Le palladium est couramment utilisé pour le stockage du tritium, isotope radioactif de l'hydrogène, car il forme un tritiure réversible, à basse pression d'équilibre. La décroissance du tritium en hélium-3 provoque un vieillissement du tritiure, caractérisé notamment par l'apparition de bulles d'hélium-3, qui est étudié ici. De précédents travaux de modélisation du vieillissement avaient abouti à la création de deux modèles traitant, d'une part, de la germination des bulles d'hélium-3 (utilisation d'un automate cellulaire) et, d'autre part, de la croissance des bulles (mécanique des milieux continus). Ces modèles étaient fonctionnels, mais leur utilisation était limitée par le manque de données expérimentales d'entrée et de recalage. Ce travail de thèse a donc consisté à acquérir les données expérimentales les plus pertinentes pour améliorer la modélisation du vieillissement du tritiure de palladium. La première partie de ce travail a consisté à estimer les propriétés mécaniques du tritiure de palladium (limite d'élasticité, contrainte maximale, loi de comportement...), déduites de celles de l'hydrure et du deutérure de palladium, mesurées à l'aide d'essais de traction in situ. En seconde partie, la caractérisation du vieillissement a été entreprise, focalisée sur des observations de bulles dans le tritiure de palladium par microscopie électronique en transmission, des mesures de pression à l'intérieur des bulles par résonance magnétique nucléaire et des mesures de gonflement macroscopique du matériau par pycnométrie. Ces travaux ont conduit à des avancées significatives quant à la compréhension du vieillissement et ont permis d'améliorer considérablement sa modélisation.

L'héhum-3 liquide polarisé est préparé par pompage optique laser de l'hélium-3 pur dans un champ magnétique faible et à température ambiante, suivi d'une liquéfaction rapide de l'échantillon polarisé. La mise en oeuvre d'un nouveau cryostat à hélium-3 nous a permis d'obtenir des échantillons d'hélium-3 liquide dont le taux de polarisation atteint 25 %, à des températures de l'ordre de 0.5 K très bien stabilisées. Cette stabilité nous a permis d'étudier l'influence de la polarisation nucléaire sur l'équilibre liquide-vapeur, et en particulier sur la pression de vapeur saturante. Nous avons développé dans ce but des capteurs capacitifs très sensibles. Une estimation (limitée à l'ordre le plus bas en M^2) des effets attendus suite à une brutale destruction de l'aimantation M est menée. Ces effets sont expérimentalement observés dans les mélanges hélium-3/hélium-4 ; dans l'hélium-3 pur, seule une augmentation transitoire et faible de la pression a pu être observée. Nous décrivons ensuite une expérience préliminaire visant à déterminer le temps de relaxation longitudinale T1 dans les mélanges isotopes. La relaxation sur les parois de la cellule est efficacement réduite par l'utilisation d'un enduit de césium et des temps de l'ordre de 20 minutes sont observés. Nous nous sommes interessés plus particulièrement à la détermination de la concentration en hélium-3 en phase liquide Enfin, nous étudions expérimentalement l'effet du champ dipolaire sur l'évolution de l'aimantation transverse dans nos échantillons liquides fortement aimantés. Nous observons la précession libre de l'aimantation après une impulsion RMN et analysons de façon détaillée son temps d'amortissement en fonction de divers paramètres. Ce temps varie de façon spectaculaire avec l'angle de basculement, effet qui pourrait être lié à des instabilités dynamiques de RMN.

Le palladium est couramment utilisé pour le stockage du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène, car il forme un tritiure réversible, à basse pression d’équilibre. La décroissance du tritium en hélium-3 provoque un vieillissement du tritiure, caractérisé notamment par l’apparition de bulles d’hélium-3, qui est étudié ici. De précédents travaux de modélisation du vieillissement avaient abouti à la création de deux modèles traitant, d’une part, de la germination des bulles d’hélium-3 (utilisation d’un automate cellulaire) et, d’autre part, de la croissance des bulles (mécanique des milieux continus). Ces modèles étaient fonctionnels, mais leur utilisation était limitée par le manque de données expérimentales d’entrée et de recalage. Ce travail de thèse a donc consisté à acquérir les données expérimentales les plus pertinentes pour améliorer la modélisation du vieillissement du tritiure de palladium. La première partie de ce travail a consisté à estimer les propriétés mécaniques du tritiure de palladium (limite d’élasticité, contrainte maximale, loi de comportement…), déduites de celles de l’hydrure et du deutérure de palladium, mesurées à l’aide d’essais de traction in situ. En seconde partie, la caractérisation du vieillissement a été entreprise, focalisée sur des observations de bulles dans le tritiure de palladium par microscopie électronique en transmission, des mesures de pression à l’intérieur des bulles par résonance magnétique nucléaire et des mesures de gonflement macroscopique du matériau par pycnométrie. Ces travaux ont conduit à des avancées significatives quant à la compréhension du vieillissement et ont permis d’améliorer considérablement sa modélisation. / Palladium is commonly used for the storage of tritium (the hydrogen radioactive isotope), since it forms a low-equilibrium-pressure and reversible tritide. Tritium decay into helium-3 is responsible for the ageing of the tritide, leading to the apparition of helium-3 bubbles for instance. Both experimental and theoretical aspects of this phenomenon are studied here.Previous works on ageing modelling led to two main models, dealing with:- Helium-3 bubbles nucleation (using a cellular automaton),- Bubbles growth (using continuum mechanics).These models were quite efficient, but their use was limited by the lack of input data and fitting experimental parameters.To get through these limitations, this work has consisted in studying the most relevant experimental data to improve the modelling of the palladium tritide ageing.The first part of this work was focused on the assessment of the mechanical properties of the palladium tritide (yield strength, ultimate strength, mechanical behaviour…). They were deduced from the in situ tensile tests performed on palladium hydride and deuteride.In the second part, ageing characterization was undertaken, mainly focusing on:- Bubbles observations in palladium tritide using transmission electron microscopy,- Internal bubble pressure measurements using nuclear magnetic resonance,- Macroscopic swelling measurements using pycnometry.The present work has led to significant progress in ageing understanding and has brought very valuable improvements to the modelling of such a phenomenon.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet RNTS R-MOD qui visait le développement d'un simulateur morpho-fonctionnel des voies respiratoires. Des méthodes de visualisation et de quantification de flux gazeux pulmonaires par IRM des gaz hyperpolarisés (GHP) ont été développées pour pouvoir valider les résultats du simulateur.<br />Pour atteindre cet objectif, un système adapté à l'environnement spécifique de l'IRM a été développé pour permettre l'administration de GHP de manière contrôlée, et différentes approches d'imagerie du flux de GHP ont été explorées.<br />La 1ère approche est basée sur de l'imagerie dynamique de l'inspiration de GHP. Ce type d'expérience est analysé. L'évolution du phénomène est trop rapide pour être observée correctement avec les techniques actuelles. Néanmoins, un état d'équilibre dynamique de la répartition spatiale de l'aimantation dans les poumons lors d'inspirations en régime stationnaire est observable. Les paramètres dont dépend cet équilibre et une partie de ce qui peut être quantifié par le biais de ce type d'expérience ont été formalisés et les concepts introduits ont été validés par différentes expériences d'imagerie dynamique.<br />La 2ième approche, quantitative, est basée sur la vélocimétrie par contraste de phase combinée à l'imagerie radiale rapide. D'abord validée quantitativement sur des fantômes d'écoulement connus (tube droit, coude, bifurcation), la technique a ensuite été appliquée sur un modèle réaliste d'arbre bronchique et comparée à une simulation numérique des écoulements. Les 3 composantes de la vitesse ont été mesurées en environ 1 s avec une résolution spatiale du mm et une précision du cm•s-1. Enfin, la faisabilité in vivo de la mesure de vitesse dans les voies aériennes pulmonaires a été démontrée dans la trachée lors d'une inspiration.<br />Cet outil de caractérisation des écoulements à l'aide de l'IRM des GHP ouvre des voies prometteuses aussi bien pour la physique des écoulements que pour les applications médicales.

L’exploration des interactions fondamentales entre les particules subatomiquesa abouti à la construction du Modèle Standard de la physique des particules qui n’a été misen défaut par aucune expérience en laboratoire. Cependant, de sérieuses indications théoriqueset cosmologiques révèlent des insuffisances au Modèle Standard et des déviationssont attendues. Cette nouvelle physique est recherchée auprès des grands collisionneursmettant en jeu des énergies de l’ordre de l’échelle électrofaible et au-delà. A contre-courant,la nouvelle physique pourrait aussi se manifester à très basse énergie, nécessitant des techniquesexpérimentales atypiques. Cette thèse traite des nouvelles forces de courte portéedépendantes du spin, sujet au coeur de la physique de précision à basse énergie. Un gazd’hélium 3 hyperpolarisé a été utilisé comme sonde de cette nouvelle interaction de portéesubmillimétrique. Ce manuscrit présente la meilleure exclusion sur l’intensité du couplagescalaire-pseudoscalaire gsgp pour des portées entre 1 μm et 100 μm correspondant à desmasses inférieures à 1 eV. / The exploration of fundamental interactions between subatomic particles ledto the particle physics Standard Model which remains unchallenged by any lab experiment.However, some serious theoretical and cosmological clues reveal shortcomings inthe Standard Model and deviations are expected. This new physics is searched for at largecolliders with energies of the order of the electroweak scale and beyond. With a differentphilosophy, one can expect the new physics to show up at very low energy using atypicalexperimental techniques. This thesis deals with short-range spin-dependent new forceswhich are at the heart of the low energy precision physics. A hyperpolarized helium 3 gaswas used as a probe of this new sub-mm interaction. This manuscript present the bestexclusion limit on the strength of a scalar-pseudoscalar coupling gsgp for ranges between1 μm and 100 μm, which correspond to sub-eV masses.

Ce travail présente une étude expérimentale sur l'effet de la diffusion restreinte de l'hélium-3 hyperpolarisé dans l'acinus pulmonaire effectuée à bas champ magnétique 0,1 T. Plusieurs fantômes avec différentes tailles et connections modélisant l'acinus humain sain et à un stade précoce de l'emphysème ont été réalisés selon le modèle de Kitaoka. L'atténuation du signal dévie par rapport au comportement prévu de décroissance exponentielle en G2, G étant l'intensité de gradient. Cette observation indique une certaine ambiguïté sur la possibilité de quantifier de façon absolue le coefficient de diffusion apparent (ADC), sauf dans la limite G faible. Des simulations Monte-Carlo sont en bon accord avec les mesures. Des séquences originales rapides basées sur le principe des échos de spin multiples ont été développées, pour accéder à une valeur globale d'ADC à des temps longs permettant l'exploration du gaz dans toute la structure de branchement de l'acinus. Des mesures sur un modèle animal d'emphysème (rat) ont été comparées à des cartes obtenues à partir d'acquisitions standard avec petits angles de basculement, elles indiquent une augmentation systématique et toujours significative des ADC par rapport au contrôle sain, pour plusieurs protocoles de mesure. La méthode globale a une meilleure sensibilité que la cartographie standard, en outre elle donne un plus fort contraste d'ADC entre animaux sains et avec emphysème du fait de la possibilité d'employer des valeurs de G plus faibles. Ces outils de mesure de diffusion par IRM et RMN des gaz hyperpolarisés ouvrent des voies prometteuses aussi bien pour la physique de la diffusion que pour les applications médicales.

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On étudie de façon générale les signaux de détection optique obtenus dans une expérience de pompage optique, avec l'aide de la matrice de polarisation et des techniques des opérateurs tensoriels irréductibles. Une méthode permettant d'orienter les niveaux atomiques excités créés dans une décharge est proposée et mise en oeuvre. Elle est appliquée à la mesure de la structure hyperfine de niveaux D dans l'Hélium trois.

Le phénomène de précession cohérente de l'aimantation dans l'hélium 3 superfluide a été découvert en 1984. Il se caractérise par la précession libre de l'aimantation du superfluide sur des échelles de temps très longues (dans certains cas, des heures). Ce phénomène est une signature de la superfluidité de spin, l'analogue magnétique de la supraconductivité ou de la superfluidité. La superfluidité de spin peut se décrire en termes de condensation de Bose-Einstein des excitations magnétiques du superfluide : les magnons. Ce formalisme permet de déterminer simplement les conditions dans lesquelles une telle condensation peut apparaître dans les différentes phases de l'hélium 3 superfluide. Ce travail présente comment l'utilisation d'aérogel anisotrope nous a permis de manipuler le paramètre d'ordre du superfluide et d'obtenir ainsi de nouvelles phases dans lesquelles la condensation de Bose-Einstein des magnons peut être observée. Nous avons ainsi étudié expérimentalement la précession cohérente de l'aimantation dans ces nouvelles phases. Nous avons également étudié l'influence de l'aérogel sur la transition de phase superfluide. Enfin, nous détaillons comment il est possible d'obtenir la précession cohérente de l'aimantation sur les différents niveaux d'un puits de potentiel pour les magnons.

L’étude de la structure du nucléon est un sujet actif de la recherche et un des objectifs majeurs du Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). Dans cette optique et afin d’obtenir des résultats statistiquement significatifs, il est essentiel d’avoir une cible polarisée ayant à la fois une haute polarisation et une densité de matériel polarisé élevée. Cette thèse présente les principes et utilisations d’une cible de deutérure d’hydrogène (ou cible de HD) qui remplit les deux conditions précédemment énoncées. Bien qu’il ait été prouvé que la cible de HD pouvait être utilisée avec succès sous un faisceau de photons de haute intensité, il restait à montrer si elle pouvait résister un faisceau d’électrons de courant relativement élevé (nA). Dans ce but, la cible de HD a été testée pour la première fois dans son mode de “spin gelé” sous un faisceau d’électrons pendant l’expérience g14 dans le Hall B de Jefferson Lab en 2012. Deux méthodes de polarimétrie sont également décrites dans cette thèse : une par Resonance Magnétique Nucléaire appliquée à la cible de HD pendant les tests sous un faisceau d’électrons, et une autre utilisant la réaction de diffusion élastique d’un faisceau d’électrons sur une cible en utilisant des données élastiques sur l’hélium-3 prises en 2003 pendant l’expérience E97-110 dans le Hall A de Jefferson Lab. / The study of the nucleon structure has been a major research focus in fundamental physics in the past decades and still is the main research line of the Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). For this purpose and to obtain statistically meaningful results, a highly efficient polarized target is essential. This means high polarization and high relative density of polarized material. This dissertation presents the principles and usage procedures of a Hydrogen Deuteride (HD) target that presents both such characteristics. Although the HD target has been shown to work successfully under a high intensity photon beam, it remained to be seen if the target could stand an electron beam of reasonably high current (nA). In this perspective, the HD target was tested for the first time in its “frozen spin” mode under an electron beam during the g14 experiment in the Jefferson Lab’s Hall B in 2012. Two methods of polarimetry are also discussed in this dissertation : one with Nuclear Magnetic Resonance of this HD target during the electron beam tests, and another with the elastic scattering of electrons off a polarized target by using data taken on helium-3 during the E97-110 experiment that occurred in Jefferson Lab’s Hall A in 2003.