La maladie coeliaque réfractaire de type II (MCRII) est une complication sévère de la maladie coeliaque caractérisée par l’émergence dans l’épithélium intestinal d’une population clonale de cellules innées lymphoïdes (IE-ILC) avec un phénotype inhabituel. Nos travaux montrent en effet que ces IE-ILC ont un phénotype mixte avec des caractéristiques à la fois de lymphocytes T (LT) et de cellules NK, puisqu’elles expriment des récepteurs NK et contiennent les chaines du complexe CD3 en intracellulaire et des réarrangements du récepteur T. En outre, des travaux précédents du laboratoire ont montré que l’interleukine 15 (IL-15), produite en excès par les entérocytes des patients MCRII, joue un rôle central en permettant la survie de ces lymphocytes anormaux et de ce fait leur accumulation progressive dans l’intestin. Le premier objectif de ma thèse a été de comprendre l’ontogénie des IE-ILC chez l’homme. Nous avons démontré qu’une population «polyclonale» d’IE-ILC, possédant des caractéristiques similaires à ceux des lymphocytes clonaux de MCRII, est présente dans l’épithélium intestinal des sujets sains. En outre, ces cellules prédominent dans l’épithélium intestinal des très jeunes enfants (<1ans) et des patients allo-greffés après une chimiothérapie. Nous avons montré que la différenciation des IE-ILC peut–être récapitulée in vitro à partir de cellules souches hématopoïétiques (CSH), en combinant un signal NOTCH et IL-15; le signal NOTCH initie un programme T qui est interrompu par l’IL-15, conduisant à la reprogrammation des cellules vers une différenciation NK. Nous avons aussi montré que l’effet de l’IL-15 résulte de l’induction de la sérine protéase Granzyme B, qui clive la protéine NOTCH en fragments dépourvus d’activité transcriptionnelle. Le deuxième objectif de mon travail a été d’identifier le site de la différenciation des IE-ILC. Thymus et épithélium intestinal expriment en effet des ligands de NOTCH ainsi que de l’IL-15. Cette partie du travail a été conduite chez la souris. Nous avons montré qu’une population d’IE-ILC similaire à celle observée chez l’homme est présente dans l’épithélium murin. L’étude de différentes souris mutantes nous a permis de démontrer sa dépendance stricte de l’IL-15. La réalisation de greffes de thymus, l’analyse de souris athymiques et le transfert de cellules de la moelle osseuse chez des souris immunodéficiences a permis d’exclure tout rôle du thymus dans la différenciation des IE-ILC, et de suggérer que ces cellules se différencient dans l’intestin avant la migration des lymphocytes T. Dans leur ensemble, ces résultats caractérisent une nouvelle population de cellules lymphoïdes innées et une voie originale de différenciation. Nos résultats éclairent un débat de longue date sur la différenciation extra-thymique des lymphocytes de l’épithélium. Nous montrons que la différenciation T peut être initiée dans l’épithélium intestinal mais que l’IL-15 bloque cette différenciation, ce qui conduit à la génération d’une population particulière de IE-ILC avec un phénotype mixte de LT et de NK. La présence des IE-ILC chez les très jeunes enfants et chez les patients greffés suggère un rôle possible dans les défenses de l’épithélium intestinal avant l’activation du système immunitaire adaptatif et la migration intraépithéliale des LT. / Refractory celiac disease type II (RCDII) is a rare but severe complication of celiac disease characterized by the appearance in gut epithelium of clonal population of innate lymphoid cells (IE-ILC) with atypical features. Our work shows that IE-ILC have mixed phenotype close both to T cells and NK cells. Indeed, IE-ILC express NK markers, intracellular CD3 chains and exhibit T cell rearrangement. Moreover, previous data from the laboratory have shown that interleukin 15 (IL-15), a cytokine overexpressed in the gut of RCDII patients, plays a key role in survival of clonal IE-ILC1 and therefore promotes their accumulation in the gut epithelium. The first objective of my thesis has been to understand the ontogeny of IE-ILC in humans. We have demonstrated that polyclonal IE-ILC sharing similar features with clonal IE-ILC are present in the gut of healthy control. In addition, IE-ILC are preponderant in the gut epithelium of young children (<1year) and of grafted patients after chemotherapy. We have shown that differentiation of IE-ILC can be recapitulated in vitro from hematopoietic stem cells (HSC) by combining both NOTCH signal and IL-15. Indeed, NOTCH signal initiates T cell program, which is blocked by IL-15, reprogramming these cells toward the NK lineage. Moreover, we have shown that Granzyme B, a serine protease induced by IL-15, cleaves the NOTCH protein into a transcriptionnally inactive peptide. The second objective of my work has been to determine the site of differentiation of IE-ILC. Thymus and gut epithelium express both NOTCH ligands and IL-15. This question has to be addressed in mouse. We have shown that the mouse gut epithelium contains the counterpart of human IE-ILC1. We first confirmed that mouse IE-ILC1 require IL-15 for their differentiation and or survival using IL-15 deficient mice. Thymus graft experiment, analysis of athymic mice (nude) and HSC transplantation in empty hosts suggested that IE-ILC1 differentiate in the gut epithelium before immigration of T cells from thymus. In summary, our results describe a novel subset of IE-ILC1 together with their novel unconventional mechanism of differentiation. Our data allow to revisit the long time controversy on extra-thymic T cell differentiation in the gut. We have demonstrated that T cell program can be initiated in the gut epithelium but IL15-induced Granzyme B blocks this program and permits the generation of unconventional IE-ILC with mixed T cell and NK cell features. Because IE-ILC1 are preponderant in the gut epithelium of young children and of patients with recent bone marrow transplantation, we suggest that IE-ILC1 can play a major role in gut defense before activation of the gut adaptative immune system activate and migration of thymus-derived T cells into the gut epithelium.

La maladie coeliaque réfractaire de type II (MCRII) est une complication sévère de la maladie coeliaque caractérisée par l’émergence dans l’épithélium intestinal d’une population clonale de cellules innées lymphoïdes (IE-ILC) avec un phénotype inhabituel. Nos travaux montrent en effet que ces IE-ILC ont un phénotype mixte avec des caractéristiques à la fois de lymphocytes T (LT) et de cellules NK, puisqu’elles expriment des récepteurs NK et contiennent les chaines du complexe CD3 en intracellulaire et des réarrangements du récepteur T. En outre, des travaux précédents du laboratoire ont montré que l’interleukine 15 (IL-15), produite en excès par les entérocytes des patients MCRII, joue un rôle central en permettant la survie de ces lymphocytes anormaux et de ce fait leur accumulation progressive dans l’intestin. Le premier objectif de ma thèse a été de comprendre l’ontogénie des IE-ILC chez l’homme. Nous avons démontré qu’une population «polyclonale» d’IE-ILC, possédant des caractéristiques similaires à ceux des lymphocytes clonaux de MCRII, est présente dans l’épithélium intestinal des sujets sains. En outre, ces cellules prédominent dans l’épithélium intestinal des très jeunes enfants (<1ans) et des patients allo-greffés après une chimiothérapie. Nous avons montré que la différenciation des IE-ILC peut–être récapitulée in vitro à partir de cellules souches hématopoïétiques (CSH), en combinant un signal NOTCH et IL-15; le signal NOTCH initie un programme T qui est interrompu par l’IL-15, conduisant à la reprogrammation des cellules vers une différenciation NK. Nous avons aussi montré que l’effet de l’IL-15 résulte de l’induction de la sérine protéase Granzyme B, qui clive la protéine NOTCH en fragments dépourvus d’activité transcriptionnelle. Le deuxième objectif de mon travail a été d’identifier le site de la différenciation des IE-ILC. Thymus et épithélium intestinal expriment en effet des ligands de NOTCH ainsi que de l’IL-15. Cette partie du travail a été conduite chez la souris. Nous avons montré qu’une population d’IE-ILC similaire à celle observée chez l’homme est présente dans l’épithélium murin. L’étude de différentes souris mutantes nous a permis de démontrer sa dépendance stricte de l’IL-15. La réalisation de greffes de thymus, l’analyse de souris athymiques et le transfert de cellules de la moelle osseuse chez des souris immunodéficiences a permis d’exclure tout rôle du thymus dans la différenciation des IE-ILC, et de suggérer que ces cellules se différencient dans l’intestin avant la migration des lymphocytes T. Dans leur ensemble, ces résultats caractérisent une nouvelle population de cellules lymphoïdes innées et une voie originale de différenciation. Nos résultats éclairent un débat de longue date sur la différenciation extra-thymique des lymphocytes de l’épithélium. Nous montrons que la différenciation T peut être initiée dans l’épithélium intestinal mais que l’IL-15 bloque cette différenciation, ce qui conduit à la génération d’une population particulière de IE-ILC avec un phénotype mixte de LT et de NK. La présence des IE-ILC chez les très jeunes enfants et chez les patients greffés suggère un rôle possible dans les défenses de l’épithélium intestinal avant l’activation du système immunitaire adaptatif et la migration intraépithéliale des LT. / Refractory celiac disease type II (RCDII) is a rare but severe complication of celiac disease characterized by the appearance in gut epithelium of clonal population of innate lymphoid cells (IE-ILC) with atypical features. Our work shows that IE-ILC have mixed phenotype close both to T cells and NK cells. Indeed, IE-ILC express NK markers, intracellular CD3 chains and exhibit T cell rearrangement. Moreover, previous data from the laboratory have shown that interleukin 15 (IL-15), a cytokine overexpressed in the gut of RCDII patients, plays a key role in survival of clonal IE-ILC1 and therefore promotes their accumulation in the gut epithelium. The first objective of my thesis has been to understand the ontogeny of IE-ILC in humans. We have demonstrated that polyclonal IE-ILC sharing similar features with clonal IE-ILC are present in the gut of healthy control. In addition, IE-ILC are preponderant in the gut epithelium of young children (<1year) and of grafted patients after chemotherapy. We have shown that differentiation of IE-ILC can be recapitulated in vitro from hematopoietic stem cells (HSC) by combining both NOTCH signal and IL-15. Indeed, NOTCH signal initiates T cell program, which is blocked by IL-15, reprogramming these cells toward the NK lineage. Moreover, we have shown that Granzyme B, a serine protease induced by IL-15, cleaves the NOTCH protein into a transcriptionnally inactive peptide. The second objective of my work has been to determine the site of differentiation of IE-ILC. Thymus and gut epithelium express both NOTCH ligands and IL-15. This question has to be addressed in mouse. We have shown that the mouse gut epithelium contains the counterpart of human IE-ILC1. We first confirmed that mouse IE-ILC1 require IL-15 for their differentiation and or survival using IL-15 deficient mice. Thymus graft experiment, analysis of athymic mice (nude) and HSC transplantation in empty hosts suggested that IE-ILC1 differentiate in the gut epithelium before immigration of T cells from thymus. In summary, our results describe a novel subset of IE-ILC1 together with their novel unconventional mechanism of differentiation. Our data allow to revisit the long time controversy on extra-thymic T cell differentiation in the gut. We have demonstrated that T cell program can be initiated in the gut epithelium but IL15-induced Granzyme B blocks this program and permits the generation of unconventional IE-ILC with mixed T cell and NK cell features. Because IE-ILC1 are preponderant in the gut epithelium of young children and of patients with recent bone marrow transplantation, we suggest that IE-ILC1 can play a major role in gut defense before activation of the gut adaptative immune system activate and migration of thymus-derived T cells into the gut epithelium.

Le travail de thèse a consisté, en priorité, à s’approprier les technologies d’intégration verticale en usage dans l’industrie pour réaliser des mémoires à plusieurs étages, et à en évaluer l’apport pour les capteurs à pixel CMOS (CPS). Cette approche s’appuie sur la capacité de l’industrie à interconnecter des puces amincies empilées les unes sur les autres. Elle ouvre la perspective d’associer plusieurs microcircuits superposés à un même pixel, en dépits de sa taille réduite. L’interconnexion est donc réalisée au niveau du pixel. Ce saut technologique permet de lever la majorité des obstacles à l’obtention de performances optimales des CPS. On peut en particulier combiner des puces réalisées dans des technologies CMOS très différentes, chacune optimale pour une fonctionnalité précise. La collection des charges du signal peut ainsi être réalisée dans une couche dédiée, les microcircuits de conditionnement analogique des signaux peuvent être concentrés dans une autre couche, une troisième couche pouvant héberger les parties numériques assurant la compression puis la transmission des signaux, etc. Ce progrès se traduit notamment par la possibilité de combiner haute résolution spatiale et lecture rapide, avec une amélioration probable de la tolérance aux rayonnements intenses.On s’affranchit de cette manière des limitations provenant des paramètres de fabrication des fondeurs, qui ne permettent pas à l’heure actuelle, de pleinement exploiter le potentiel des CPS à l’aide d’une technologie CMOS unique. / The thesis has been a priority as taking ownership of vertical integration technologies used in the industry to realize a multistage development, and to evaluate the contributions on CMOS pixel sensors (CPS). 3D integration technologies (3DIT) provide a way to mitigate this hampering correlation between speed and resolution, since they allow to staple layers of readout circuitry on top of the sensing layer, which results in a drastic increase of the functionalities located in (the shadow of) each pixel. A multi-layer structure allows for a higher spatial resolution because more and more transistors may be integrated vertically in a relatively small pixel. Moreover, bringing the components of the sensor closer to each other translates in a faster readout, owing to the reduction in the average length of the inner connecting wires. Vertical integration also opens up the possibility of combining different technologies best suited to each of the sensor main functionalities (signal sensing, analog and digital signal processing and transmission). It overcomes the limitations in this way from the foundry manufacturing parameters, which do not allow to fully exploit the potential ofCPS with a single CMOS technology. 3D-CPS are thus expected to overcome most of the limitations of standard 2DCPS, and are therefore suspected to over new perspectives for the innermost layer of the ILC vertex detector.

Le projet PLUME développe des échelles ultra-légères inspirées par le cahier des charges du détecteur de vertex pour le futur e+e- International Linear Collider (ILC). Nos travaux montrent que, pour une énergie de 350 GeV et une luminosité de 250 fb-1, l’ILC donnera accès à des états finals comme Hνν. Les modules PLUME exploitent le concept d’échelles double-face recouvertes de capteurs CMOS afin d’atteindre un budget de matière de 0,35 % en longueurs de radiation. Les tests effectués ont montré que les performances électriques des 12 capteurs intégrés sur ces échelles ne sont pas dégradées. La surface des échelles présente des déformations, mais nous avons mis au point un algorithme spécifique qui permet de corriger leurs effets lors du traitement des données. Finalement, une mesure de la longueur de radiation d’un prototype moins avancé a été réalisée avec un faisceau test au DESY. La valeur obtenue de 0,47±0,02 % en longueurs de radiation correspond au budget attendu. / The PLUME project develops ultra-light pixelated layers with specifications driven by the design of a vertex detector at the future e+e- International Linear Collider (ILC). The ILC will give access to final states like Hνν, as this work demonstrates for centre-of-mass energy 350GeV and a luminosity of 250 fb-1. PLUME devices exploit the concept of double-sided ladder spaved with thinned CMOS pixel sensors in order to reach a material budget of 0.35 % of radiation length. The present study validated that simultaneous operation of the 12 CMOS sensors integrated on such light ladders do not impact their electrical behaviour. Surface deformations were observed but a specific algorithm during the off- line analysis was proposed and successfully tested to preserve the native sensor spatial resolution. Finally, a measurement of the material budget of a less advanced ladder prototype has been performedat DESY test beam and yield 0.47±0.02 % of radiation length, matching the expected value.

Angeborene lymphatische Zellen (ILC) sind wichtige Effektorzellen der angeborenen Immunantwort, deren Entwicklung und Aktivierungswege attraktive therapeutische Ziele darstellen. Sie bestehen aus ILC der Gruppe 1 (Natürliche Killerzellen (NK) und ILC1), ILC2 und ILC3. Neben T-Zellen leisten ILCs einen entscheidenen Beitrag zu den Typ-1-, Typ-2- und Typ-3-Immunantworten. Die Entwicklung von ILCs beim Menschen wurde jedoch noch nicht systematisch untersucht, und frühere in vitro Untersuchungen stützten sich auf die Analyse einiger weniger Marker oder Zytokine, die für die Bestimmung der Identität der verschiedenen ILC-Linien suboptimal sind. Um diese Mängel zu beheben, stellen wir hier eine Plattform vor, die zuverlässig alle menschlichen ILC-Linien aus CD34+ CD45RA+ hämatopoetischen Vorläuferzellen, gewonnen aus Nabelschnurblut und Knochenmark, erzeugt. Mit einem systematischen Ansatz zeigt diese Arbeit, dass eine einzige Kulturbedingung nicht ausreicht, um alle ILC-Untergruppen zu generieren, sondern stattdessen bestimmte Kombinationen von Zytokinen und Notch-Signalen für die Entscheidung über das Schicksal der Linien wesentlich ist. Eine umfangreiche Analyse des Transkriptoms ergab, dass der Erwerb von CD161 robust eine globale ILC-Signatur identifiziert und in vitro ILCs von T-Zell-Signaturen trennt. Die Identität spezifischer in vitro generierter ILC-Linien (NK-Zellen und ILC1, ILC2 und ILC3) wurde durch Proteinexpression, funktionelle Assays und Transkriptomanalysen auf globaler sowie auf Einzelzellebene umfassend validiert. Diese in vitro erzeugten ILC-Linien rekapitulieren die Signaturen und Funktionen ihrer ex vivo isolierten ILC-Pendants. Des Weiteren, behandeln diese Daten die Einschränkungen der Unterscheidung von menschlichen NK Zellen und ILC1 sowohl in vitro als auch ex vivo an. Darüber hinaus löst diese Plattform gängige Probleme bei der Untersuchung menschlicher ILCs, wie z. B. unzureichende Zellzahlen oder die mangelnde Verfügbarkeit von Gewebeproben. Insgesamt stellt diese Arbeit eine Ressource dar, die nicht nur zur Klärung der Biologie und Differenzierung menschlicher ILCs beiträgt, sondern auch als wichtiges Instrument zur Untersuchung der Dysregulation von ILC-Funktionen dient, die bei verschiedenen entzündlichen Erkrankungen des Menschen eine Rolle spielen. / Innate lymphoid cells (ILCs) are critical effectors of innate immunity and inflammation that consist of Group 1 ILCs (natural killer (NK) cells and ILC1), ILC2, and ILC3. As tissue resident lymphocytes, they play a crucial role type 1, type 2 and type 3 immune responses, respectively. Importantly, dysregulated ILC populations have been linked to the pathogenesis of a variety of chronic inflammatory diseases and thus represent attractive therapeutic targets with a potential for autologous cell therapies. However, human ILC generation has not been systematically explored, and previous in vitro investigations have relied on the analysis of few markers or cytokines, which are suboptimal to assign lineage identity and full functional capacity. To address these faults, we present here an effective in vitro platform, which reliably generates the core human ILC lineages from CD34+ CD45RA+ hematopoietic progenitors derived from cord blood and bone marrow. With a systematic approach, this work shows that a single culture condition is insufficient to generate all ILC subsets, and instead, distinct combinations of cytokines and Notch signaling are essential for lineage fate making decisions. In depth transcriptomic analysis revealed that acquisition of CD161 robustly identifies a global ILC signature and separates them from T cell signatures in vitro. The identity of specific ILC subsets, (NK cells and ILC1, ILC2, and ILC3) generated in vitro was validated extensively by protein expression, functional assays, and both global and single-cell transcriptome analysis. These in vitro generated ILC subsets recapitulate the signatures and functions of their ex vivo ILC counterparts. Finally, these data shed light on the limitations in untying the identity of human NK cells and ILC1 in vitro, similarly correlating to lineage identification difficulties ex vivo. Additionally, this platform tackles common problems in human ILC studies such as insufficient cell numbers and scarce availability of tissue samples. Altogether, this work presents a resource not only to aid in clarifying human ILC biology and differentiation, but also to serve as an important tool to study dysregulation of ILC functions, which have been implied in various inflammatory diseases in humans.

This thesis deals with two aspects of the International Linear Collider (ILC) which is a project of a linear electron-positron collider of up to at least 500 GeV center of mass energy.The first aspect is the development of a silicon-tungsten electromagnetic calorimeter (SiW-ECAL) for one of the detectors of the ILC. The concept of this detector is driven by the ILC beam specifications and by the Particle Flow Algorithm (PFA). This requires highly granular calorimeter and very compact one with integrated electronics. To prove the capability of the SiW- ECAL a technological prototype has been built and tested in test beam at DESY. The results are presented here, and show, after the calibration procedure a signal over noise ratio of 10, even in the power pulsing mode.The second aspect is the study of one of the important physics channels of the ILC, the top anti-top quark pairs production. The main goal of this study is to determine the precision that we can expect at the ILC on the top coupling with the W boson and the photon. To get this precision differents observables are used, the cross- section, the forward- backward asymmetry and the helicity distribution of the top anti-top quark pairs production. The analysis is based on the events with polarized beams and reconstructed with the full simulation of the ILD detector, which is the detector of the SIW- ECAL, for the Detector Baseline Design of the ILD. The final expected errors on the top coupling is of the order of 2%.

An intra-pulse Interaction Point fast feedback system (IPFB) has been designed for the Next Linear Collider (NLC), to correct relative beam-beam misalignments at the Interaction Point (IP). This system will utilise the large beam-beam kick that results from the beam-beam interaction and apply a rapid correction to the beam misalignment at the IP within a single bunch train. A detailed examination of the IPFB system is given, including a discussion of the necessary electronics, and the results of extensive simulations based on the IPFB concept for fast beam correction are presented. A recovery of the nominal luminosity of the NLC is predicted well within the NLC bunch train of 266 ns. The FONT experiment - Feedback On Nanosecond Timescales - was proposed as a direct test of the IPFB concept and was realised at the NLC Test Accelerator at SLAC. As part of FONT, a novel X-band BPM was designed and tested at the NLCTA. The results of these tests with the NLCTA short and long-pulse beam are presented, demonstrating a linear response to the position of the 180 ns long-pulse beam: measurements show a time constant of ~1.5 ns and a precision of better than 20 microns. A novel BPM processor for use at X-band, making use of the difference-over-sum processing technique, is also presented in detail, with results given for both short and long-pulse beams. The FONT design concepts and modification of the IPFB system for use at the NLCTA are described. The design of a fast charge normalisation circuit, to process the difference and sum signals produced by the BPM processor, forming part of the FONT feedback circuit, is detailed extensively. Bench tests of the feedback electronics demonstrate the effectiveness of the normalisation and feedback stages, for which a signal latency of 11 ns was measured. These bench tests also show the correct operation of the normalisation and feedback principles. Finally, the results of a full beam test of the FONT system are presented, during which a system latency of 70 ns was measured. These rigorous tests establish the soundness of the IPFB scheme and show correction of a mis-steered bunch train within the full NLCTA pulse length of 180 ns.

Le sujet principal de cette thèse porte sur les mesures de la masse de recul du boson de Higgs et de sa section efficace en utilisant la réaction de Higgs-strahlung avec Z → µ + µ− et e+e−, basées sur la simulation détaillée du détecteur ILD. L'étude a été conduite pour un Higgs de 120 GeV de masse, à une énergie de 250 GeV dans le centre de masse pour une luminosité intégrée de 250 fb−1 . La précision obtenue est de 28 MeV sur la mesure de la masse du Higgs et 2.0% sur celle de la section efficace en combinant les canaux de désintégration. Cette étude prouve que le bruit de fond peut être largement réduit et que les résultats sont sensibles à la configuration de l'accélérateur. L'analyse et ses résultats sont inclus dans le ILD Letter of Intent. Le second sujet de la thèse est la calibration en MIPs du prototype de ECAL Silicium - Tungstène d´eveloppé par la collaboration CALICE. Les constantes de calibration sont extraites des données des tests en faisceau effectués au FNAL en 2008 et sont stables par rapport aux données prises au CERN en 2006.

Au cours des prochaines années les expériences au grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN vont explorer méticuleusement les lois fondamentales de la physique des hautes énergies à une énergie qui n'a jamais été atteinte auparavant. Afin de compléter les recherches du LHC, plusieurs projets de Collisionneur Linéaire (CL) de lepton de prochaine génération utilisant des collisions e+ - e- ont été proposé pour permettre des études de haute précision. Dans ce cadre il existe deux grands projets: le collisionneur linéaire international (ILC) pour explorer une plage d'énergie dans le centre de masse de s = 0.5 - 1 TeV et le collisionneur linéaire compact (CLIC) qui devrait fonctionner à s = 0.5 - 3 TeV. Le programme de physique du futur CL profitera grandement de collisions où les deux faisceaux seront polarisés. Cette thèse présente la source de positrons polarisés qui est un élément clef du future CL. Dans ce contexte, les différents concepts de source de positrons polarisés sont présentés en mettant en avant les principaux défis technologiques. Plus spécifiquement, le centre d'intérêt principal est sur la source de positrons Compton adoptée par CLIC comme option préférée pour l'amélioration de la future source de positrons. Dans cette source, les rayons gamma de haute énergie produits par diffusion Compton sont envoyés sur une cible où les interactions électromagnétiques produisent des positrons dans des e+ - e- . Pour améliorer l'efficacité de l'étape de production de rayons gamma, une ligne de multiples points de collisions est proposée intégrée à un linac à récupération d'énergie. Les simulations de la production de positrons, de leur capture et de leur accélération initiale permettent d'estimer l'efficacité de production de positrons et de fournir une paramétrisation simple de la source de positrons polarisés basée sur l'interaction Compton dans la perspective des besoins futurs du CL. L'option d'une source Compton basée sur un anneau de stockage appelé anneau Compton est aussi décrite. La principale contrainte de ce concept provient de la dynamique faisceaux à cause de la grande dispersion en énergie et l'augmentation de la longueur du paquet ce qui affecte le taux de production des rayons gamma. Une contribution théorique originale est présentée pour calculer la dispersion en énergie induite par la diffusion Compton. De plus, une expérience pour tester la production de rayons gamma par diffusion Compton en utilisant un système laser au fait de la technologie et développé au LAL est en cours dans le cadre du projet "MightyLaser" à l'ATF, KEK. La configuration expérimentale ainsi que les résultats principaux obtenus sont discutés en détails. Les recherches décrites dans cette thèse montrent que la source de positrons polarisés basée sur la diffusion Compton est un candidat prometteur pour la source de positrons polarisés du futur CL. Pour atteindre les performances requises des travaux supplémentaires et de la R&D sont nécessaires dans le domaine des lasers de puissance, des cavités optiques et des accélérateurs d'électrons à fort courant tels que les linacs à récupération d'énergie.

One of the main tasks for an industrial robot is to move the end-effector in a predefined path with a specified velocity and acceleration. Different applications have different requirements of the performance. For some applications it is essential that the tracking error is extremely small, whereas other applications require a time optimal tracking. Independent of the application, the controller is a crucial part of the robot system. The most common controller configuration uses only measurements of the motor angular positions and velocities, instead of the position and velocity of the end-effector. The development of new cost optimised robots has introduced unwanted flexibilities in the joints and the links. The consequence is that it is no longer possible to get the desired performance and robustness by only measuring the motor angular positions.  This thesis investigates if it is possible to estimate the end-effector position using Bayesian estimation methods for state estimation, here represented by the extended Kalman filter and the particle filter. The arm-side information is provided by an accelerometer mounted at the end-effector. The measurements consist of the motor angular positions and the acceleration of the end-effector. In a simulation study on a realistic flexible industrial robot, the angular position performance is shown to be close to the fundamental Cramér-Rao lower bound. The methods are also verified in experiments on an ABB IRB4600 robot, where the dynamic performance of the position for the end-effector is significantly improved. There is no significant difference in performance between the different methods. Instead, execution time, model complexities and implementation issues have to be considered when choosing the method. The estimation performance depends strongly on the tuning of the filters and the accuracy of the models that are used. Therefore, a method for estimating the process noise covariance matrix is proposed. Moreover, sampling methods are analysed and a low-complexity analytical solution for the continuous-time update in the Kalman filter, that does not involve oversampling, is proposed.  The thesis also investigates two types of control problems. First, the norm-optimal iterative learning control (ILC) algorithm for linear systems is extended to an estimation-based norm-optimal ILC algorithm where the controlled variables are not directly available as measurements. The algorithm can also be applied to non-linear systems. The objective function in the optimisation problem is modified to incorporate not only the mean value of the estimated variable, but also information about the uncertainty of the estimate. Second, H∞ controllers are designed and analysed on a linear four-mass flexible joint model. It is shown that the control performance can be increased, without adding new measurements, compared to previous controllers. Measuring the end-effector acceleration increases the control performance even more. A non-linear model has to be used to describe the behaviour of a real flexible joint. An H∞-synthesis method for control of a flexible joint, with non-linear spring characteristic, is therefore proposed. / En av de viktigaste uppgifterna för en industrirobot är att förflytta verktyget i en fördefinierad bana med en specificerad hastighet och acceleration. Exempel på användningsområden för en industrirobot är bland annat bågsvetsning eller limning. För dessa typer av applikationer är det viktigt att banföljningsfelet är extremt litet, men även hastighetsprofilen måste följas så att det till exempel inte appliceras för mycket eller för lite lim. Andra användningsområden kan vara punktsvetsning av bilkarosser och paketering av olika varor. För dess applikationer är banföljningen inte det viktiga, istället kan till exempel en tidsoptimal banföljning krävas eller att svängningarna vid en inbromsning minimeras. Oberoende av applikationen är regulatorn en avgörande del av robotsystemet. Den vanligaste regulatorkonfigurationen använder bara mätningar av motorernas vinkelpositioner och -hastigheter, istället för positionen och hastigheten för verktyget, som är det man egentligen vill styra.  En del av utvecklingsarbetet för nya generationers robotar är att reducera kostnaden men samtidigt förbättra prestandan. Ett sätt att minska kostnaden kan till exempel vara att minska dimensionerna på länkarna eller köpa in billigare växellådor. Den här utvecklingen av kostnadsoptimerade robotar har infört oönskade flexibiliteter i leder och länkar. Det är därför inte längre möjligt att få den önskade prestandan och robustheten genom att bara mäta motorernas vinkelpositioner och -hastigheter. Istället krävs det omfattande matematiska modeller som beskriver dessa oönskade flexibiliteter. Dessa modeller kräver mycket arbete att dels ta fram men även för att identifiera parametrarna. Det finns automatiska metoder för att beräkna modellparametrarna men oftast krävs det en manuell justering för att få bra prestanda.  Den här avhandlingen undersöker möjligheterna att beräkna verktygspositionen med hjälp av bayesianska metoder för tillståndsskattning. De bayesianska skattningsmetoderna beräknar tillstånden för ett system iterativt. Med hjälp av en matematisk modell över systemet predikteras vad tillståndet ska vara vid nästa tidpunkt. Efter att mätningar av systemet vid den nya tidpunkten har genomförts justeras skattningen med hjälp av dessa mätningar. De metoder som har använts i avhandlingen är det så kallade extended Kalman filtret samt partikelfiltret.  Informationen på armsidan av växellådan ges av en accelerometer som är monterad på verktyget. Med hjälp av accelerationen för verktyget och motorernas vinkelpositioner kan en skattning av verktygspositionen beräknas. I en simuleringsstudie för en realistisk vek robot har det visats att skattningsprestandan ligger nära den teoretiska undre gränsen, känd som Raooch mätstörningar som påverkar roboten. För att underlätta trimningen så har en metod för att skatta processbrusets kovariansmatris föreslagits. En annan viktig del som påverkar prestandan är modellerna som används i filtren. Modellerna för en industrirobot är vanligtvis framtagna i kontinuerlig tid medan filtren använder modeller i diskret tid. För att minska felen som uppkommer då de tidskontinuerliga modellerna överförs till diskret tid har olika samplingsmetoder studerats. Vanligtvis används enkla metoder för att diskretisera vilket innebär problem med prestanda och stabilitet. För att hantera dessa problem införs översampling vilket innebär att tidsuppdateringen sker med en mycket kortare sampeltid än vad mätuppdateringen gör. För att undvika översampling kan det motsvarande tidskontinuerliga filtret användas för att prediktera tillstånden vid nästa diskreta tidpunkt. En analytisk lösning med låg beräkningskomplexitet till detta problem har föreslagits.  Vidare innehåller avhandlingen två typer av reglerproblem relaterade till industrirobotar. För det första har den så kallade norm-optimala iterative learning control styrlagen utökats till att hantera fallet då en skattning av den önskade reglerstorheten används istället för en mätning. Med hjälp av skattningen av systemets tillståndsvektor kan metoden nu även användas till olinjära system vilket inte är fallet med standardformuleringen. Den föreslagna metoden utökar målfunktionen i optimeringsproblemet till att innehålla inte bara väntevärdet av den skattade reglerstorheten utan även skattningsfelets kovariansmatris. Det innebär att om skattningsfelet är stort vid en viss tidpunkt ska den skattade reglerstorheten vid den tidpunkten inte påverka resultatet mycket eftersom det finns en stor osäkerhet i var den sanna reglerstorheten befinner sig.  För det andra har design och analys av H∞-regulatorer för en linjär modell av en vek robotled, som beskrivs med fyra massor, genomförts. Det visar sig att reglerprestandan kan förbättras, utan att lägga till fler mätningar än motorns vinkelposition, jämfört med tidigare utvärderade regulatorer. Genom att mäta verktygets acceleration kan prestandan förbättras ännu mer. Modellen över leden är i själva verket olinjär. För att hantera detta har en H∞-syntesmetod föreslagits som kan hantera olinjäriteten i modellen. / Vinnova Excellence Center LINK-SIC