Cette thèse s’inscrit dans le cadre de recherches menées sur la fusion par confinement inertiel (FCI). En particulier, l’étude proposée ici s’est concentrée sur les équations d’état tabulées de deux matériaux ablateurs synthétisés sur les capsules du Laser Mégajoule. Le but est alors de tester la modélisation théorique implémentée dans ces tables. Nous avons concentré notre étude sur un domaine restreint du diagramme de phase caractérisé par des pressions de quelques mégabars et de températures de quelques électronvolts qui peut être atteint sur des installations laser de tailles moyennes.Pour ce faire, nous nous sommes basés sur le modèle QEOS, car il est simple d’utilisation, paramétrable et donc facilement modifiable.Nous avons ensuite appliqué les méthodes de la dynamique moléculaire quantique pour générer la courbe froide et les courbes d’Hugoniot des deux matériaux étudiés. Ces calculs ont notamment mis en avant l’influence de la dissociation chimique sur la forme de ces courbes. Une comparaison avec le modèle QEOS a montré un écart important sur l’Hugoniot. Une modification de ce modèle, à travers le coefficient de Grüneisen, nous a ensuite permis de restituer les effets observés et d’étudier leurs impacts sur la chronométrie des chocs dans une capsule de FCI.Parallèlement à cette étude numérique, nous avons mesuré des états thermodynamiques le long de l’Hugoniot lors de trois campagnes sur les installations laser LULI2000 et GEKKO XII. L’utilisation de diagnostics VISAR et d’un diagnostic d’émission propre, nous a alors permis de sonder la matière sous choc. En outre, les données expérimentales ont confirmé les précédents résultats.En outre, cette étude a été réalisée sur deux matériaux ablateurs différents parmi lesquels on distingue le polymère non dopé CHO et le polymère dopé au silicium CHOSi. Elle montre un comportement universel de ces matériaux le long de l’Hugoniot. / This PhD thesis enters the field of inertial confinement fusion studies. In particular, it focuses on the equation of state tables of ablator materials synthetized on LMJ capsules. This work is indeed aims at improving the theoretical models introduced into the equation of state tables. We focused in the Mbar-eV pressure-temperature range because it can be access on kJ-scale laser facilities.In order to achieve this, we used the QEOS model, which is simple to use, configurable, and easily modifiable.First, quantum molecular dynamics (QMD) simulations were performed to generate cold compression curve as well as shock compression curves along the principal Hugoniot. Simulations were compared to QEOS model and showed that atomic bond dissociation has an effect on the compressibility. Results from these simulations are then used to parametrize the Grüneisen parameter in order to generate a tabulated equation of state that includes dissociation. It allowed us to show its influence on shock timing in a hydrodynamic simulation.Second, thermodynamic states along the Hugoniot were measured during three experimental campaigns upon the LULI2000 and GEKKO XII laser facilities. Experimental data confirm QMD simulations.This study was performed on two ablator materials which are an undoped polymer CHO, and a silicon-doped polymer CHOSi. Results showed universal shock compression properties.

Ce travail estime le potentiel des plasmas de striction magnétique (Z-pinches) pour le chauffage de cavités radiatives à haute température (>200eV). Des modèles simples sont fournis pour calculer les performances atteignables avec des courants de 5 à 100 MA en 100 ns. La physique monodimensionnelle à l'échelle de l'épaisseur du plasma et les instabilités hydrodynamiques sont étudiées. Puis l'amélioration des performances des cavités avec une double coquille ou l'installation d'un champ magnétique axial est analysée. L'attaque directe par un Z-pinch d'une cible de fusion par confinement inertiel est enfin considérée. Tous les résultats présentés reposent sur une approche théorique et numérique (bidimensionnelle) et sur l'exploitation de résultats expérimentaux obtenus sur le générateur américain "Z". Les annexes rappellent les équations de la MHD radiative et vérifient leur validité pour les plasmas de striction magnétique.

Dans le schéma de l'allumeur rapide, dernière avancée dans le domaine de la fusion par confinement inertiel, on envisage de découpler la phase de compression de la phase de chauffage du combustible nucléaire. Cette dernière serait atteinte à l'aide d'une source extérieure constituée par un faisceau d'électrons très énergétiques créé avec un laser ultra-intense. L'étude des mécanismes de transfert d'énergie de ces électrons au combustible comprimé représente le but principal de ce travail de thèse. Nous nous proposons en particulier de mettre en évidence et d'étudier le rôle joué par les effets électriques et collisionnels de la propagation du faisceau d'électrons rapides dans un milieu aux propriétés proches du combustible comprimé. Nous avons pour cela effectué deux campagnes d'expériences, l'une avec l'installation laser VULCAN du RAL (Angleterre) et l'autre sur la nouvelle installation laser 100 TW du laboratoire LULI (France). Lors de la première expérience, nous avons obtenu les premiers résultats sur la propagation d'électrons rapides dans un matériau dense et chaud. Le caractère novateur de ce travail expérimental tient en particulier à l'utilisation de la technique de génération de hautes pressions par choc laser, ce qui a permis la création d'un plasma fortement corrélé et dégénéré. Le rôle des effets électriques et magnétiques, liés à la charge d'espace créée par le faisceau d'électrons rapides, a été approfondi lors de la deuxième campagne d'expérience, au cours de laquelle nous avons étudié la propagation des électrons dans des matériaux ayant des caractéristiques électriques différentes (isolant ou conducteur). L'analyse des résultats montre que seule la prise en compte simultanée des deux mécanismes de la propagation (collisionnels et électriques) permet un traitement correct et complet du dépôt d'énergie. La nécessité de prendre en compte les modifications apportées à la matière par le passage même des électrons, et notamment le chauffage induit, a été également mise en évidence.

Le problème majeur associé aux sources d'énergie décentralisées est qu'elles ne participent en général pas aux services système (réglage de la tension, de la fréquence, démarrage en autonome ou black-start, possibilité de fonctionner en îlotage, etc.). Le fait de ne pas participer aux services système amène ce type de source à se comporter comme des générateurs passifs du point de vue électrique. Le réglage de la tension et de la fréquence est dès lors reporté sur les alternateurs classiques. Le taux de pénétration de la production décentralisée, c'est-à-dire la puissance qu'elle génère par rapport à la puissance consommée, doit alors être limité afin de pouvoir garantir la stabilité du réseau dans des conditions acceptables. Ceci est particulièrement vrai pour les sources à énergie renouvelable dont la source primaire est difficilement prévisible et très, comme c'est le cas de l'éolien pour lequel certains retours d'expérience indiquent que lors de taux de pénétration supérieur à 20 ou 30 % des problèmes de stabilité peuvent apparaître. Même si actuellement les éoliennes ne participent pas au réglage de la production, cela doit être changé à cause de l'augmentation continue de leurs taux de pénétration dans les réseaux électriques. En raison de la source primaire de ces systèmes de production d'énergie (le vent), qui est très aléatoire et imprévisible, une éolienne seule ne peut pas faire le réglage de la production. Donc, on a besoin d'un système de stockage jouant le rôle de tampon entre la source et le consommateur. Le système de stockage doit être assez dynamique afin qu'il soit capable d'agir en temps réel, en fonction des fluctuations de la puissance générée et consommée. Le système inertiel de stockage d'énergie (SISE) est approprié pour ce type d'application en raison de ces caractéristiques: bonne dynamique, bon rendement, durée de vie similaire à l'éolienne, écologique, etc. Donc, le premier but de ce travail a été de faire une étude approfondie sur les SISEs. L'étude a été faite du point de vue de l'association du SISE avec un générateur éolien. Le deuxième objectif de la thèse a été d'étudier et de proposer des méthodes de contrôle et supervision d'un SISE associé à un générateur éolien à vitesse variable. Le but est de contrôler le transit de puissance entre le générateur et le réseau ou la charge isolée, afin de rendre les systèmes éoliens capables à fournir des services systèmes et de fonctionner en îloté. Enfin, le troisième objectif a été de réaliser une plateforme expérimentale permettant l'implantation pratique et l'expérimentation des principes développés en théorie.

L'imbibition est d'une importance fondamentale dans de nombreuses applications technologiques et intervient par ailleurs dans de nombreux phénomènes naturels (industrie textile, industrie pharmaceutique, érosion des sols ....). Malgré l'importance de ce phénomène, la description et la modélisation des mécanismes d'imbibition sont encore sujettes à discussion dans la littérature, en particulier, la prédiction des cinétiques d'imbibition à partir de la connaissance de la topographie du milieu poreux. L'objectif de ce travail de thèse a été de relier les cinétiques d'imbibition à la structure du milieu poreux imbibé. Pour cela, nous avons étudié l'imbibition capillaire (ou spontanée) en suivant une démarche expérimentale dans laquelle nous avons utilisé des substrats poreux modèles dont nous contrôlons le volume et la structure de pores. La configuration d'imbibition choisie dans ce travail est celle d'une goutte sessile (ou posée).Ces travaux ont permis de mettre en œuvre une technique de construction de pastilles macroscopiques, autosupportées et cohésives, par assemblage de microbilles de polymère. Ces systèmes modèles ont été utilisés pour étudier les cinétiques d'imbibition capillaire de liquides dans des supports tridimensionnels à structure de pores complexe en fonction de la taille des microbilles constituant la pastille poreuse, de la reconstruction thermique, de la perméabilité pour une structure poreuse bicouches et de la force capillaire. Ces études ont permis entre autres de mettre en évidence des régimes cinétiques et des transitions d'imbibition inattendues dans ces systèmes (régimes visqueux et inertiel).

Ce travail est consacré à l’étude de la coalescence de gouttelettes liquides à l’échelle du nanomètre. Nous nous sommes intéressés principalement à l’évolution du changement topologique des gouttelettes à partir de la rupture des surfaces au moment du contact initial jusqu’à la coalescence complète. Nous utilisons la dynamique moléculaire afin de simuler plusieurs types de gouttelettes soit en utilisant le potentiel empirique de type Stillinger-Weber pour des gouttelettes de silicium (l-Si) en 3 dimensions et le modèle Embedded Atom Method pour des gouttelettes de cuivre liquide (l-Cu) en 2d, quasi-2d (disques) et 3 dimensions. Qualitativement, toutes les simulations démontrent une coalescence similaire indépendamment de la dimension de calcul (2d à 3d), de la taille et de la température initiale des gouttelettes. La coalescence évolue par une déformation rapide des surfaces sans mixage important entre les atomes des deux gouttelettes initiales. De plus, nous étudions l’évolution du col de coalescence formé lors du contact initial entre les gouttelettes et, pour les systèmes en 3d, nous observons une transition claire d’un régime visqueux vers un régime inertiel du rayon de ce col, tel que suggéré par des modèles théoriques. Pour les gouttelettes de cuivre nous observons exactement le comportement des prédictions analytiques et confirmons que le premier régime suit un comportement visqueux sans aplatissement local des gouttelettes. La situation est différente pour les gouttelettes de l-Si où nous observons un effet plus grand, par rapport aux prédictions analytiques, du rayon et de la température initiale des gouttelettes sur l’évolution du col de coalescence. Nous suggérons que les paramètres décrivant l’évolution de la coalescence dépendent des propriétés des matériaux utilisés contrairement à la théorie universelle couramment utilisée. / In this work we studied the coalescence of liquid nanodroplets and more specifically the topological deformation from their rupture at the initial contact to the full coalescence. We used molecular dynamics to simulate various liquid droplets: 3 dimension liquid silicon (l-Si) droplets using the Stillinger-Weber potential as well as 2d, quasi-2d (discs) and 3d liquid copper (l-Cu) droplets using the Embedded Atom Model semi empirical potential. All simulations showed similar qualitative coalescence independently of initial size and temperature for 2d, quasi-2d and 3d systems: the topological deformation evolved quickly without any important mixing taking place between atoms from both droplets. Furthermore, we studied the evolution of the radius of the liquid bridge formed between the droplets and demonstrated that it is possible to observe, using molecular dynamics, a transition from a viscous to inertial regime of this bridge, as suggested by analytical models. Studying the l-Cu droplets, we observe exactly the analytical predicted behavior of the coalescence evolution and confirm that the initial regime follows a viscous driven mechanism without any local flattening of the droplets. The results are different with the l-Si droplets where we observe a greater effect, compared to analytical models, of the initial droplets radius and temperature on the bridge evolution. This suggests that the parameters describing the coalescence process are dependent of the properties of the materials used in the coalescence instead of the present universal accepted models.

cette thèse porte sur l'étude d'un accéléromètre à ondes de matière fonctionnant à bord d'un avion effectuant des vols paraboliques et permettant des expériences en micro-gravité (0-g). Un interféromètre à atomes de 87Rb refroidis par laser, et dont les états quantiques sont manipulés à l'aide de transitions Raman stimulées, constitue l'élément physique du capteur. Lors de la conception du dispositif expérimental, un effort particulier a été apporté au choix d'une source laser transportable, stable, et robuste. Nous démontrons pour la première fois le fonctionnement aéroporté d'un senseur inertiel à ondes de matière, à la fois en 0-g et durant les phases de gravité des vols (1-g). Nous proposons une technique combinant le signal de l'interféromètre à celui d'accéléromètres mécaniques auxiliaires pour effectuer des mesures au dela de la dynamique intrinsèque du capteur atomique. Nous expliquons comment bénéficier du haut niveau de sensibilité de l'interféromètre dans l'avion, et indiquons des voies d'améliorations significatives de notre dispositif pour le futur. En 0-g, nous montrons une amélioration de la sensibilité de l'accéléromètre jusque 2 x 10-4 m.s-2 à une seconde, et étudions une réjection des vibrations de l'avion à l'aide d'un interféromètre à quatre impulsions Raman. L'objectif de notre projet consiste en un test du principe d'universalité de la chute libre avec un double accéléromètre à atomes de 87Rb et de 39K. Notre système laser double-espèce emploie des composants optiques fibrés aux longueurs d'onde de 1.56 et 1.54 μm, ainsi qu'un doublage de fréquence pour obtenir la lumière utile à 780 et 767 nm pour le refroidissement et la manipulation des deux atomes. Nous étudions théoriquement la sensibilité d'une mesure de leur différence d'accélération en tenant compte des vibrations de l'avion, et précisons comment une résolution de l'ordre de 10-10 m.s-2 pourra être atteinte dans le futur avec notre expérience aéroportée.

Nous présentons la caractérisation d'un nouveau gyromètre à ondes de matière de très grande sensibilité. L'utilisation d'une seule source d'atomes de Césium refroidis par laser dans une configuration de type fontaine permet d'atteindre des temps d'interaction proches de 1 s. La manipulation cohérente des atomes est réalisée par des transitions Raman stimulées : une nouvelle séquence d'interrogation à 4 impulsions, insensible à l'accélération continue, nous a permis d'atteindre une aire macroscopique de 2,4 cm² sensible à l'effet Sagnac. La taille de l'instrument le rend particulièrement sensible aux vibrations : une isolation passive acoustique et sismique a été développée pour découpler le capteur de son environnement. La mesure de l'accélération résiduelle des miroirs permet de corriger a posteriori la phase atomique, et améliore ainsi la sensibilité de l'instrument. Une nouvelle technique de mesure sans temps mort a été démontrée : celle-ci permet d'améliorer la sensibilité d'un interféromètre de type horloge d'un ordre de grandeur, et présente de potentielles applications pour d'autres classes de capteurs inertiels atomiques ainsi que pour la navigation inertielle.

Le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) construit actuellement en France le Laser Mégajoule (LMJ) qui devrait permettre d'obtenir la fusion par confinement inertiel avec gain, en attaque indirecte. Afin d'atteindre l'ignition thermonucléaire, la compression d'une cible sphérique devra être contrôlée par une série de chocs centripètes dont la chronométrie et le niveau seront précisément maîtrisés. Une première expérience, menée en 2010 sur la Ligne d'Intégration Laser (LIL) au CEA, dans le cadre de la campagne de chronométrie de chocs, nous a permis d'étudier la coalescence de deux chocs plans dans une cible de polystyrène en attaque indirecte. L'objectif était de valider le concept expérimental et les simulations numériques, démontrant le principe de campagnes futures qui devront à terme permettre d'atteindre les précisions souhaitées sur les temps et les vitesses. A cette fin, nous avons mis en oeuvre des diagnostics vélocimétriques (Velocity Interferometer System for Any Reflection - VISAR) et de visualization de débouché de choc, en prenant en compte les problèmes optiques liés au rayonnement X. En parallèle une expérience menée au Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) en 2010, nous a donné l'occasion d'étudier la chronométrie de deux chocs plans en attaque directe grâce aux mêmes diagnostics. Cette dernière étude se rattache au concept d'allumage par choc, dans un but, à terme, de production d'énergie. Cette thèse présente ces deux expériences, avec leurs résultats.

Ce travail de thèse porte sur l’étude et la réalisation de micro-capteurs dédiés à la mesure de vitesse angulaire par des principes basés sur des échanges thermiques. Deux types de gyromètres ont été développés dont la principale différence est liée au principe qui permet la mise en mouvement du gaz : convection forcée pour l’un et expansion thermique pour l’autre. Le principe est basé sur la modification par la force de Coriolis des échanges thermiques dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une vitesse de rotation. L’utilisation d’un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts de gyromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence la possibilité d’une utilisation dans des conditions environnementales sévères telles que de fortes accélérations (> 10 000 g) et de fortes vibrations. Les objectifs de ce travail consistent à étudier, à développer et à caractériser ces deux types de gyromètres. Pour cela, des études numériques ont été menées afin de mieux appréhender les phénomènes physiques et thermiques mis en jeu dans la cavité. On a pu aussi étudier l’effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des différentes dimensions géométriques et de la vitesse d’écoulement du gaz sur la sensibilité et l’étendue de mesure. Par ailleurs, des prototypes des deux types de gyromètres ont été réalisés puis caractérisés. Les résultats sont très encourageants et les principes validés, mais leur confrontation avec ceux de la simulation montre que des améliorations sont à apporter sur le modèle numérique. / This PhD thesis deals with both study and fabrication of micro-sensors dedicated to the measurement of angular velocity, these devices are based on heat exchanges. Two types of gyroscopes have been developed, one using a jet of gas being deflected by the rotation, the other one using thermal expansion of a gas. Under rotation, heat transfers in a locally heated fluid is modified by the Coriolis force and induces a change in temperature distribution. Using a fluid as seismic mass enhances performances in terms shock (> 10 000g) and vibration resistances compared with standard mechanical gyroscopes.The aim of this work has been to study, develop and characterize these two gyroscopes. For this purpose, numerical studies have been carried out in order to improve our understanding of physical and thermal phenomena involved in the device. Effects of thermo-physical parameters, sensor size and gas flow velocity on both sensitivity and measuring range were analyzed.On the other hand, prototypes of both gyroscopes were manufactured and characterized. The proof of concept has been validated and encouraging results have been found. Comparison of measure and simulation have shown that improvements have to be made on the numerical model.