L'expérience STEREO a été proposé afin de donner une réponse sans ambiguïté àl'idée d'un état de neutrino stérile léger ($Delta m^{2}sim 1eV^{2}$) comme l'origine del'anomalie réacteur des antineutrinos. Le but de l'expérience est de confirmer ou de rejetercette hypothèse en recherchant un patron d'oscillation à courte distance (9-11 m) dans lespectre en énergie des $overline{nu_{e}}$'s émis par le réacteur nucléaire de recherchede l'Institut Laue-Langevin à Grenoble (France). A cet effet, le détecteur estcomposé de 2 tonnes du liquide scintillant dopé au Gd et lu par un réseau detubes photomultiplicateurs, et est segmenté en 6 cellules dans la direction depropagation des antineutrinos. Les $overline{nu_{e}}$'s sont détectés par le processusIBD en observant un signal corrélé dans letemps d'un dépôt d'énergie rapide d'un positron et un signal retardé produitpar la capture d'un neutron. La mesure des petites oscillations deformantle spectre d'énergie des antineutrinos nécessite une bonne résolution en énergieet une excellente connaissance de la réponse du détecteur. Ce manuscrit présenteune étude de simulation détaillée basée sur le logiciel Geant4 STEREO, ce quia permis le développement du système de calibration par sources. Ce système aété conçu pour répondre à toutes les exigences physiques de STEREO: calibrerl'échelle de l'énergie et de l'efficacité de capture de neutrons au niveau de 2%,connaître la réponse en énergie dans le spectre d'énergie réacteur antineutrino(1-8 MeV), étudier et la caractériser la réponse et des non-uniformités dudétecteur. A cet effet, on propose un système de calibration consistant en trois sous-systèmes:un sous-système automatisé pour déplacer des sources radioactives autour dudétecteur pour calibrer l'échelle en énergie dans chaque cellule de manièreindépendante. Un second sous-système pour déplacer une source AmBe sous ledétecteur, dont l'objectif est d'inter-calibrerl'efficacité de capture de neutrons entre les cellules. Enfin, un troisième systèmemanuel qui consistent en trois tubes de calibration placés à l'intérieur du liquidescintillante pour évaluer l'efficacité absolue de la capture des neutrons danstrois cellules différentes. La dernièrepartie de ce manuscrit est consacré à l'étude et la caractérisation du bruite de fond gammaet les signaux neutrino attendus. / The STEREO experiment has been proposed to give an unambiguous responseto the hypothesis of a light sterile neutrino state ($Delta m^{2}sim 1 eV^{2}$)as the origin of the reactor antineutrino anomaly. Its goal is to confirm or reject thishypothesis by searching at short distance (9-11 m) for a neutrino oscillation patternin the energy spectrum of the $overline{nu_{e}}$’s emitted by the research nuclear reactorof the Laue-Langevin Institute in Grenoble (France). To this end, the detector iscomposed of 2 tons of Gd-loaded liquid scintillator read out by an array of PMTs, andis segmented in 6 cells in the direction of the $overline{nu_{e}}$’s propagation. Antineutrinosare detected via the IBD process by observing a time correlatedsignal composed of a prompt energy deposit from a positron and a delayed signal produced bythe neutron capture. Measuring small oscillations superimposed on the reactor antineutrinoenergy spectrum requires a good energy resolution and an excellent knowledge ofthe detector response. This manuscript presents a dedicated Geant4 simulation studyof a calibration system based on radioactive sources.This system has been conceived to fulfill all the STEREO physics requirements:calibrating the energy scale and the neutron capture efficiency at the 2 % level,knowing the energy response in the reactor antineutrino energy spectrum (0-8 MeV),and characterizing the detector response in a broader sense (non-uniformities, non-linearity,particle identification, etc). To this end, we proposethree calibration subsystems: one automated subsystem to moveradioactive sources around the detector, whose main role is to calibrate the energy scale in each cellindependently; a second subsystem to inter-calibrate the neutron captureefficiency between cells by moving an AmBe source under the detector; and finally,a third subsystem consisting in three manualcalibration tubes inside the liquid scintillator, necessary to assess the absolute neutron captureefficiency inside three different cells. The final part of this manuscript is devoted tothe study of the selection criteria, and the proposal of methods to reject the expected gammabackground.

Depuis 2011, la réévaluation de plus d’une vingtaine de mesures de flux de neutrinos de réacteur mesurés à courtes distances suggère la présence d’un déficit de 7 % par rapport aux prédictions. Cette anomalie est statistiquement significative à environ 3 sigmas, tout comme une autre anomalie similaire correspondant à l’observation d’un déficit de neutrinos émis par des sources intenses de désintégrations beta. Ces anomalies peuvent être expliquées soit par un biais dans la prédiction des flux de neutrinos, soit par l’existence d’un nouvel état de neutrino, un neutrino stérile léger, vers lequel les trois neutrinos du modèle standard pourraient osciller. Ce nouveau neutrino, n’interagissant pas par interaction faible, serait uniquement « visible » grâce à ces oscillations. L’objectif de l’expérience STEREO est de répondre à la question de l’existence d'un neutrino stérile avec une masse de l’ordre de 1 eV, en utilisant le flux de neutrinos émis par le réacteur de recherche de l’« Institut Laue-Langevin » (ILL) à Grenoble, en France. Pour cela, le détecteur STEREO est segmenté en 6 cellules afin de mesurer l’hypothétique distorsion du spectre en énergie des neutrinos en fonction de la distance au réacteur (entre 9 et 11m de distance). Après quelques années de construction du détecteur et de préparation, l’expérience STEREO a pu commencer la prise de données en novembre 2016 avec une premier période d’acquisition qui s’est terminée en mars 2017. Cette thèse s’inscrit dans ces deux périodes distinctes de l’expérience STEREO. Une première partie a été consacrée à la caractérisation et la validation de l’électronique tout au long du processus de développement jusqu’à sa conception finale. Dans ce cadre, une méthode de mesure de la linéarité de la réponse en charge des photomultiplicateurs et de leurs embases a été développée avec une précision meilleure que 1 %, pour répondre au exigence de sensibilité à l’hypothèse d’un neutrino stérile. Cette exigence a d'ailleurs été validée par une analyse statistique de l’expérience. Une deuxième partie de la thèse a concerné l’analyse des premières données et plus particulièrement, l’identification des différents types de bruit de fond et la recherche des candidats neutrinos. / Since 2011, the re-evaluation of about twenty neutrino flux measurements at short distance from reactors suggests a deficit of about 7 % with respect to predictions. This anomaly has a 3 sigmas significance, as another similar anomaly which corresponds to the deficit of neutrinos emitted from intense source of beta-decay. These anomalies could be explain either by a bias in the flux prediction or by the existence of a new neutrino state, a light sterile neutrino, possibly mixing with the three neutrino states of the standard model. This new neutrino, with no ordinary weak interaction, could only be “visible” via the neutrino oscillation. The STEREO experiment goal is to answer the question of the sterile neutrino existence with mass around 1 eV, using neutrino flux emitted from the research reactor of the « Institut Laue-Langevin » (ILL) at Grenoble, France. To achieve this, the STEREO detector is segmented in 6 cells to measure a hypothetical distortion of the neutrino energy spectrum at different distances from the reactor (between 9 et 11m). Afters few years of detector construction and preparation, the STEREO experiment has started taking data in November 2016 with a first period over in Mars 2017. This thesis took place during two distinct phases of the STEREO experiment. A first part was dedicated to the characterisation and the validation of the electronics, during all its development process until its final conception. In this context, a method to measure the charge response linearity of photomultipliers and their bases, with a precision better than 1 %, has been developed, in order to fulfill the desired sensitivity to the light sterile neutrino hypothesis. This requirement on the precision has been validated by a statistical analysis of the experiment. The second part of the thesis was devoted to the analysis of the first data and more particularly to the identification of the different kinds of background and to the search of neutrino candidates.

Un nanofil de carbure de silicium encastré à une de ses extrémités permet d'obtenir un résonateur mécanique réalisant un système modèle de poutre vibrante dans des régimes d'oscillation linéaire et non-linéaire. Les faibles masses et raideurs mécaniques des nanofils utilisés donnent lieu à une description des résonateurs où les forces électriques capacitives sont significatives. Si l'accordage en fréquence des résonateurs micro et nanométriques est une propriété usuelle liée aux forces électriques statiques, il sera montré que l'effet du couplage électromécanique dynamique introduit une dissipation associée aux courants électriques résultants de la vibration mécanique. Le rôle central du couplage électromécanique est mis en avant pour l'obtention d'un régime d'auto-oscillation. Lorsque le résonateur est parcouru par un courant d'émission de champ, une mise en vibration spontanée du résonateur autour de sa position d'équilibre est observée. L'introduction d'une excitation électrique alternative permet l'étude d'un régime de synchronisation externe où la dynamique de la phase de l'auto-oscillateur forcé présente un comportement remarquablement riche / When one end of a silicon carbide nanowire is clamped on a support, a mechanical resonator is obtained to achieve a model system of vibrating beam. The low weight and stiffness associated with mechanical dimensions of the micro and nanoscale wires lead to a regime where the capacitive electrical forces are significant for the dynamics of such resonators. If the frequency tuning of micro and nanoscale resonators is a usual property related to the static electrical forces, the effect of electromechanical dynamical coupling will also be considered to introduce a mechanical dissipation associated with electric currents driven by the vibration. The central role of the electromechanical coupling is put forward to obtain a self-oscillation regime. When the resonator is flowed by a field emission current, a spontaneous oscillation of the resonator around its equilibrium position is observed. The introduction of an electrical excitation allows the study of an external synchronization regime where the phase dynamics has a remarkable rich behavior

L'Oscillation de Madden-Julian (MJO) est le principal mode de variabilité intrasaisonnière (20-90 jours) dans les tropiques. La MJO se caractérise par une perturbation de la dynamique de grande échelle et des précipitations se propageant principalement vers l'Est à une vitesse 5 m/s à l'équateur, et aussi vers le Nord en été boréal. Malgré son importance, cette perturbation est mal reproduite dans les modèles de circulation générale (MCG). Ce défaut des MCGs a été attribué en partie à un déclenchement trop fréquent du schéma de convection profonde du modèle qui préserverait trop la stabilité statique dans les tropiques et empêcherait la formation de fortes perturbations organisées de la convection et le développement de la réponse dynamique de grande échelle qui en résulte. Cette thèse a donc pour objectif d'étudier l'impact de l'inhibition de la convection sur l'état moyen et la variabilité tropicale dans le MCG LMDZ. Pour cela, deux paramètres - la fermeture et l'entraînement - d'un même schéma convectif, qui étaient initialement basés sur le profil vertical de la convergence d'humidité, ont été modifiés. Le taux entraînement du schéma modifié est proportionnel à l'humidité relative de l'environnement. Des études de sensibilité dans un modèle unidimensionnel montrent que, par rapport au schéma initial, cette modification a pour effet d'inhiber la convection dans une atmosphère sèche et de la favoriser en atmosphère humide, les précipitations deviennent donc plus rares et plus intenses. Avec ce nouvel entraînement, les simulations globales du modèle atmosphérique LMDZ présentent effectivement une plus forte variabilité tropicale de la dynamique et des précipitations à toutes les échelles de temps. Le cycle saisonnier des précipitations est aussi mieux reproduit ainsi que la propagation vers l'Est et vers le Nord des perturbations intrasaisonnières. L'ajout d'une fermeture en CAPE modifie peu ce comportement, mais accélère légèrement la propagation vers le Nord et vers l'Est de la MJO, et donne un état moyen et une variabilité un peu plus réaliste dans les tropiques. / The Madden-Julian oscillation (MJO) is the dominant mode of the Tropical intraseasonal variability. The MJO is characterized by a wide region of rain perturbation propagating eastward along the equator at a speed of about 5 m/s, from the Indian Ocean to the Central Pacific with a period of 20-90 days. Its boreal summer counterpart, referred as the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), propagates both eastward and northward. The LMDZ atmospheric global circulation model (GCM), like most climate models, still has difficulties to represent correctly these two modes of tropical intraseasonal variability. One of the causes of this deficiency has been attributed to the lack of intense rain events organized at large scale. If the convection is triggered too easily in a GCM, the convective instability cannot accumulate in a column and trigger an organized convection at a basin scale. This thesis consisted in testing the role of several ways of inhibiting the convection in the simulation of the MJO in the LMDZ GCM. For this purpose, we have first evaluated the impact of entrainment and closure assumptions of the convective scheme on the structure of the atmospheric column using a 1D model and on the tropical variability using the LMDZ GCM. An entrainment that is dependant on the relative humidity of the environment has been implemented in the Tiedtke (1989) convective scheme. The new entrainment inhibits the convection in a dry environment and promotes the convection in a humid environment. This favours strong ascents and subsidence and consequently increases the variance of precipitation at all time scales. The new closure, based on the convective instability (CAPE) instead of the moisture convergence, decreases the occurrence of strong rain events and gives a more realistic mean state. The east-west ratio is increased at intraseasonal scale but it is not sufficient to organise correctly the eastward propagation related to the MJO. The seasonal cycle of the tropical precipitation over India is however improved. The LMDZ is able to reproduce correctly the signature of the northward propagation of the BSISO with a period of 40 days in Boreal Summer. We have shown, with A Local Mode Analysis (LMA), that the new entrainment produces intraseasonal perturbations related to the northward propagation of the BSISO which are more reproducible and more organized on the northern Indo-Pacific region.

Collm (52°N, 15°E) midlatitude mesosphere/lower thermosphere (MLT) zonal winds are investigated with respect to a possible influence of the Southern Oscillation (SO). It is found that in winter the prevailing wind is positively correlated with the Southern Oscillation index (SOI), which qualitatively fits to the response of the low-latitude stratosphere on the SO. In summer, however, there is a negative correlation between MLT zonal winds and SOI. A possible mechanism, which includes slightly enhanced planetary wave propagation to the MLT in summers of low SOI is discussed. / Windmessungen aus Collm (52°N, 15°E) wurden hinsichtlich eines möglichen Einflusses der Southern Oscillation (SO) in ihnen untersucht. Es zeigt sich, dass im Winter der mittlere Zonalwind positiv mit dem \'Southern Oscillation Index\' SOI korreliert ist, was qualitativ mit der Reaktion der Stratosphäre auf ENSO übereinstimmt. Im Sommer findet sich jedoch ein negativer Zusammenhang zwischen hochatmosphärischem Zonalwind und SOI. Ein möglicher Mechanismus, der die Ausbreitung planetarer Wellen beinhaltet, wird diskutiert.

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On sait aujourd'hui que les processus stratosphériques jouent un rôle important dans le système climatique et leur étude est donc de grande importance pour la communauté scientifique. Les changements à long terme observés dans la stratosphère comprennent l'augmentation des gaz à effet de serre, de la vapeur d'eau, la diminution de l'ozone et un refroidissement systématique de cette région de l'atmosphère pendant les deux dernières décennies (1980-2000). Cette recherche est dédiée à la quantification des changements à long terme de la structure thermique et dynamique de la stratosphère et à l'attribution des causes des changements observés, et en particulier l'effet de la diminution de l'ozone stratosphérique. Le travail a été mené pour les vingt dernières années, où des mesures globales de la stratosphère existent; les analyses effectuées ont été ensuite couplées avec des simulations GCM pour quantifier le rôle de la diminution de l'ozone sur les changements à long terme observés. Trois bases de données (températures mensuelles) résultant d'analyses de données satellitaires et/ou de radiosondages ont été considérées : la base TOVS/3I fournit une description de la basse stratosphère à haute résolution spatiale pour une période de 8 ans; la base FUB a une résolution spatiale moins bonne mais est disponible pour une période plus longue; enfin, la base SSU/MSU couvre les vingt dernières années et surtout la totalité de la stratosphère, mais avec une résolution verticale plus faible. Un modèle de régression linéaire multiparamétrique, qui permet de séparer l'effet de la variabilité naturelle de la tendance à long terme, a été utilisé. Dans un premier temps, une analyse détaillée de l'impact des différents facteurs de variabilité de la température stratosphérique été réalisée. Les forçages considérés sont: l'Oscillation Quasi-Biennale (QBO), l'ENSO, la variabilité de 11 ans associée au cycle solaire, et le mode de variabilité extratropicale connu sous le nom d'Oscillation Arctique (AO). Nous montrons tout d'abord que l'amplitude de la réponse de la température à ces forçages peut être du même ordre de grandeur que les tendances calculées. Ensuite, les tendances de la température sont décrites en fonction de l'altitude, de la latitude et de la saison; elles montrent un refroidissement général de la stratosphère, avec une amplitude maximale en moyenne globale dans la haute stratosphère de l'hémisphère nord (de l'ordre de 3 K/décennie); le refroidissement se réduit dans la moyenne stratosphère pour atteindre 1 K/décennie en moyenne globale dans la basse stratosphère (mais avec une structure fortement dépendante de la latitude). L'analyse des températures nous permet aussi de mettre en évidence, de façon indirecte, un affaiblissement de la circulation moyenne de la stratosphère. Pour étudier le rôle de la diminution d'ozone stratosphérique sur les champs dynamiques et thermiques, nous avons enfin considéré deux ensembles de simulations GCM de type « transitoire »; en entrée des simulations, le premier ensemble considère les conditions prévalant avant la diminution de l'ozone, alors que le deuxième inclut les tendances d'ozone observées en moyenne zonale et mensuelle (dite « simulation ozone »). Les tendances de température simulées ont été comparées entre elles. Les résultats indiquent que la diminution de l'ozone stratosphérique est responsable du refroidissement observé à hauteur de 60% dans la haute stratosphère et de 30% dans la basse stratosphère. Si le refroidissement de la haute et moyenne stratosphère est bien reproduit par les simulations ozone, dans la basse stratosphère il est sous-estimé, très probablement à cause de l'effet des tendances de vapeur d'eau, qui n'ont pas été prises en compte dans les simulations. Le refroidissement pendant le printemps Arctique dans la basse stratosphère est observé, mais non complètement reproduit. Enfin, les simulations ozone indiquent une modification dans l'activité des ondes qui se propagent dans la basse stratosphère, observée à travers l'étude de la composante verticale du flux d'Eliassen-Palm.

The atmospheric drivers of winter and summer surface climate in western Canada are evaluated using a synoptic climatological approach. Winter snow accumulation provides the largest contribution to annual streamflow of the north-flowing Mackenzie and east-flowing Saskatchewan Rivers, while summer water availability is primarily a product of basin-wide precipitation and evapotranspiration. A catalogue of dominant synoptic types is produced for winter (Nov-Apr) and summer (May-Oct) using the method of Self-Organizing Maps. Water availability, quantified through high-resolution gridded temperature and precipitation data, associated with these synoptic types is then determined. The frequency of dominant types during positive/negative phases of the Southern Oscillation Index, Pacific Decadal Oscillation, and Arctic Oscillation reveal the atmospheric processes through which these teleconnections influence surface climate. Results from the winter analysis are more coherent than summer, with strong relationships found between synoptic types, teleconnections, and surface climate. Although not as strong, links between summer synoptic types and water availability also exist. Additionally, time-series analysis of synoptic type frequencies indicates a trend toward circulation patterns that produce warmer, drier winters as well as an earlier onset and extension of the summer season. This study increases our understanding of the atmospheric processes controlling the distribution of water resources in western Canada. / Graduate / 0388 / 0725 / 0368 / bwnewton@uvic.ca