Ces travaux de thèse se concentrent sur la conception d'amplificateur de puissance MMIC large-bande haut rendement en technologie GaN pour des applications militaires de type radar et guerre électronique. Les objectifs principaux sont de proposer des structures innovantes de combinaison de puissance notamment pour réduire la taille des amplificateurs actuels tout en essayant d'améliorer leur rendement dans le même temps. Pour cela, une partie importante de ces travaux consiste au développement de combineurs de puissance ultra compactes et faibles pertes. Une fois ces combineurs réalisés et mesurés, ils sont intégrés dans des amplificateurs de puissance afin de prouver leur fonctionnalité et les avantages qu'ils apportent. Différents types d'amplificateur tant au niveau de l'architecture que desperformances sont réalisés au cours de ces travaux. / This work focus on the design of wideband and high efficiency GaN MMIC high power amplifiers for military applications such as radar and electronic warfare. The main objectives consist in finding innovative power combining structures in order to decrease the overall size of amplifiers and increasing their efficiency at the same time. For these matters, an important part of this work consisted in the design and realization of ultra compact and low loss power combiners. Once the combiners realized and measured, they are integrated into power amplifiers to prove their functionality and the advantages they bring. Several kind of amplifiers have been realized whether regrind their architecture or their performances.

Le sujet de cette thèse est le développement d'une cible liquide haute puissance capable de gérer les contraintes liées a un impact de faisceau de protons de haute puissance (de l'ordre du GW en quelques ms) tout en optimisant la production d'isotopes a court temps de demi-vie (ici, l'intérêt se porte sur du Mercure, de temps de demi vie 130 ms). L'objectif est d'améliorer l'extraction des particules élémentaires d'intérêt pour les physiciens une fois celles-ci créées. La thèse a été principalement préparée au CERN (Genève, Suisse). De plus en plus, la puissance des faisceaux primaires envoyés sur les cibles augmente jusqu'à atteindre plusieurs centaines de kiloWatt, créant ainsi de nouvelles problématiques et de nouveaux défis. De nouveaux concepts de cibles ont ainsi vu le jour. Parmi eux, une boucle liquide utilisant du Plomb Bismuth Eutectic (LBE) comme matériau de cible, et dans lequel un échangeur de chaleur et une pompe sont intégrés, a été proposée durant la phase de développement du projet EURISOL. Ce concept prévoit de plus de transformer le liquide irradié sous forme degouttes de manière à faciliter l'extraction des isotopes créés et ainsi d'augmenter la production d'isotopes à court temps de demi-vie. Cette thèse présente le développement de ce design. Un prototype a été développé et sera testé sous faisceau de protons à ISOLDE au CERN. Plusieurs outils analytiques pour l'étude et la conception de cible haute puissance sont proposés, prenant en considération divers paramètres de design. Ces outils peuvent être utilisés pour d'autres cibles haute puissance et permettent un dimensionnement simple de ce genre de cible. De plus, un design innovant d'échangeur de chaleur est présenté, permettant d'extraire une puissance constante pour différentes températures de LBE. Le design proposé est validé grâce à divers outils numériques et analytiques. De plus, des tests expérimentaux ont été réalisés pour valider la faisabilité de douche. Des gouttes de 400 um ont été obtenues. La cible proposée est la première combinant l'utilisation d'une chambre de diffusion où la douche est créée, avec une pompe et un échangeur de chaleur. Les concepts avancés peuvent être utilisés pour ledéveloppement de cibles similaires dans d'autres instituts. / The subject of this thesis is to design a liquid target able to account for the stress induced by the impact of a highpower proton beam (of the order of GW in few ms) and to optimize the isotopes production of species with short half-life (here, the isotope of interest is a Mercury one, with a half-life of 130 ms). The objective is to improve the extraction of elementary particles of interest for physicists. The thesis was mainly conducted at the CERN (Geneva, Switzerland).More and more, the power of primary beam sent onto targets increases until reaching several kiloWatts of magnitude, inducing new problematic and challenges. Consequently, the need of new target design arises and leads to new conceptual design proposal. Amongst them, a concept of Lead Bismuth Eutectic (LBE) loop target making use of an heat exchanger (HEX) and a pump has been proposed during the European project EURISOL Design Study. This concept proposed an improvement in terms of release efficiency of short-lived species by transforming the irradiated liquid into droplets shape. This thesis presents the development of this target design proposal. A prototype target has been developed and will be tested under proton beam at ISOLDE at CERN. Several analytical tools for the study of this kind of targets are proposed, taking into account different design parameters. These tools can be applied for other high power target concept and allow an easy dimensioning of this kind of targets. As well, an innovative heat exchanger is developed, allowing to extract constant power out of the target for different LBE temperature. The proposed target design is validated thanks to different numerical and analytical tools while experimental tests have been conducted in order to assess the droplet formation feasibility. These tests prove that a shower of droplets of 400 ¿m is possible. The developed target is the first one combining a diffusion chamber where a shower is created combined with a pump and a HEX. The concepts of this design could be applied for similar targets that could be developed in other facilities.

Ce travail de thèse s’inscrit dans une démarche d’approfondissement des connaissances du fonctionnement des aquifères karstiques. Pour cela, le site pilote des Sources du Toulon, siège d’une alimentation multiréservoirs, a été choisi et offre une fenêtre d’observation privilégiée sur les relations hydrogéologiques entre les aquifères de la marge Nord du Bassin aquitain. Elles sont utilisées depuis 1832 pour l’alimentation en eau potable de la ville de Périgueux, et constituent actuellement son unique ressource.L’objectif de ce travail a été de tester une approche multi-traceurs et un suivi haute-résolution pour caractériser le fonctionnement et la vulnérabilité d’un aquifère karstique multicouche.L’utilisation d’une approche couplée hydrodynamique et hydrochimie a mis en évidence l’alimentation des Sources du Toulon par une ressource profonde et captive en complément d’un aquifère libre plus superficiel. Ces informations ont été intégrées dans le contexte hydrogéologique global de la zone d’étude pour proposer une nouvelle délimitation du bassin d’alimentation des Sources du Toulon.L’utilisation d’un suivi haute-résolution a permis de préciser le fonctionnement hydrogéologique du système karstique étudié. Il en ressort des fonctionnements différents suivants les crues, avec des transferts de masse pouvant s’étendre de quelques jours à quelques semaines.L’apport des isotopes des nitrates (δ15N-NO3- ; δ18O-NO3-) a permis d’identifier deux origines des nitrates mesurés dans les eaux de surface et souterraines : les fertilisants minéraux de synthèse utilisés pour l’agriculture, et les rejets d’assainissement individuels.L’évaluation temporelle de la vulnérabilité spécifique des Sources du Toulon à certains marqueurs de contamination tels que les particules, les éléments bactériologiques et les nitrates a permis de distinguer plusieurs masses d’eau superficielles et subsuperficielles participant à l’alimentation pendant les crues, et jouant un rôle différent dans le transfert des contaminants. / This work is included in an approach for a better knowledge of karst aquifers. For this, the Toulon Springs pilot site was chosen, and provides the opportunity to study relationships between multilayered karst aquifers of the northern edge of the Aquitaine sedimentary basin. Toulon Springs are major regional springs and are located in Périgueux (Dordogne County, France). They have been supplying water to the metropolitan area of Périgueux since 1832.This work aim to test an innovative multitracer approach coupled with a physicochemical high-resolution auto-monitoring to characterize functioning and vulnerability of a multilayered karst aquifer.The use of a coupled hydrodynamic and hydrochemical approach has highlighted Toulon Springs supply by a deep and captive aquifer, in addition to a more subsuperficial aquifer. This information has been incorporated into the global hydrogeological situation of the study area to propose a new delineation of Toulon Springs hydrogeological cathment.The use of a high-resolution monitoring enables to specify the hydrogeological functioning of the studied karst system. The analysis performed on several flood events, identify that mass transfer can range from a few days to a few weeks.The use of nitrate isotope (δ15N-NO3- ; δ18O-NO3-) enables to identify two main nitrate sources in both surface water and groundwater: (i) inorganic fertilizer; (ii) sewage from individual house.The last part of this work was to analyse Toulon Springs temporal vulnerability during floods to marker of contamination such as particles, dissolved organic carbon, nitrate, and bacteria. Hence, several water type from surface runoff, unsaturated zone and saturated zone were identify as responsible of contaminant transfer: (i) water from saturated zone is responsible of vulnerability to mineral particles ; (ii) water from unsaturated zone is responsible of vulnerability to nitrare ; (iii) water from surface runoff is responsible of vulnerability to bacteria contamination.

Des travaux récents ont montré que des revêtements polymères étaient réalisables par procédé connu sous le nom de Cold-Spray. Ces travaux sont particulièrement importants pour le polyéthylène de très haute masse molaire (UHMWPE) qui ne peuvent pas être mis en forme par les méthodes conventionnelles. Mais les mécanismes d'obtention des dépôts n'avaient pas été analysés. Cette thèse présente une analyse expérimentale mécanique détaillée du comportement à l'impact de particules d'UHMWPE et des mécanismes de formation du revêtement polymère sur un substrat en aluminium (Al) sous l'effet de la pulvérisation à froid de ces particules. La formation du revêtement se décompose en deux étapes : (1) se rapporte à la formation de la première couche de particules (interaction polymère-substrat), (2) à la croissance (par ajout de couches successives) du revêtement polymère (interaction polymère-polymère). La première étape de la formation du revêtement a été étudiée grâce à une technique expérimentale développée dans le cadre de cette thèse et appelée "Méthode de dépôt de particules isolées" (IPD). Il s'agit de déposer des particules isolées de UHMWPE sur un substrat en Al, en utilisant la même machine Cold-Spray, tout en contrôlant de manière précise la température du gaz et la teneur en FNA. Grâce à l'utilisation d'une caméra rapide, il a été possible de déterminer la vitesse des particules d'UHMWPE et par le calcul d'évaluer leur température avant et pendant leur impact. L'efficacité augmente avec d'une part la température et d'autre part la fraction de FNA. Cette efficacité dépend de la compétition entre l'énergie cinétique stockée sous forme d'énergie élastique Eel et l'énergie d'adhésion Ead du polymère à la surface du substrat. Pour que le film polymère se forme, il faut que Ead > Eel. Par ailleurs, Ead dépend de l'interface entre polyéthylène et aluminium, et de la présence de FNA. Les liaisons H disponibles sur la surface des FNA contribuent à l'adhésion, ce qui augmente le domaine de température favorable à la réalisation du dépôt. Concernant la croissance du revêtement, il s'agit cette fois-ci de l'adhésion polyéthylène-polyéthylène, avec toujours l'effet des nanoparticules FNA. Les études microstructurales et mécanique ont montré qu'en frittage conventionnel du UHMWPE sous forte pression, l'ajout de FNA renforce la cohésion des matériaux obtenus, mais que l'effet inverse est observé pour un frittage incomplet (sous faible pression). Enfin, afin d'explorer l'effet de vitesse de sollicitation de l'UHMWPE comparable à celles observées pour le Cold-Spray, des expériences utilisant des barres dites de Split-Hopkinson (SHPB) ont été menées. Les courbes obtenues permettent de disposer d'une cartographie complète du comportement thermo-viscoélasto-plastique de ce polymère, pur ou additionné de FNA. / Recent developments showed polymer coatings to be feasible by cold spray (CS) technique on different surfaces. This is especially important for Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) which cannot be classically processed. But the mechanisms behind coating formation was not largely understood. The thesis presents a mechanistic understanding of high strain rate impact behavior of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene and the mechanism of coating formation during CS. The coating formation is first broken down into two major categories: 1. Interaction of UHMWPE with Al substrate (impacting particle-substrate interaction) during a high-speed impact and interaction of UHMWPE with already deposited UHMWPE particles (impacting particle-deposited particles) leading to a buildup in the coating. First stage of coating formation was understood from a technique developed for this work called Isolated Particle Deposition (IPD). In the experimental IPD process, effects of gas temperature and FNA content were calibrated empirically by depositing UHMWPE particles in an isolated manner on an Al substrate. The Deposition efficiency increased with gas temperature and FNA content. The use of an ultrafast video-camera helped to determine the particle velocity, and theoretical calculations helped to evaluate the temperature of UHMWPE particles before and during the impact process. Mechanical response of UHMWPE at different temperatures were understood by calculating elastic strain energy of UHMWPE which decreased with increasing material temperature and increased with the strain rate. Rebound of UHMWPE particles on Al surface depended upon whether UHMWPE particles after impact furnished a contact area with an interfacial bond stronger than elastic strain energy of the particle. External contributions like H-bonds on the FNA surface provide sufficiently strong extra bonds at the contact surface to increase the window of deposition at higher temperatures, which was otherwise very low. Second stage of coating formation was understood from the mechanism of welding of UHMWPE grains at different interfacial loading conditions and at varying FNA contents. The morphological and mechanical characterization showed that when UHMWPE was processed under high loading conditions (using classical sintering technique), FNA particles reinforced the UHMWPE interface. On the contrary, when UHMWPE was processed under low loading conditions, FNA particles weakened the interface. Last to be discussed in the thesis is the strain rate effect of UHMWPE using Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experiments, in order to approach comparable conditions to what happens during particle impacts. This part of the study discussed in detail the effects a high strain-rate compression has on UHMWPE by analyzing its stress-strain curves, with and without FNA. Thus, the mechanical response data with the inclusion 0%, 4% and 10% FNA to UHMWPE is also presented and discussed.

Une grille de calcul regroupe un très grand nombre de ressources de calcul hétérogènes, pouvant appartenir à différents domaines d'administration. Les grille sont attractives car elles peuvent fournir à leurs utilisateurs les ressources nécessaires à l'exécution d'applications de calcul scientifique. Cependant exécuter une application sur la grille est une tâche difficile car la fréquence des défaillances matérielles y est élevés. Pour assurer l'exécution fiable d'applications distribuées dans les grilles de calcul, nous proposons tout d'abord un service de recouvrement arrière assurant le redémarrage automatique des applications défaillantes. Nous proposons ensuite une solution assurant la haute disponibilité et l'auto-réparation de services de grille. Enfin nous proposons un protocole de recouvrement arrière pour application à échange de messages passant à l'échelle.

La connaissance des exoplanètes est aujourd'hui une problématique majeure en astronomie. Leur observation directe depuis le sol est cependant rendue extrêmement délicate par le rapport de flux existant entre la planète et son étoile hôte mais également par la turbulence atmosphérique. Ce type d'observation implique donc l'utilisation d'instruments dédiés, alliant un grand télescope, un système d'optique adaptative extrême, un coronographe supprimant physiquement les photons issus de l'étoile,une instrumentation plan focale optimisée (imageur différentiel ou spectrographe à intégrale de champ par exemple), mais également uneméthodologie de traitement de données efficace. Le projet SPHERE regroupe ces différents points et fixe le cadre des études effectuées dans cette thèse. Mon travail de thèse a consisté à développer,mettre en oeuvre et à optimiser différentes méthodes permettant d'assurer une détectivité optimale. Ces méthodes ont porté dans un premier temps sur l'optimisation d'un système d'optique adaptative via la mesure et la compensation des aberrations non-vues. Ces aberrations constituent une des principales limitations actuelles des systèmes d'optique adaptative extrême. La méthode proposée, alliant une amélioration de la technique de diversité de phase et une nouvelle procédure de calibration appelée « pseudo closed-loop » a été validée par simulation et testée sur le banc d'optique adaptative de l'ONERA. Une précision ultime de moins de 0,4nm rms par mode a été démontrée, conduisant à un rapport de Strehl interne sur le banc supérieur à 98.0% à 0,6μm. Dans un deuxième temps, mon travail a consisté à proposer une méthode de traitement d'image a posteriori dans le cadre de l'imagerie différentielle sans coronographe, qui consiste à acquérir simultanément des images à différentes longueurs d'onde. Cette méthode, fondée sur une approche de Maximum A Posteriori, utilise l'information multi-longueur d'onde de l'imageur différentiel, pour estimer conjointement les résidus de turbulence ainsi que les paramètres de l'objet. En plus de l'imagerie différentielle spectrale, l'instrument SPHERE permet d'acquérir des images différentielles angulaires, c'est-à-dire avec rotation de champ. Une méthode fondée sur la théorie de la détection est proposée pour traiter de façon optimale ce type de données. Enfin, dans le contexte de l'imagerie coronographique, j'ai proposé dans un troisième temps un modèle novateur complet de formation d'image d'une longue pose avec coronographe. Ce modèle prend en compte un coronographe parfait, des aberrations statiques en amont et en aval du masque focal, et la fonction de structure de la turbulence après correction par OA. Ce modèle est utilisé dans une méthode d'inversion permettant d'estimer l'objet observé. Ces méthodesà fort potentiel devraient être implantées à terme sur l'instrument SPHERE, et devraient permettre la découverte de nouvelles exoplanètes à l'horizon 2011.

Le calcul des propriétés radiatives des plasmas denses fait en général appel au concept d'atome dans un plasma. Parmi les modèles qui définissent un tel concept, les modèles d'atome moyen représentent souvent un point de départ indispensable avant des approches statistiques plus sophistiquées. En outre, ils permettent de calculer les propriétés thermodynamiques ainsi que certains coefficients de transport. Depuis l'application du modèle quasiclassique de Thomas-Fermi aux plasmas denses par Feynman, Metropolis et Teller, toutes ses généralisations quantiques ont conduit à des modèles qui présentent des inconsistances thermodynamiques. Ce travail porte sur un modèle variationnel d'atome moyen pour la description des plasmas denses. Contrairement aux autres modèles, ce dernier donne, par construction, accès à l'équilibre thermodynamique et vérifie le théorème du viriel. Afin de résoudre les équations de ce modèle, un code nommé VAAQP (Variational Average-Atom in Quantum Plasmas) a été réalisé. Il permet notamment le calcul de l'équation d'état des plasmas denses. Après un état de l'art des modèles d'atome moyen, le formalisme du modèle variationnel est décrit dans ses versions Thomas-Fermi, quantique non-relativiste et quantique relativiste. La validité du théorème du viriel pour ce modèle est démontrée et l'inconsistance thermodynamique des autres modèles est expliquée. Les méthodes numériques qui sont appliquées dans VAAQP sont ensuite exposées. Enfin, les résultats obtenus avec le modèle variationnel, concernant les équations d'état, sont commentés et comparés aux résultats d'autres modèles, dont le modèle INFERNO, ainsi qu'à des résultats d'expériences sur les adiabatiques d'Hugoniot.

Ce mémoire de thèse synthétise trois années de recherches dédiées à l'étude numérique et théorique de la compression à haute densité de poudres métalliques. Des diérentes phases qu'intègrent la métallurgie des poudres, la phase de compression à froid de la poudre est l'une des phases les plus sensibles de ce procédé de fabrication, car elle influence les propriétés mécaniques de la pièce finale. Il est donc nécessaire de mettre en place une approche numérique qui permet de contrôler et d'optimiser la compression de poudre jusqu'à de fortes valeurs de compacité (compacité supérieure à 0:9). Pour cela, nous proposons de reproduire par la méthode des éléments discrets le comportement de la poudre observé expérimentalement sous diérents types de chargement. A ce jour, les simulations via cette méthode sont limitées à une valeur de compacité ne dépassant pas 0:85. Pour dépasser ces limitations, nous présentons un modèle de contact implémenté dans un code éléments discrets libre (Yade). Ce nouveau modèle de contact est développé sur la base de la loi de contact normal qui intègre le terme de densité locale des particules dans son expression, afin de prendre en compte l'incompressibilité des grains se produisant à des valeurs de compacité supérieures à 0:85. Dans le but de procéder à des simulations plus réalistes, un nouvel algorithme géométrique de génération d'empilements de sphères polydisperses est développé. Ce nouvel outil numérique est capable de générer très rapidement de grands assemblages de sphères en contact tout en contrôlant diérents paramètres comme la distribution de la compacité, la taille minimale et maximale des sphères. Avec le modèle de contact capable de reproduire l'interaction entre les grains et la création d'un algorithme pouvant générer des assemblages de sphères similaires à un tas de poudres, nous procédons à des simulations de compression isostatique et en matrice pour diérents types de poudres (cuivre, aluminium, fer). Les résultats obtenus sont directement comparés à ceux issus des simulations éléments finis multi-particules et de l'expérience. Ces comparaisons permettent ainsi de valider et de tester la robustesse du modèle de contact développé. Pour finir, nous investiguons sur la base de nos divers développements validés, l'évolution d'une poudre d'aluminium avec un gradient de compacité au cours d'une compression en matrice.

Une future mission spatiale (Darwin, TPF-I) est en préparation pour étudier les planètes extrasolaires telluriques dans les zones habitables respectives de leurs étoiles, notamment, pour établir combien, parmi ces exoplanètes, ont une composition atmosphérique indiquant la présence de la photosynthèse biotique. Travaillant dans la bande spectrale de 6 à 18 m, l'interfèrométrie en frange noire doit permettre de distinguer le flux lumineux de l'exoplanète de celui de son étoile ainsi que des sources diffuses. La thèse résume les travaux expérimentaux conduits sur le banc Synapse à l'Institut d'Atrophysique Spatiale à Orsay. Le banc a été testé dans la bande K, de 2.0 à 2.5 µm, ainsi qu'avec une source laser à 3.39 µm. Les fibres optiques monomodes sont employées comme filtres du front d'onde. Le banc utilise deux paires (une dans chacun des deux bras) de prismes dispersifs qui servent de compensateur du chromatisme et de d´ephaseur achromatique. Les résultats confirment la tendance observée par d'autres équipes : les performances sont meilleures en lumière monochromatique qu'en bande large (taux d'extinction : 1E-5 monochromatique et 3E-4 bande large). Des études expérimentales extensives de ce phénomène sont décrites. A part ces travaux portant sur le principe de l'interférométrie en frange noire, nous avons testé un prototype du déphaseur achromatique basé sur le passage par un foyer optique. Nous avons d´eveloppé une technique pour stabiliser la différence de marche, mesurant le flux recombiné en modulant la différence de marche. Nous avons obtenu des niveaux de stabilité comparables à ceux qui sont nécessaires pour la future mission spatiale.

Cette thèse présente des mesures de spectroscopie optique sous conditions extrêmes de pression et champ magnétique intense à basse température. L'objectif premier de ce travail de thèse était de développer et mettre au point un dispositif expérimental original permettant d'atteindre ces conditions extrêmes inédites. Nous avons étendu le domaine de pression, champ magnétique et température accessibles conjointement jusqu'à 56 T, 10 GPa et 4 K et étudié les propriétés de deux types de système pour lesquels les spectroscopies sous haute pression et champ magnétique intense sont particulièrement adaptées: les ions de métaux de transition et les semiconducteurs. L'étude du rubis par magnéto-photoluminescence nous a permis de mettre en évidence dans un domaine de champ magnétique inexploré l'effet Zeeman, i.e la levée de dégénérescence de spin des états électroniques de l'ion chrome, et l'effet Paschen-Back dû à une compétition entre le champ cristallin anisotrope et le champ magnétique appliqué. Une augmentation significative du champ trigonal induite par la pression a été ainsi détectée et interprétée. Nous avons également étudié la structure de bandes du séléniure d'indium, un semiconducteur lamellaire aux propriétés excitoniques remarquables par des mesures de magnéto-absorption. Le phénomène de magnéto-absorption oscillatoire, signature de la quantification de Landau des électrons et des trous, nous a permis d'explorer la structure de bandes dans une large gamme d'énergie autour du gap et de valider le modèle $k.p$ spécifique proposé pour ce composé. Enfin, une étude par magnéto-photoluminescence des propriétés électroniques de boîtes quantiques auto-organisées de phosphure d'indium encapsulées dans une matrice de phosphure de gallium nous a permis d'élucider l'origine de la forte luminescence caractéristique de ce système en déterminant clairement le confinement des porteurs et les effets induits par les fortes contraintes biaxiales inhérentes à la croissance par auto-assemblage.