Le détecteur NEMO3, installé dans le Laboratoire Souterrain de Modane, a pour but l'étude de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos, processus dont l'observation permettrait d'affirmer que le neutrino est une particule massive de Majorana. Ce détecteur est composé de feuilles sources, très fines, centrales, d'émetteur double bêta, représentant un total de 10 kg, d'un détecteur de traces constitué de cellules de dérive fonctionnant en régime Geiger, d'un calorimètre formé de scintillateurs plastiques associés à des photomultiplicateurs, d'une bobine fournissant un champ magnétique de 30 gauss et de deux blindages permettant de réduire les flux de neutrons et de photons. Dans la première partie de cette thèse, je décris les liens unissant certains mécanismes s'inscrivant dans le cadre d'une violation trilinéaire de la R-parité à la double désintégration bêta. La seconde partie, expérimentale, est dédiée à l'étude détaillée du détecteur de traces de l'expérience : après avoir décrit les différents tests de fonctionnement, je présente la détermination des caractéristiques de la reconstruction des traces traversant le détecteur (résolutions transverse et longitudinale, par cellule Geiger et précisions sur la détermination du vertex, reconnaissance de la charge). Une dernière partie correspond à l'analyse des données acquises par l'expérience. Une limite supérieure sur l'activité des sources en 208Tl, l'une des principales sources de bruit de fond, a ainsi pu être déterminée : elle est inférieure à 68 mBq/kg à 90% de niveau de confiance. Par ailleurs, j'ai mis au point et testé sur les données une méthode d'analyse du signal de double désintégration bêta sans émission de neutrinos, basée sur un maximum de vraisemblance utilisant toute l'information disponible : cela m'a permis de déterminer une première limite supérieure, très préliminaire, sur la masse effective du neutrino.

Nous étudions le problème général du traitement d'antennes de microphones dans des environnements contenant du bruit diffus. Ce problème a plusieurs applications incarnées par le rehaussement et la reconnaissance robuste de la parole. Du bruit diffus provenant de nombreuses directions à la fois est souvent rencontré dans les situations réelles et il forme un obstacle majeur à l'application des techniques existantes de localisation et de réhaussement de sources. Nous opérons dans le domaine temps-fréquence, où la cible et le bruit sont gaussiens de moyenne nulle et modélisés par leurs matrices de covariance. Premièrement, nous introduisons un modèle général de sous-espace linéaire de la matrice de covariance du bruit qui généralise trois modèles de l'état de l'art et nous proposons un quatrième modèle de covariance à valeur réelle plus flexible. Nous mesurons expérimentalement l'adéquation de ces modèles à des signaux de bruits réels. Deuxièmement, nous appliquons ce modèle général à la tâche de débruitage pour une cible de vecteur de direction connu. Dans l'approche de l'état de l'art par formation de voies et post-filtrage de Wiener, il est essentiel d'estimer précisément le spectre de puissance à court terme de la cible. Nous proposons un algorithme pour l'estimation de ce spectre basé sur la projection de la matrice de covariance observée sur le complément orthogonal du sous-espace de la matrice de covariance du bruit. La composante résultant de cette projection est idéalement non contaminée par le bruit, ce qui permet une estimation plus précise du spectre de puissance de la cible. Nous évaluons expérimentalement la performance de débruitage avec des signaux de bruits réels. Troisièmement, nous étudions la tâche de localisation de sources multiples. Afin d'atténuer la dégradation de performance de l'algorithme de l'état de l'art MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) en présence de bruit diffus, nous estimons la matrice de covariance de la cible et appliquons MUSIC à cette matrice. Cette estimation repose sur la composante non bruitée de la matrice de covariance de la cible estimée ci-dessus par projection et sur la reconstruction de la composante manquante par des techniques de complétion de matrice. Nous proposons deux algorithmes alternatifs basés sur une approximation de rang faible et sur la minimisation de la norme trace en exploitant le faible rang et la nature hermitienne définie semi-positive de la matrice de covariance du signal. Nous comparons la performance de ces deux algorithmes pour les quatre modèles de bruit sur un corpus que nous avons créé. Enfin, nous présentons un algorithme général pour le débruitage d'une source cible dont le vecteur de direction est inconnu. Cette tâche est importante dans un environnement réel, car le vecteur de direction n'est généralement pas connu précisément en pratique. Nous estimons conjointement le vecteur de direction et le spectre de puissance à court terme de la cible pour effectuer la formation de voies et le post-filtrage de Wiener. L'estimation repose sur une complétion de matrice de rang 1 et sur une analyse en composantes principales (ACP). L'algorithme proposé améliore la rapport signal-à-bruit (RSB) de 7 dB environ par rapport à l'algorithme de l'état de l'art d'analyse en vecteurs indépendants (AVI).

Avec l'avènement des télécommunications mobiles grand public, le besoin d'améliorer la prise de son, notamment en réduisant la gêne due au bruit, s'est fait de plus en plus présent. Les techniques de réduction du bruit sont soumises à un compromis entre le niveau effectif de réduction et la distorsion qui affecte le signal de parole. Au vu des performances actuelles, il est souhaitable de supprimer plus de bruit tout en conservant un niveau de dégradation acceptable du signal restauré, ceci en particulier lorsque le niveau de bruit est important. Les techniques qui ont suscité le plus l'intérêt au cours de ces 30 dernières années sont les approches par atténuation spectrale à court terme qui consistent à modifier une transformée à court terme du signal bruité en utilisant une règle de suppression. L'essor de cette famille de techniques s'explique essentiellement par le fait qu'elles permettent de respecter les contraintes de temps réel et de complexité inhérentes aux applications de communication parlée. La première partie de ce document est consacrée à l'analyse des techniques majeures de réduction du bruit par atténuation spectrale à court terme. Ce sera notamment l'occasion d'identifier les limitations, points de blocage et autres défauts de ces méthodes ainsi que de montrer qu'il existe une marge de progression intéressante en terme de qualité par rapport à ces différents points clés. La seconde partie est essentiellement consacrée à la description et l'analyse de solutions originales proposées en réponse aux limitations identifiées dans la première partie. Un soin particulier a également été apporté à la mise en œuvre qui fait partie intégrante des techniques de réduction de bruit et qui conditionne la qualité du signal restauré. L'analyse des limitations des techniques de réduction du bruit actuelles a permis de dégager plusieurs approches originales permettant de résoudre tout ou partie des problèmes identifiés. Ainsi, l'introduction de nouveaux modèles statistiques, adaptés aux signaux de parole et de bruit, pour déterminer l'expression d'une règle de suppression permet d'obtenir des résultats sensiblement meilleurs qu'en utilisant le modèle gaussien classique. Un problème d'ordre plus général concerne les défauts des estimateurs du rapport signal à bruit, paramètre fondamental qui conditionne les performances des techniques de réduction de bruit. La suppression de ces défauts conduit effectivement à une limitation des distorsions de la parole. Cependant, le signal restauré souffre toujours de certaines dégradations dues notamment aux erreurs d'estimation du bruit et à l'impact de la phase. En effet, l'estimation du bruit, qui constitue une étape clé des techniques de réduction de bruit, souffre de nombreuses limitations surtout lorsque le bruit n'a pas un caractère stationnaire. Dans une moindre mesure, la phase, qui est souvent négligée, a aussi une influence importante dans l'estimation du signal de parole, en particulier lorsque le niveau de bruit est élevé. Une approche originale qui tire parti de la structure voisée du signal de parole pour limiter les distorsions harmoniques engendrées par les techniques classiques est proposée et permet de dépasser les limites de performances des techniques classiques. Outre ces nouvelles approches, leur mise en œuvre conditionne également la qualité finale du signal restauré. Plusieurs points sensibles sont donc soulevés et des solutions sont données qui permettent d'éviter de nombreux artefacts ("clics", nasalisation, bruit musical) désagréables. Les approches proposées sont évaluées en utilisant des critères objectifs dont les résultats sont au besoin validés par des tests subjectifs. Les résultats obtenus montrent des améliorations significatives par rapport aux performances des techniques de référence.

Le domaine des ondes térahertz est un zone encore peu explorée du spectre électromagnétique, en dépit des qualités que lui confère sa position intermédiaire entre les ondes radars et l'infrarouge. Les progrès technologiques récents permettent désormais de générer des impulsions térahertz très courtes et offrent la possibilité d'effectuer des mesures résolues en temps des champs électriques associés. La détermination conjointe de l'amplitude et la phase des impulsions laisse libre cours au développement de nouveaux procédés de mesures et ouvre un grand champ de possibilités dans le traitement des données recueillies. La notion de phase est importante dans l'étude des phénomènes mettant en jeu la polarisation des ondes, et revêt un aspect singulier lorsque l'on s'intéresse à des impulsions ultra-brèves. L'étude de ces particularités a motivé le développement de dispositifs achromatiques adaptés au domaine térahertz tirant parti de certaines conditions de réflexion aux interfaces diélectriques. Ces dispositifs permettent de modifier les amplitudes et les phases différentielles des deux composantes du champ électrique des impulsions THz, afin de générer tous types d'états de polarisation cohérents. Aux impulsions térahertz sont associées des longueurs d'onde submillimétriques, ce qui assure une résolution spatiale convenable lorsque l'on cherche à former des images d'objets, tout en permettant d'exploiter les informations sur la structure temporelle de l'onde. Nous avons mis en œuvre quelques procédés d'imagerie afin de déterminer lesquels sont les mieux adaptés à l'étude d'objets biologiques, majoritairement constitués d'eau. Afin d'en tirer parti de la sensibilité des ondes aux ions en solution et de limiter l'importance des effets d'absorption dus à l'eau, nous avons mis au point une technique d'imagerie fondée sur le phénomène de réflexion interne totale. Cette technique tire son avantage de la mesure de la phase tout en présentant une excellente résolution transverse, particulièrement adaptée lorsqu'il s'agit d'étudier des objets biologiques fins tels que des neurones ou des monocouches cellulaires.

Dans notre société de plus en plus mobile, nous constatons que les systèmes de communication mains libres sont devenus une norme, que ce soit pour les interactions homme-machine ou homme-homme. Cependant, il est difficile de garantir la qualité du signal de parole lors d'une prise de son distante car les microphones captent en plus du signal désiré le bruit de fond, la réverbération, le signal d'écho et les autres sources de parole concurrentes. Les antennes acoustiques associées aux techniques de formation de voies sont une solution efficace et aujourd'hui technologiquement réalisable. Grâce à leur directivité, elles améliorent le rapport signal sur bruit de même que, en exploitant la corrélation spatiale du champ sonore, elles permettent de réduire la réverbération, l'écho et le bruit. Les antennes acoustiques jouent un rôle croissant dans la téléphonie mains libres, la reconnaissance de locuteur, les systèmes à commande vocale, l'aide aux malentendants ou la surveillance audio. Dans cette thèse, pour s'adapter aux environnements variants dans le temps, aux non-stationnarités des signaux et aux éventuels mouvements du locuteur, nous considérons les antennes adaptatives de type GSC (Generalized Sidelobe Canceller) pour leur implémentation avantageuse. Cependant, l'un des défauts majeurs de cette antenne, couramment utilisée, réside dans la fuite du signal utile dans l'étage d'estimation du bruit provoquant de fortes dégradations voire l'auto-annulation de ce signal en sortie. Pour résoudre ce problème, nous proposons de mettre à profit la structure récursive spécifiquement dédiée à la gestion de la diaphonie dans la technique d'annulation adaptative de bruit bicapteur, nommée CTRANC (Crosstalk-Resistant Adaptive Noise Canceller). Ainsi, avant de proposer une extension de cette méthode au cas du GSC et donc de définir une nouvelle architecture récursive pour celui-ci, nous donnons dans un premier temps une analyse complète du CTRANC et proposons de nouveaux algorithmes adaptatifs dans le domaine fréquentiel. Par ailleurs, notre étude fournit également de nouveaux résultats sur les propriétés de convergence et l'existence d'un point d'équilibre pour le CTRANC. Enfin, des résultats expérimentaux confortent l'analyse et montrent l'efficacité des solutions proposées pour la suppression du signal de fuite et l'amélioration des performances.

Le cadre de ces recherches est celui des radars bistatiques. Leurs avantages sont nombreux. Citons notamment, dans le domaine opérationnel : * exploitation potentielle de cibles de faibles niveaux de signature radar en monostatique, * amélioration de la couverture basse et très base altitude, * accroissement de la complexité des techniques de furtivité face à un tel radar, * discrétion (faible probabilité d'interception et d'exploitation), dans le domaine de l'emploi : * disparition des contraintes d'emploi d'un système rayonnant (dommages dus aux rayonnements sur le personnel, les armées et munitions, rayonnements non essentiels et compatibilité électromagnétique), * inutilité d'une allocation de fréquences, Enfin, dans le domaine du développement et du maintien en condition opérationnelle, une focalisation des coûts sur la partie réceptrice. Les méthodes de traitement spatio-temporel présentées sont génériques et peuvent est appliquées à toutes les formes d'onde. Le cas des émetteurs non coopératifs de télévision numérique terrestre est plus particulièrement étudié. Les propriétés radar de ce type d'émetteurs conduisent en effet à des capacités de détection accrues comparativement à d'autres types d'émetteurs de radiodiffusion (télephonie mobile, radio FM, radio numérique). L'étude de données réelles obtenues à partir d'un récepteur fixe (cible aérienne et marine) a non seulement conduit à développer une méthode spécifique de réjection du fouillis de sol et de localisation de cibles mais a également: * fourni de précieux renseignements sur la nature des environnements pouvant être rencontrés, * nourri la réflexion sur la façon d'adapter les traitements spatio-temporels adaptatifs à la nature particulière des signaux. Les éléments suivants sont présentés : * dans le cas d'un récepteur fixe: * développement, pour des formes d'onde quelconques, et validation sur signaux réels de type Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T), d'une méthode de réjection de fouillis et de localisation de cibles mobiles, * étude des propriétés statistiques de fouillis de sol, * dans le cas d'un récepteur mobile: * adaptation de méthodes spatio-temporelles de réjection de fouillis et comparaison de leurs performances respectives, * adaptation et généralisation au cas des cibles multiples et des antennes lacunaires de l'association d'une méthode de réjection en dimension réduite, la méthode Joint Domain Localized (JDL) et d'une méthode non-statistique focalisée sur la seule case distance- Doppler sous test, la méthode Direct Data Domain (D3), * développement d'une nouvelle méthode de réjection itérative du fouillis à partir des méthodes d'estimation spectrale.

Les industriels des semi-conducteurs cherchent à simplifier les processus de conception, de production, qui aujourd'hui, pour des raisons de complexité, sont relativement onéreux. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'opportunité de concevoir des synthétiseurs de fréquences basés sur les boucles à verrouillage de délais pour des applications analogiques (oscillateur local, horloge pour convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique). Ceux-ci ont l'avantage entre autres, d'être complètement intégrables dans un procédé MOS. Ce travail propose l'étude théorique et le compte rendu de l'expérimentation de deux types de synthétiseurs de fréquences différents. Le premier des synthétiseurs multiplie la fréquence d'un signal de référence par un nombre entier. Si le principe utilisé est déjà étudié depuis quelques années, nous proposons une formulation plus fine de ses performances en bruit et en particulier, nous précisons le spectre de bruit de phase du signal de sortie attendu. Et, nous proposons son application comme oscillateur local de fréquence intermédiaire fixe dans une structure hétérodyne pour GSM. Le second synthétiseur de fréquences est d'une architecture originale. Il permet d'obtenir une horloge dont la fréquence est programmable et équivaut à la fréquence du signal de référence multipliée par un nombre rationnel. La formulation de la théorie de cette nouvelle fonction est établie, et les résultats des tests d'un circuit prototype, commentés. Ses performances lui permettent d'être utilisé comme horloge dans des systèmes de communications mobiles comme cela a pu être démontrer pour une application Bluetooth.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'autopulsation à 40 GHz générée par verrouillage de modes passif dans les lasers DBR à semi-conducteurs, et de leur application à la récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s. Un modèle théorique a montré que le blocage de modes passif dans ces lasers est engendré par mélange à quatre ondes et génère une corrélation des bruits de phase des modes du laser. La signature expérimentale de l'autopulsation est alors la réduction de largeur spectrale du spectre lorentzien du photocourant. L'importance du mélange à quatre ondes a ensuite guidé les démarches de conception de ces composants, et les lasers DBR autopulsants réalisés ont permis l'étude expérimentale du blocage de modes passif, à travers la mesure d'une relation de phase fixe entre modes et la démonstration de la corrélation de leurs bruits de phase. Par la suite, la caractérisation de lasers à boîtes quantiques, développés au III-V Lab, a montré leur potentiel à générer des signaux autopulsants de haute pureté spectrale, avec des largeurs spectrales proches du kHz. Enfin, l'étude de la synchronisation externe du laser autopulsant a montré le rôle clé de la largeur spectrale et l'intérêt des lasers à boîtes quantiques pour les applications telles que la récupération d'horloge tout-optique ou la génération de porteuses optiques micro-ondes. Ces lasers ont d'ailleurs permis la réalisation d'une récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s présentant une fonction de transfert de gigue compatible avec le gabarit de la norme ITU-T G825.1. Ce résultat prometteur permet d'envisager l'utilisation de lasers DBR autopulsants dans une interface de régénération.

La vitesse des ondes de cisaillement (Vs) est un parametre elastique permettant de caracteriser la compacite des formations superficielles. Il joue un role essentiel aussi bien en sismologie appliquee, dans l'estimation des effets de site ou du potentiel de liquefaction des sols, qu'en geotechnique pour la reconnaissance des glissements de terrain. Ce travail de these s'interesse aux differentes techniques sismiques permettant d'obtenir les valeurs de Vs a l'echelle de la dizaine a la centaine de metres de profondeur. Il vise a evaluer les capacites de ces methodes et a definir une strategie de reconnaissance des sites en fonction de leur complexite. La premiere partie du travail est consacree a l'evaluation de la fiabilite de l'inversion des ondes de surface pour des milieux stratifies horizontalement. En collaboration avec d'autres laboratoires europeens, les methodes de sismique active et passive ont ete appliquees sur 20 sites accelerometriques europeens pour lesquels des profils verticaux de Vs etaient disponibles a partir d'essais en forage. La comparaison des resultats montre que les profils de Vs obtenus par les techniques sismiques de surface sont comparables a ceux deduits des methodes en forage pour les sites mous (Vs30 < 600 m/s) mais fournissent des vitesses plus faibles pour les sites compacts. De plus, l'information fournie par les courbes de dispersion obtenues est apparue suffisante pour la caracterisation des sites selon la classification EC8. Sur la base des profils Vs mesures, une etude theorique sur l'inversion de la courbe de dispersion du mode fondamental de Rayleigh a ete realisee pour des sites presentant un contraste marque entre socle et sediments. Une strategie d'inversion en deux etapes, permettant de contraindre la profondeur du substratum durant l'inversion, a ete definie sur des cas synthetiques et a ete appliquee avec succes sur des cas reels stratifies horizontalement. Le cas de sites de geometrie plus complexe est aborde dans la deuxieme partie. L'inversion des courbes de dispersion obtenues par sismique active (donnees synthetiques et reelles) et passive (donnees synthetiques) au-dessus d'une interface en pente a fourni des profils de vitesse presentant un gradient de vitesse et une mauvaise estimation des vitesse et/ou profondeur du demi-espace. Une procedure a ete definie afin de detecter les sites 2D/3D, a partir des donnees des 20 sites accelerometriques europeens et des donnees du glissement de terrain d'Avignonet (Isere, France). Cette procedure, basee sur les observables de la sismique active (sismogrammes, spectrogramme spatial, comparaison de courbes de dispersion) et de la sismique passive (forme du rapport H/V, variations laterales de la frequence du pic H/V), vise a adapter le choix des techniques d'imagerie lors de la caracterisation de site. Dans la troisieme partie, la technique d'inter-correlation du bruit ambiant est appliquee au glissement de terrain d'Avignonet. Treize stations sismologiques ont ete deployees durant deux semaines sur le site et une inversion tomographique des temps d'arrivees mesures par inter-correlation a fourni des cartes frequentielles de vitesse de groupe des ondes de Rayleigh. L'inversion de ces donnees a permis d'obtenir une image 3D en Vs du glissement de terrain jusqu'a 100 m de profondeur. Enfin, l'evolution avec le temps des correlations calculees entre 2 stations permanentes sur le glissement suggere une legere diminution de la vitesse sismique au cours des trois ans d'enregistrement. Ces resultats montrent l'interet des techniques d'inter-correlation du bruit ambiant pour la reconnaissance tridimensionnelle de milieux heterogenes et le suivi temporel de l'activite des glissements de terrain.

Le problème étudié dans cette thèse est celui du débruitage d'images numériques cor- rompues par un bruit blanc gaussien. Les méthodes utilisées pour récupérer une meilleure image reposent sur les patchs et sont des variantes des Non-Local Means. Les contributions de la thèse sont à la fois pratiques et théoriques. Tout d'abord, on étudie précisément l'influence des divers paramètres de la méthode. On met ensuite en lumière une lim- ite observée sur le traitement des bords par les méthodes à patchs habituelles. On donne alors une meilleure façon de combiner l'information fournie à partir des patchs pour estimer pixel par pixel. D'un point de vue théorique, on présente un cadre non asymptotique pour contrôler notre estimateur. On donne alors des résultats de type inégalités oracles pour des estimateurs vérifiant des propriétés plus restrictives. Les techniques utilisées reposent sur l'agrégation d'estimateurs, et plus particulièrement sur l'agrégation à poids exponentiels. La méthode requiert typiquement une mesure du risque, obtenue à travers un estimateur sans biais de celui-ci, par exemple par la méthode de Stein. Les méthodes de débruitage étudiées sont analysées numériquement par simulations.