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.

L’étude des variations temporelles de gravité ont une longue tradition en Europe Centrale. Dans la station, J9, située à Strasbourg depuis les années 1970, les trois principaux types de gravimètre (ressort, supraconducteur (SG), absolu) ont été utilisés. Ces séries permettent l’examen des améliorations instrumentales à partir de la stabilité à long terme et de la dérive instrumentale. Nous montrons que le SG est l’instrument le plus performant pour l’étude des marées de longues périodes et de faibles amplitudes. Nous montrons les résultats obtenus par analyse de marée de ces petites ondes. Nous estimons la période de la Free Core Nutation et nous recherchons celle de la Free Inner Core Nutation (FICN), qui n'a pas encore été observée. Pour cela nous faisons une étude précise, afin de séparer les ondes de faible amplitude, au voisinage de périodes possibles de la FICN. / The study of temporal variations of gravity has a long tradition in Central Europe. Since the 1970s three main gravimeter types (spring, superconducting (SG) and absolute) have been set up at the J9 gravity station located in Strasbourg. These series allow us to review the instrumental improvements from the analyses of long term stability and instrumental drift. We show that the SG is the most powerful tool for thestudy of the low frequency and small amplitudes tides. We show the tidal analysis results for these tidal waves. We estimate the period of the Free Core Nutation and we seek the one of the Free Inner Core Nutation (FICN), which has not yet been observed. For this we make a careful study, in order to separate the low-amplitude waves in the vicinity of possible periods of FICN. / La deformación elasto-gravitacional de la Tierra y las correspondientes variaciones temporales de la gravedad asociadas, registradas en la superficie terrestre mediante los gravímetros, son debidas a distintos fenómenos geofísicos con diferentes períodos y amplitudes, incluyendo entre otros a las denominadas mareas terrestres, que son el fenómeno que genera los efectos más fuertes (dichas mareas terrestres son los movimientos inducidos en la Tierra sólida y los cambios en su potencial gravitatorio derivados de las fuerzas de marea generadas por los cuerpos celestes).El objetivo principal de este trabajo consiste en mostrar la importancia tanto de la longitud de las series de datos de gravedad, como de la calidad de dichas series para mejorar nuestro conocimiento sobre la dinámica de la Tierra a través de los análisis de las mareas terrestres. [...]

La dynamique et la structure interne de la Terre sont mal contraintes en profondeur, car les signaux induits en surface, de faible amplitude et basse fréquence, atteignent le seuil de détection des sismomètres. La gravimétrie devient un outil privilégié d'investigation de la Terre profonde aux longues périodes. Les variations temporelles de la gravité sont enregistrées en permanence par des gravimètres relatifs cryogéniques. Nous étudions les niveaux de bruit de ces stations sur un large spectre de fréquences allant des modes propres sismiques longue période jusqu'aux marées. Nous montrons que les gravimètres supraconducteurs apportent une contribution unique à l'étude des modes de vibration les plus graves qui échantillonnent la Terre de la surface jusqu'au noyau. Nous mettons en avant (1) l'éclatement dû à la rotation et à l'ellipticité du mode propre 0S2 en cinq singlets, (2) la première observation du mode sismique 2S1, après le séisme du Pérou du 23 juin 2001 de magnitude 8.4.<br />Nous nous consacrons à la recherche du mode propre de translation de la graine 1S1 qui n'a jamais été observé sans ambiguïté. Sa détection est primordiale car elle permettrait de contraindre le saut de densité à l'interface graine - noyau liquide, ainsi que la viscosité à cette interface et la stratification du noyau fluide. Pour cela nous développons des méthodes de sommation, de détection automatique des signaux et une famille d'ondelettes.

L’objectif principal de ce travail est d’améliorer notre compréhension de la rhéologie terrestre et du mouvement de Chandler qui en dépend. Nous calculons le facteur gravimétrique complexe à la période de Chandler par une analyse conjointe de séries temporelles gravimétriques et du mouvement du pôle. Nous montrons l’importance et les limites des corrections gravimétriques dans les analyses locales et l’intérêt d’une combinaison des données de différentes stations. Suivant une approche plus théorique, nous menons une étude analytique puis numérique afin de déterminer les solutions du problème des petites déformations d’une Terre homogène anélastique en rotation. L’influence de l’anélasticité sur la période et le facteur de qualité de Chandler est étudiée, et nous montrons que ce dernier est plus sensible que la période aux paramètres rhéologiques, notamment à la viscosité de Kelvin. Enfin, nous étudions, en domaine de Laplace, l’influence de la fréquence de forçage par une surcharge. / The main goal of this work is to improve our understanding of the Earth’s rheology and of the Chandler wobble which depends on it. We compute the complex gravimetric factor at the Chandler frequency by a joint analysis of gravimetric and polar motion time series. We show the importance and the limits of gravimetric corrections for local analyses and the effectiveness of the combination of data from different stations. Using a more theoretical approach, we carry out an analytical and numerical study to determine the solutions of the small deformations of an anelastic homogeneous rotating Earth model. The influence of anelasticity on the Chandler wobble period and quality factoris studied and we show that the latter is more sensitive than the period to the rheological parameters, especially to the Kelvin’s viscosity. Finally, we study in Laplace domain the influence of the forcing frequency for the loading problem.