Les étalons atomiques de fréquences jouent aujourd'hui un rôle clé en physique fondamentale mais se retrouvent aussi dans des applications "grand public" telles que les satellites de positionnement. Les contraintes de compacité posées sur ces horloges embarquées sont évidemment très grandes mais les besoins actuels poussent vers des horloges toujours plus performantes. Le projet HORACE (HOrloge à Refroidissement d'Atomes en CEllule) permet, grâce à l'utilisation d'atomes refroidis par laser et à une géométrie originale où toutes les interactions ont lieu directement dans la cavité micro-onde, d'obtenir d'excellentes performances en fréquence tout en préservant la compacité et la simplicité globale du dispositif. Ce mémoire expose les concepts fondateurs du projet HORACE. Il décrit par la suite la réalisation expérimentale du premier prototype à vocation métrologique de l'horloge HORACE. Il présente l'évaluation expérimentale et l'optimisation de la stabilité court-terme de l'horloge réalisée au laboratoire. L'étude de la séquence de refroidissement d'atomes en lumière isotrope a montré qu'environ $2~10^8$ atomes à une température de $35~\mu K$ pouvaient être obtenus. Par ailleurs, la très grande stabilité de cette technique permet d'observer que les fluctuations cycle à cycle du nombre d'atomes froids sont principalement limitées par le bruit de grenaille atomique, et ce jusqu'au niveau de $2~10^{-4}$. Cette grande stabilité a conduit à une simplification notable de la séquence expérimentale (refroidissement et détection) tout en préservant un rapport signal à bruit proche de 1000 en fonctionnement. L'horloge a montré une stabilité relative de fréquence de $2.2~10^{-13}~\tau^{-1/2}$ s'intégrant comme du bruit blanc jusqu'à quelques milliers de secondes. C'est à ce jour une des meilleures stabilités obtenues sur une horloge compacte. Ce résultat a pu être obtenu grâce à un fonctionnement où une partie des atomes froids sont recapturés d'un cycle à l'autre. Ceci permettant de réduire la durée de la phase de refroidissement jusqu'à 40~ms et d'obtenir \emph{in fine} un rapport cyclique proche de 50\%. La possibilité de faire fonctionner l'horloge à un taux de répétition élevé (12~Hz) relâche aussi les contraintes sur les spécifications en bruit de fréquence de l'oscillateur à quartz utilisé à terme. Enfin, les conclusions de cette étude sont extrapolées afin de prédire les performances attendues pour un fonctionnement en micro-gravité.

All users of an electrical power system expect that the frequency and voltages are maintained within acceptable boundaries at all times. Some participants, mainly generating units, provide the necessary frequency and voltage control services, called ancillary services. Since these participants are entitled to receive a payment for the services provided, markets for ancillary services have been developed along with the liberalisation of electricity markets. However, current arrangements vary widely from a power system to another.<br /><br />This thesis provides a comprehensive assessment of markets for frequency and voltage control ancillary services along three axes: (a) defining the needs for frequency and voltages, as well as specifying the ancillary services that can fulfil these needs; (b) assessing the cost of ancillary services for a producer; and (c) discussing the market design of an efficient procurement of ancillary services.<br /><br />Such a comprehensive assessment exhibits several advantages: (a) stakeholders can quickly grasp the issues related to ancillary services; (b) participants benefit from a standardised method to assess their system; (c) solutions are proposed to improve current arrangements; and (d) theoretical limitations that need future work are identified.

Cette thèse exploite les données de haute fréquence, plus proches des « vrais » processus de prix, mais qui engendrent un certain nombre de problèmes techniques qui nous permettent de réexaminer certains modèles d'évaluation des actifs financiers et la gestion des risques financiers. Nous commençons par explorer un phénomène dénommé « Rose des vents » découvert par Crack et Ledoit (1996) caractérisant les échanges à très haute fréquence. Cette question a déjà fait l'objet de plusieurs études qui n'ont pu complètement caractériser les conditions de cette structure sur quelques titres du marché français. Nous montrons dans un deuxième essai que la précision d'une mesure de risque efficiente, appelée Valeur-en-risque, est améliorée lorsqu'on utilise des données de haute fréquence. Nous exploitons une Analyse en Composants Indépendantes pour extraire les facteurs de risques, et nous montrons qu'elle donne des résultats plus robustes, hors échantillon, qu'une extraction par composantes principales. Nous généralisons ensuite les modèles traditionnels d'évaluation des prix des actifs aux moments d'ordres supérieurs « réalisés ». Nous montrons que cette généralisation améliore sensiblement les estimations. Nous terminons cette thèse par une extension sur l'extraction d'un temps d'échanges implicite qui permet de retrouver une distribution Gaussienne des rendements. Nous obtenons, à partir d'une méthode d'optimisation directe, un temps implicite sur plusieurs titres du marché français des actions.

Le coe ur du mémoire concerne l'enchaînement intégré de la modélisation stochastique des pluies et de la modélisation des débits et autres flux associés. <br />Une première partie traite de l'aspect spatial des transferts, visant à exprimer sous une forme très synthétique la structure arborescente du réseau hydrographique. Elle suffit à transcrire des effets d'échelle et les grands contrastes internes au bassin versant concernant la fonction de production, ce qui asseoit une méthode de régionalisation efficace. Une variante plus réaliste dans la représentation de l'hydraulique permet de représenter l'atténuation hydraulique au sein d'un bassin versant. <br />La modélisation stochastique de la pluie (CECP) procède par désagrégation de la pluie totale d'un épisode en sous épisodes. Cette décomposition \textit{quantité} x \textit{forme} permet d'utiliser des fonctions monotones à forme donnée, et donc d'inverser le modèle ou de calculer facilement des probabilités conditionnelles, opérations généralement impossibles avec d'autres modèles. Le modèle n'est donc pas restreint à une utilisation en simulation, mais permet un calcul explicite (numérique) des fréquences rares. <br />Les probabilités conditionnelles se révèlent par ailleurs une représentation conjointe des aspects dynamiques et probabilistes que l'on propose d'appeler modèle pluie-débit-durée-fréquence, et qui manifeste l'existence de durées critiques dépendantes de la fréquence. On propose par ailleurs une formulation approchée, sous forme de loi dérivée, c'est à dire une distribution de probabilité dont les paramètres sont les paramètres de la transformation pluie-debit. <br />Pour estimer ce modèle dans des conditions variées de disponibilité de l'information, on propose d'utiliser l'information de Kullback-Leibler, avec une adaptation pour les valeurs extrêmes.

L'objectif général de cette recherche est de contribuer à la compréhension des mécanismes fondamentaux conduisant à des instabilités de combustion dans les moteurs fusées à propulsion liquides.<br />Le processus implique un couplage fort entre la combustion et les modes acoustiques transverses de la chambre. Le problème est analysé au moyen d'une combinaison d'outils expérimentaux, numériques et de modélisation. <br />Les expériences sont réalisées sur une chambre équipée de plusieurs injecteurs coaxiaux placés en ligne et alimentés en oxygène liquide et méthane gazeux. On recrée ainsi au moins partiellement les conditions qui prévalent dans les moteurs fusées.<br />Le système a été conçu pour permettre une nette séparation entre les fréquences des modes longitudinaux et transverses. Le foyer est équipé de hublots donnant un accès optique à la zone de flamme et de capteurs de pression détectant les fluctuations de cette variable dans la chambre et dans le circuit d'alimentation en ergols. Un modulateur comportant une roue dentée tournant à grande vitesse et bloquant de façon périodique une tuyère auxiliaire permet d'injecter des perturbations acoustiques dans le système.<br />Des méthodes d'imagerie numérique sont utilisées pour examiner la dynamique des flammes. Des essais systèmatiques ont été réalisés à basse (0.9 MPa), moyenne (3 MPa) et haute pression (6 MPa) pour déterminer les conditions dans lesquelles la flamme est la plus sensible aux modulations acoustiques transverses. Un niveau de réponse remarquable a été observé dans les expériences à basse pression. Le niveau d'oscillation était dans ce cas de 8\% de la pression moyenne. La flamme est fortement modifiée lorsque le couplage est réalisé avec le premier mode acoustique transverse, son taux d'expansion est augmenté et la luminosité s'accroît sensiblement. La vitesse de convection des structures émissives observées par caméra rapide montre une réduction assez surprenante. Les relations de phase établies entre les preturbations de pression et de dégagement de chaleur dans la chambre montrent que ces deux quantités sont caractérisées par des distributions spatiales assez semblables. Les essais à pression intermédiaire réalisés avec un nouveau dispositif comportant 5 injecteurs induisant un dégagement de chaleur plus important montrent que la résonance est moins marquée, un phénomène qui est lié à un niveau de fluctuations de température plus élévé dans les nouvelles conditions de ces essais. Des expériences sont menées à froid par injection d'oxygène liquide et d'azote gazeux pour examiner le mouvement induit par une excitation acoustique transverse. Ces expériences sont complétées par des calculs numériques réalisés dans le cadre des simulations aux grandes échelles (SGE). Ces méthodes sont utilisées pour analyser le mouvement de jets coaxiaux en présence d'une modulation acoustique transverse imposée dans le domaine de calcul. L'oscillation induit un mouvement collectif et le mélange est intensifié.<br />Un modèle est développé pour le taux de réaction filtré permettant une description des flammes non prémélangées contrôlant la combustion cryotechnique. Des calculs initiaux sont effectués dans une configuration réaliste d'injecteurs multiples, alimentés en ergols gazeux. <br />Deux problèmes sont envisagés au niveau de la modélisation. Le premier traite de la relation entre les fluctuations de dégagement de chaleur et les perturbations de vitesse transverses. Une expression est proposée qui dépend de ces perturbations et du signe du gradient de vitesse transverse. Les conséquences de ce modèle sont examinées et il est notamment montré que l'on peut retrouver la structure du dégagement de chaleur observée dans des travaux antérieurs. <br />Le second modèle traite de l'influence de fluctuations de température sur les caractéristiques de résonance d'un système. La simulation directe et une analyse fondée sur la méthode des moyennes indique que l'amplitude de la résonance et la finesse de la réponse sont diminuées en présence de fluctuations, un phénomène qui semble avoir été négligé mais qui peut avoir des conséquences pratiques.<br />Les connaissances acquises dans ces études peuvent servir de guide à des développements de méthodes de calcul destinées à prévoir les instabilités. Elles peuvent aussi servir à développer des méthodes de conception permettant d'éviter le phénomène.

Des matériaux céramiques diélectrique et magnétique présentant une basse température de frittage ont été étudiés et mis au point pour la réalisation de fonctions passives intégrées. Le matériau diélectrique qui a été retenu est issu de la famille des ANT (AgNbxTa1-xO3). L'ajout de CuO a permis de diminuer sa température de frittage à 880°C tout en conservant de bonnes propriétés diélectriques : permittivité = 400 ; pertes diélectriques < 5.10-3 à 1,5 GHz ; stabilité de e entre – 25 et + 150°C.<br />Le matériau magnétique est un ferrite NiZnCu substitués par le cobalt. Des ajouts d'oxyde de bismuth ont permis des frittages à 880°C avec des caractéristiques satisfaisantes :<br />perméabilité = 300, pertes en puissance < 500 mW/cm3 à 1,5 MHz et 25 mT et ce jusqu'à 100°C.

Un développement récent de la polarimétrie en imagerie radar consiste à l'associer à l'interférométrie. L'analyse polarimétrique permet de comprendre les mécanismes électromagnétiques qui ont lieu au sein d'une cellule de résolution, tandis que l'interférométrie permet de calculer la hauteur du "centre de phase" de cette même cellule. L'utilisation conjointe de ces deux techniques permet d'envisager des bénéfices aussi divers que l'amélioration de la qualité des cartes d'élévations pour une zone urbaine, ou l'estimation des paramètres descriptifs d'une forêt à partir de modèles de diffusion. Les principaux outils théoriques proposés sont validés par des résultats de mesures en chambre anéchoïque et des images SAR du système aéroporté RAMSES de l'ONERA en bandes X, P et L.

Ce mémoire porte sur de nouveaux composés borates de la famille des RCOB, c'est à dire M4R(BO3)3O (où M=Ca, Sr et R=Y, La, Yb, Lu). Ces matériaux non linéairesservent aussi de matrices hôtes pour des ions luminescents capables de produire une émission laser. Plusieurs composés ont été sélectionnés pour leur faisabilité sous forme de monocristaux et pour leurs propriétés optiques. L'ion Yb3+ joue à la fois le rôle de constituant du matériau et d'ion luminescent. Des monocristaux de YCOB et de LaCOB contenant de grandes concentrations d'ions Yb3+ ont été élaborés par la méthode Czochalski. leur qualité cristalline et optique a été évaluée. L'influence des cations de la structure sur l'efficacité du doublage de la fréquence dnas ces matériaux non linéaires a été mise en évidence. les propriétés spectroscopiques de l'ion Yb3+ dans les deux matrices YCOB et LaCOB ont été caractérisées et ont permis de prévoir le fonctionnement des cristaux en tant que source laser émettant à 1 nanometre. Les études optiques ont été ainsi mis en évidence une oscillation laser à haut rendement dnas le YCOB: Yb est le tout premier effet laser dans un LaCOB: YB. De plus, une émission laser verte, produite par l'autodoublage de la fréquence laser infrarouge, a été obtenue dans le YCOB: Yb. Par ailleurs, l'émission de 'ion Er3+ à 1.5 nanometre dans la matrice GdCOB a été caractérisée, afin de réaliser une source laser à longueur d'onde peu dommageable pour l'oeil. Dans les cristaux, des ions Yb3+ ont été également introduits, qui servent à trnasferer l'energie d'excitation aux ions Er3+, eux-mêmes peu sensibles directement. Les études spectroscopiques de ces deux ions dans le GdCOB ont permis d'évaluer la probabilité du transfert d'énergie entre eux, ainsi que le rôle des phonons de la matrice dans les processus de realxation à partir du niveau émetteur de l'ion Er3+. Cette famille de borates RCOB offre de larges perspectives d'études des relations structure-propriétés.

Actuellement, les lasers visibles et UV sont étudiés dans de nombreux domaines d'application (médecine, militaire, communication, etc.). Le doublage de fréquence intracavité à l'aide de cristaux non-linéaires apparaît comme une bonne solution pour générer de telles sources de lumière cohérente à partir de lasers solides usuels émettant dans l'IR. Dans ce cadre, la famille non linéaire Ca4LnO(BO3)3 (Ln = lanthanide, LnCOB) présente un intérêt grandissant pour la conception de systèmes lasers visibles compacts. De plus, ces offrent une grande flexibilité en terme de composition permettant d'envisager des substitutions partielles susceptibles de conduire à l'accord de phase non critique (APNC). Ainsi, nous nous sommes intéressés dans ce travail à diverses substitutions cationiques à travers les solutions solides telles que Gd1-xYxCOB, Gd1-xLaxCOB, Gd1-xScxCOB (élaborée pour la première fois), Ln1-xBixCOB (Ln = Gd ou Y) et (Ca1-xSrx)4GdO(BO3)3 dans le but d'étudier leur cristallogenèse et d'ajuster la longueur d'onde en APNC en composition. La plage spectrale visée est directement reliée à l'émission laser issue de la transition 4F3/2-4I9/2 des matrices lasers dopées au néodyme, par exemple YAP:Nd (YAlO3) à 930 nm, YAG:Nd (Y3Al5O12) à 946 nm ou ASL:Nd (Sr1-xNdyLax-yMgxAl11-xO19) à 900 nm. Nous avons également démontré que la composition destinée à l'APNC peut être déterminée en connaissant les indices de réfraction des matrices "mères" M1-xM'xCOB (M, M' = Ln) avec x = 0 ou 1, en utilisant la loi de Clausius-Mosotti. Deux systèmes lasers bleus ont alors été choisis pour générer le second harmonique de type I en APNC: un cristal laser YAG:Nd associé au non-linéaire Gd0.87Y0.13COB à 946 nm, ou à 900 nm en utilisant l'ASL:Nd associé à un cristal Gd0.56Y0.44COB. Par ailleurs, nous avons obtenu pour la première fois l'effet laser à 900 nm du cristal ASL:Nd.

Les performances d'un étalon de fréquence atomique dépendent étroitement du temps d'observation des atomes. L'interrogation d'atomes refroidis par laser dans une géométrie de fontaine permet d'obtenir des temps d'interaction d'une demie seconde. Cette durée peut être variée sur une plus large gamme en l'absence de gravité terrestre, dans un environnement spatial et doit fournir un meilleur compromis stabilité-exactitude. L'application de ce principe constitue une des motivations principales du projet PHARAO, qui participera à la mission spatiale ACES, prévue en 2006 à bord de la station spatiale internationale. La première partie de ce travail de thèse porte sur l'étude de la fontaine PHARAO, fonctionnant avec des atomes de Cs133. Cette horloge est issue de la transformation d'un prototype d'horloge spatiale testé en micro-gravité. Une évaluation détaillée de l'ensemble des déplacements de fréquence mène à une exactitude relative de 7,7 10^(-16), essentiellement limitée par les collisions entre atomes froids. Sa stabilité de fréquence est de 1,7 10^(-13)tau^(-1/2). Ces valeurs sont obtenues pour un fonctionnement avec 4 10^(5) atomes détectés fournissant un bon compromis stabilité-exactitude. Cette horloge transportable construite au BNM-SYRTE, a également fonctionné au MPQ à Munich (Allemagne). La collaboration entre les deux laboratoires a permis une amélioration d'un facteur ~10 sur l'exactitude de la mesure (1,8 10^(-14)) de la transition à deux photons 1S-2S de l'atome d'hydrogène. Ce mémoire présente dans une seconde partie, la caractérisation de sous ensembles de l'horloge spatiale PHARAO, en particulier la construction d'un prototype de diode laser à cavité étendue et le test de la symétrie de phase entre les deux zones d'interrogation de la cavité spatiale.