatible with our isotropic scalar magnetometer, we had todevelop an atomic magnetometer in a configuration that has never been published.We calculated the resonances characteristic of the magnetometer with the formalism of the dressed atom and realized a prototype. The noise of the resulting magnetometer is lower than 1 or 0.1 pT/√Hz, on the monoaxial or triaxial versions respectively.One way to reduce the noise of the magnetometer of 7 dB has been identified and the principle of this magnetometer could offer interesting perspectives for atomic clocks.