Cette thèse porte sur l'amélioration des performances du CAG, le gravimètre atomique développé au SYRTE. Cet instrument exploite des techniques d'interférométrie atomique pour mesurer l'accélération locale de la pesanteur g subit par un nuage d'atomes froids de 87Rb en chute libre. Les perfectionnements comme l'asservissement des puissances des faisceaux Raman et l'optimisation des paramètres tels que ceux pilotant la détection sont présentés dans ce manuscrit. La position initiale du nuage, sa vitesse moyenne, son expansion balistique dans les faisceaux Raman ainsi que leur évolution, sont autant de paramètres altérant les performances du CAG. Les inhomogénéités de couplage qui en résultent, modifient la symétrie de la fonction de sensibilité de l'interféromètre et le rendent sensible aux désaccords Raman constants. De plus, les désaccords Raman de type Doppler ne peuvent voir leur effet annulé par la technique de mesure mise en place pour rejeter les effets systématiques. L'asymétrie de l'interféromètre a été mesurée et une méthode pour la compenser est proposée. Enfin, plusieurs comparaisons avec différents gravimètres sont présentées. La comparaison internationale CCM.G-K2 a permis de confirmer l'exactitude du CAG, révélant notamment un écart type d'Allan de 5,7 10-9/Hz1/2. Finalement, une session de mesure d'un mois en vue commune avec un gravimètre supraconducteur iGrav est étudiée. Elle a permis la détermination du facteur d'échelle de l'iGrav à 0,1% dès un jour de mesure et 0,02% en moins d'un mois. L'écart type d'Allan sur le résidu du signal entre les gravimètres atteint alors 6 10-11g après 12h de mesure. / This thesis aims at pushing the performances of the atom gravimeter CAG developed at SYRTE. This instrument uses atom interferometry to measure the local gravity acceleration of a free falling 87Rb cold atomic cloud. The improvements of the Raman power control and parameters such as those driving the detection are presented in this thesis. The initial position of the cloud, its mean velocity, its ballistic expansion into the Raman beams and thus their evolution, are important parameters which affect the performances of the CAG. The resulting coupling inhomogeneities modify the symmetry of the sensitivity function of the interferometer and make it sensitive to constant Raman detuning. Moreover, the Raman detuning in a Doppler way cannot be canceled by our rejection technic of systematic effects. The asymmetry of the sensitivity function has been measured and a method is demonstrated to cancel it. Several comparisons between the CAG and different gravimeter types have been performed and their results are developed. The international comparison of absolute gravimeters CCM.G-K2 confirms the CAG accuracy budget. It reveals an Allan standard deviation of 5.710-9g/Hz1/2. In the end, a one month common view measurement with a superconducting gravimeter iGrav is studied. The determination of the iGrav scale factor at the level of 0.1% in a single day and 0.02% in less than a month is obtained with this long measurement. The Allan standard deviation of the gravity residual signal is 610-11g in 12h measurement time.

Planck est un satellite de l'ESA lancé en 2009, qui avais pour mission de faire une carte de très grande précision du rayonnement fossile de l'Univers, afin de mieux comprendre comment il s'est formé. Cet objectif ambitieux nécessite un niveau de maîtrise extrême des effets instrumentaux. Cependant en cours de mission il s'est avéré que le composant responsable de la numérisation des données scientifiques introduisait un bisais important qui compromettait l'exploitation scientifique des données de l'instrument Planck/HFI. Ce travail décris comment ce biais a été compris et corrigé avec succès. Une analyse très poussée a été conduite sur les détecteurs du satellite, la chaine cryogénique embarquée et le composant de numérisation lui même. Ce qui a nécessité une méthodologie spécifique afin de télécharger les données nécessaire depuis le satellite avant sa fin de mission et son décommissionnement. / Planck is an ESA spacecraft launched in 2009, its mission goal was to map with an exquisite precision the first light of Universe, to help understanding how it has formed. This ambitious objective requires a very high level of control on the instrumental effects. During the mission, it has been found that the component responsible of the digitization of scientific data introduced an unexpectedly high bias effect, preventing full exploitation of data from the Planck/HFI instrument. The present work relates how this bias effect was understood and successfully corrected for. A very deep analysis of the spacecraft detectors, the cryogenic chain, and the digitization component has been performed, which required a specific methodology to gather data from the spacecraft before the end of the mission and its decommissioning.

Ces quarante dernières années, l'observation du Fond Cosmique Micro-Onde a été l'un des champs d'étude les plus prolifiques de l'astrophysique. Couronnée par deux prix Nobel, cette découverte majeure a permis de confirmer de façon spectaculaire la théorie du Big-Bang. L'étude détaillée de ce fond micro-onde a également permis de mieux contraindre les différents modèles d'Univers issus de la cosmologie. Avec l'expérience Planck de l'ESA qui va succéder en 2008 à COBE et WMAP, la cosmologie entre dans une nouvelle ère, celle de la ``cosmologie observationnelle de précision''. Jamais une expérience spatiale aussi sensible n'aura effectué un relevé complet du ciel micro-onde avec une aussi grande résolution. La grande sensibilité de Planck implique la nécessité d'un contrôle accru des effets systématiques d'origine instrumentale. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du contrôle de ces effets systématiques pour Planck, en particulier pour son instrument hautes fréquences: HFI (High Frequency Instrument). Contrôler les effets systématiques implique trois types d'activités: l'Identification, la Quantification et la Correction de ces effets. Cette thèse présente essentiellement les résultats obtenus sur les travaux d'identification et de quantification des effets systématiques d'origine thermique dans Planck-HFI. La quantification de la diaphonie électronique ainsi que la correction des effets thermiques y sont également abordés.

Le présent rapport résume mon travail de recherche sur l'ion Ca+ effectué au cours de la dernière décennie. Les travaux préliminaires effectués dans un piège de Paul classique sont brièvement revus. Il s'agit notamment des mesures de durées de vie dans un nuage d'ions chauds ainsi qu'une étude des effets collisionnels pouvant réduire la durée de vie du doublet métastable 3D. Un piège miniature a ensuite été monté pour permettre l'accès au régime de Lamb-Dicke avec un ion unique. Ce piège a d'abord été caractérisé, avant d'entrer dans une phase d'optimisation du refroidissement laser et de la réduction du nombre des particules. L'observation des sauts quantiques d'un ion unique a servi à la mesure des durées de vie du niveau métastable, préparation pour l'interrogation de la transition d'horloge dans des conditions bien contrôlées. La réduction du micromouvement "excessif" a été abordée par différentes techniques, notamment par l'observation des résonances noires en variant la géométrie des faisceaux lasers. Les travaux en cours sur l'observation du spectre de bandes latérales du mouvement d'un ion unique sur la transition d'horloge sont discutés. L'étude théorique des effets systématiques prépare les conditions expérimentales nécessaires pour la métrologie des fréquences.

La désintégration beta du neutron est définie par divers coefficients de corrélation mesurables qui sont utilisés pour déterminer des paramètres du Modèle Standard et rechercher de nouvelle physique. L'objectif du spectromètre aSPECT est de mesurer le coefficient a de corrélation angulaire entre l'électron et l'antineutrino avec une précision sans précédent de 1%. Ce coefficient est extrait à partir d'une mesure de haute précision du spectre d'énergie des protons. Un point central de cette thèse est l'analyse du bruit de fond, motivée par les observations de décharges durant le temps de faisceau de 2011, et par une précédente indication d'une dépendance sur le potentiel de sélection des protons. Au cours de cette thèse, plusieurs mesures ont été réalisées hors ligne, en absence de particules ionisantes issues de la désintégration du neutron. Un bruit de fond "interne" (rayons-X et ions) a été identifié. Son influence sur da/a est de l'ordre de 10^-5 à 10^-4 suivant le niveau du vide (~10^-9 mbar) et la configuration du spectromètre. L'analyse des données du temps de faisceau en 2013 permet de construire un modèle de correction des différents bruits de fond présents dans l'expérience de désintégration du neutron, en considérant sa dépendance dans le temps. La correction est d'environ 3% sur le coefficient pour une configuration et un vide standard, mais elle peut atteindre 7% dans une configuration défavorable. Pour réduire ce bruit de fond, un champ électrique de dérive est appliqué au-dessus du maximum du potentiel de sélection. Des mesures supplémentaires réalisées durant ce temps de faisceau incluaient des tests systématiques comme les effets de bord (profil du faisceau) et différentes configurations des électrodes. Afin d'obtenir le résultat final, l'analyse doit être complétée en incluant les différentes corrections et en la comparant avec des simulations des effets systématiques.

La désintégration beta du neutron est définie par divers coefficients de corrélation mesurables qui sont utilisés pour déterminer des paramètres du Modèle Standard et rechercher de nouvelle physique. L'objectif du spectromètre aSPECT est de mesurer le coefficient a de corrélation angulaire entre l'électron et l'antineutrino avec une précision sans précédent de 1%. Ce coefficient est extrait à partir d'une mesure de haute précision du spectre d'énergie des protons. Un point central de cette thèse est l'analyse du bruit de fond, motivée par les observations de décharges durant le temps de faisceau de 2011, et par une précédente indication d'une dépendance sur le potentiel de sélection des protons. Au cours de cette thèse, plusieurs mesures ont été réalisées hors ligne, en absence de particules ionisantes issues de la désintégration du neutron. Un bruit de fond "interne" (rayons-X et ions) a été identifié. Son influence sur da/a est de l'ordre de 10^-5 à 10^-4 suivant le niveau du vide (~10^-9 mbar) et la configuration du spectromètre. L'analyse des données du temps de faisceau en 2013 permet de construire un modèle de correction des différents bruits de fond présents dans l'expérience de désintégration du neutron, en considérant sa dépendance dans le temps. La correction est d'environ 3% sur le coefficient pour une configuration et un vide standard, mais elle peut atteindre 7% dans une configuration défavorable. Pour réduire ce bruit de fond, un champ électrique de dérive est appliqué au-dessus du maximum du potentiel de sélection. Des mesures supplémentaires réalisées durant ce temps de faisceau incluaient des tests systématiques comme les effets de bord (profil du faisceau) et différentes configurations des électrodes. Afin d'obtenir le résultat final, l'analyse doit être complétée en incluant les différentes corrections et en la comparant avec des simulations des effets systématiques. / Neutron beta-decay is parametrized by several measurable correlation coefficients which are used to determine parameters of the Standard Model and to search for new physics. The aim of the retardation spectrometer aSPECT is to measure the electron-antineutrino angular correlation coefficient a with an unprecedented accuracy of well below 1%. The coefficient is extracted from a high precision measurement of the proton energy spectrum. A central point of this PhD thesis is the analysis of the background, motivated by the observations of discharges during the beam time of 2011, and an earlier indication for a dependence on the retardation potential. During this thesis, several measurements were conducted off-line, without ionizing particles from neutron decay. An "internal" background (X-rays and ions) was identified. It has an influence of 10^-5 to 10^-4 on da/a depending on the vacuum level (~10^-9 mbar) and the spectrometer settings. Within the analysis of the data from the beam time in 2013, a model was built to correct for backgrounds present in neutron decay experiment, taking into account its time dependence. The correction is about 3% on the coefficient for standard settings and vacuum but it can reach 7% for unfavorable settings. To reduce the background, a drift electric field was applied close to the maximum of the retardation potential. Additional measurements performed during this beam time included tests of systematics, in particular the edge effect (beam profile) and different electrode settings. In order to obtain the final result, the analysis has to be extended by including the different corrections and by comparing with simulations of the systematic effects.