Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [44]-45. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Aujourd'hui, un large éventail d'activités d'exploration et d'exploitation du milieu sous-marin requière l'établissement de transmissions de données à haut débit. Dans ce contexte, les solutions de communications traditionnelles par câble ou par fibre optique impliquent des déploiements coûteux et une flexibilité très limitée. D'autre part, les communications acoustiques offrent des performances opérationnelles très faibles. Récemment, avec le développement de composants optoélectroniques compacts et peu coûteux, il est devenu possible de réaliser des modems optique pour les communications sans-fil, qui soient compacts et offrent des vitesses de transmission et une efficacité énergétique sans précédentes. Cependant, cette technologie souffre encore de plusieurs limitations, notamment quand il s'agit d'établir des liens de communication sur des distance relativement longues et à des débits de transmission élevés. Pour faire face à certaines de ces faiblesses, cette thèse considère l'utilisation de nouveaux composants optoélectroniques et des techniques de traitement du signal adaptées afin d'améliorer les performances des liaisons de communication optique sans fil sous-marine.En effet, après l'étude de l'effet du bruit solaire sur la performance de ces liaisons, nous étudions l'utilisation d'une nouvelle technologie de photo détection, basée sur les photomultiplicateurs en silicium (SiPM). Nous étudions les performances de ces composants dans différentes conditions de turbidité de l'eau. Par ailleurs, nous proposons des techniques de transmission efficaces basées principalement sur la modulation d'amplitude et l'égalisation dans le domaine fréquentiel. Cette dernière est employée afin de dépasser la limitation imposée sur les débits de transmission par les composants d'émissions et de réception, notamment les LEDs et les SiPMs, et ainsi permettre une transmettre les données à des débits plus élevés. L'efficacité des solutions proposées est ensuite validée par une étude expérimentale. / Today we are witnessing a growing need to high-rate data transmission in underwater missions in a wide range of application areas. Within this context, traditional cable- or fiber-based communications imply costly deployments with very limited flexibility, and the conventional acoustic communications offer very low operational performance. Recently, with the development of small and low-cost optoelectronic components and devices, it has become feasible to realize small and compact wireless optical communication transceivers providing unprecedentedly high transmission rates and energy efficiency. However, there still remain several shortcomings of this technology, in particular to attain high data rates over relatively long communication ranges. In order to overcome some of these limitations, this PhD thesis considers the use of advanced optoelectronic components and signal processing techniques in order to improve the performance of underwater wireless optical communication (UWOC) links. In this view, after studying the effect of solar background noise on the performance of these links, we investigate the use of the recent promising Silicon photo-multipliers (SiPMs) in UWOC receivers and study the corresponding system performance in different conditions of water turbidity. We also propose efficient transmission solutions, mainly based on pulse amplitude modulation and frequency domain equalization in order to surpass the bandwidth limitation of the emitters and SiPMs to allow high rate data transmission. The benefits of the proposed solutions are further validated through experimental measurements.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique des particules : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. 134 réf. bibliogr.

Le multidétecteur Héraclès est un assemblage de plusieurs détecteurs utilisés pour l'étude des collisions d'ions lourds. Plusieurs types de scintillateurs (BaF2 , Csl et scintillateurs plastiques (phoswich)) sont utilisés. La lumière émise par un scintillateur doit être recueillie par un photomultiplicateur pour être transformée en courant électrique et être amplifiée par un facteur pouvant aller jusqu'à 1000000. Les dernières expériences d'Héraclès ayant été grandement affectées par la variation du gain de ces dispositifs, il devenait impératif de développer un système permettant de contrôler la stabilité du gain des photomultiplicateurs. Plutôt que d'empêcher le gain des détecteurs de changer, il a été choisi de mesurer la variation de gain et de corriger les données a posteriori. Le système créé pour arriver à cette fin se sert d'un générateur d'impulsions électroniques qui alimente des diodes électroluminescentes. Le signal lumineux créé par les DEL est acheminé à l'aide de fibres optiques aux différents scintillateurs.

ATLAS est l'une des quatre expériences installées au CERN, dans le cadre du projet LHC (Large Hadron Collider). Ce document présente une étude de la calibration des photomultiplicateurs (PM) du calorimètre hadronique d'ATLAS avec un système laser et une analyse de la réponse en énergie des calorimètres d'ATLAS à des pions chargés d'énergie comprise entre 3 et 250 GeV. L'étude débute par la description de la calibration des PM du calorimètre hadronique. Les résultats produits à l'issue de l'analyse ont démontré que le système est très performant. L'analyse de la réponse des calorimètres est divisée en deux parties. On s'intéresse à la réponse des calorimètres aux pions des hautes énergies. L'étude se termine avec l'analyse de la réponse basse énergie (3-9 GeV)

L'experience spatiale AMS sera mise en orbite à partir de 2008 pour une durée de 3 ans afin d'étudier le rayonnement cosmique, l'antimatière et la matière noire. Cette thèse présente d'abord le travail mené pour les developpements de l'imageur Cherenkov (RICH) d'AMS qui conduira à une mesure précise de la vitesse et de la charge des particules. Nous exposons les caractéristiques générales de l'imageur, ainsi que la mise en oeuvre et l'analyse des données provenant de tests sur faisceau d'ions realisés au CERN. Nous présentons également les test de l'électronique frontale, l'analyse et le tri des composants les mieux adaptés à l'expérience. Une méthode d'étalonnage et de reclassement des cellules de l'imageur a été proposée et acceptée par la collaboration. Finalement, nous avons developpé un banc de test afin de déterminer l'indice de refraction des aérogels (utilisés comme matériau radiateur).

L'expérience AMS sera mise en orbite à partir de 2006 pour une durée de 3 ans afin d'étudier le rayonnement cosmique et d'ouvrir de nouvelles perspectives pour la recherche d'antimatière et de matière noire. Cette thèse présente d'abord le travail mené pour les développements du détecteur Tcherenkov (RICH) d'AMS qui conduira à une mesure précise de la vitesse et de la charge des particules le traversant. Nous exposons le choix des photodétecteurs, les tests de l'électronique, les caractéristiques générales du compteur ainsi que la mise en oeuvre de l'analyse des données obtenues avec deux prototypes (incluant des mesures au CERN). La seconde partie du travail est consacrée à l'étude théorique du rayonnement cosmique et d'un signal exotique potentiel pour AMS : les trous noirs en évaporation. Les conséquences astrophysiques, cosmologiques et gravitationnelles de l'existence de ces objets sont considérées en détails.

Ce travail de thèse porte sur différents aspects de la calorimétrie hadronique dans ATLAS. Il s'intéresse dans un premier temps aux photomultiplicateurs du calorimètre à tuiles scintillantes. Les 1000 premiers d'entre eux furent caractérisés auprès d'un banc de tests dédié. Les résultats présentés montrent que les mesures sont de très bonnes qualités et que les photomultiplicateurs choisis satisfont aux exigences de la collaboration. L'étude de leur implantation dans le calorimètre conduit alors à classer les photomultiplicateurs selon différents lots correspondants à différents types de cellules du calorimètre afin de répondre à l'ensemble des contraintes expérimentales. Retenue par la collaboration, la classification proposée est prise en compte dans l'assemblage du calorimètre. Cette thèse traite dans un second temps de la mesure des énergies des jets dans ATLAS. Sur la base d'une simulation complète de la réponse du détecteur, il montre tout d'abord que les méthodes d'étalonnage utilisées en faisceaux tests pour les pions peuvent être adaptées aux jets dans ATLAS. Il est ainsi possible de reproduire l'énergie de référence à moins de 1 % près tout en minimisant la résolution par rapport à cette dernière. Les résolutions obtenues sont compatibles avec les buts de la collaboration grâce notamment à une pondération des énergies des cellules permettant de tenir compte de la non-compensation des calorimètres. L'étalonnage in situ de la réponse du détecteur aux jets par l'intermédiaire des événements Z0+jet est alors envisagé. D'après l'analyse présentée, l'échelle absolue des énergies des jets et les résolutions sur les mesures des impulsions transverses des jets peuvent être déterminées respectivement à 1 % près, soit le but fixé par la collaboration, et à 1 GeV/c près en ne faisant appel qu'à des quantités mesurables, notamment pour corriger les effets des radiations dans l'état initial sur la contrainte en impulsion transverse utilisée.

Le développement d'un produit portable et performant, tout en limitant les coûts, répond à la croissance du marché de la détection biologique par la méthode de la biochimiluminescence. Cet outil de diagnostic d'hygiène et de qualité en temps réel in situ permet une meilleure sécurité, gestion des risques, traçabilité et surveillance des risques. Cet outil trouvera son application dans les domaines agroalimentaires, médicaux, pharmaceutiques, cosmétologiques, environnementaux (eau, air, surfaces), le tertiaire ou les collectivités. Les intérêts sont industriels, écologiques et économiques, et reflètent le désir de proposer un produit novateur et compétitif sur un marché en plein essor. En effet, la détection de certains contaminants est devenue une priorité dans la gestion des risques microbiologiques. La plupart des méthodes de diagnostic actuelles sont lentes, coûteuses, complexes, et limitées dans leur mise en uvre et leurs résultats. Le diagnostic étant essentiel dans tous les secteurs d'activité, il est impératif d'apporter des solutions alternati ves de détection et de quantification des germes pathogènes ou autre toxiques, par la conception de nouveaux outils d'analyse sur le terrain, en temps réel, avec une rapidité et une sensibilité élevées. Ceci passe par une étude fine des phénomènes de biochimiluminescence (BCL) et par la recherche des différents composants optoélectronique capables de détecter les faibles puissances lumineuses émises. Le projet de conception d'un luminomètre de terrain à base de photodiodes PIN ou avalanche, ou de photomultiplicateurs répond aux besoins de la détection et de la mesure de la puissance lumineuse rayonnée par des réactions spécifique ou non de biochimiluminescence. L'élaboration d'un appareil de mesure portable destiné à la quantification in situ de biomasse ou molécules à l'état de traces est nécessaire à l'exploitation des réactifs. En effet, les appareils existants fournissent une information en RLU (Relative Light Unit, unité arbitraire qui né cessite une comparaison à un étalon connu) et ne donnent pas une information quantifiée directe sur la concentration de l'élément recherché dans l'échantillon testé. Ils ne permettent donc pas d'optimiser la biochimiluminescence sur le terrain. L'objectif de ce travail est de mettre au point une alternative plus performante que les systèmes de détection actuels et qui soit moins onéreuse. / The development of a portable and efficient device, while reducing costs, meets the growing market for biological detection by the method of biochimiluminescence. This diagnostic tool of hygiene and quality in real time in situ allows for better security, risk management, traceability and risk monitoring.This tool will find application in the areas food, medical, pharmaceutical, cosmetic, environmental (water, air and surfaces), the tertiary or communities. Interests are industrial, environmental and economic, and reflect the desire to offer an innovative and competitive device in a booming market.Indeed, the detection of contaminants has become a priority in the management of microbiological hazards. Most current diagnostic methods are slow, costly, complex and limited in their implementation and their results.The diagnosis is essential in all industries, it is imperative to provide alternative solutions for the detection and quantification of pathogens or other toxic by the conception of new analytical tools in situ in real time with speed and high sensitivity. This requires a detailed study of biochimiluminescence (BCL) phenomena and the search for various optoelectronic components capable of detecting low power emitted light.The projet for the conception of a field-luminometer based on avalanche photodiodes, or PIN, or photomultiplier responds to the needs of detecting and measuring the light power radiated by reactions biochimiluminescence specific or not. The development of a portable measuring device for in situ quantification of biomass or molecules trace is necessary for the operation of the reactants.Indeed, existing devices provide information in RLU (Relative Light Units, arbitrary units implying a comparison to a known standard) and do not give a direct quantified information on the concentration of the desired item in the test sample. So, they do not optimize biochimiluminescence field. The objective of this work is to develop an alternative more efficient than current detection systems and is less expensive.

Ce mémoire de maîtrise présente différents détecteurs de la matrice HERACLES et les tests qui furent effectués afin de l'adapter aux nouvelles conditions expérimentales imposées au centre de recherche TRIUMF. Depuis sa création, l'ensemble de détecteurs qui composent aujourd'hui la matrice HERACLES a subi plusieurs modifications et devra en subir encore afin d'être à la fine pointe de la recherche moderne. Cet ouvrage est divisé en trois chapitres distincts. Chaque chapitre traite d'une catégorie de détecteurs et des diverses recherches associées. Le premier chapitre traite des détecteurs à neutrons et des corrections à effectuer afin d'améliorer l'efficacité de détection. Le second aborde les modifications sur les détecteurs composés de scintillateurs CsI(Tl). Finalement, le troisième et dernier chapitre porte sur un type de photomultiplicateur à position qui est envisagé dans la composition de la matrice. Ce travail présente une combinaison de simulations effectuées grâce au logiciel GEANT4 et d'expériences en laboratoire. Les résultats des simulations furent utilisés pour obtenir des corrections à des données d'une expérience et à connaître les meilleures corrections potentielles à tester pour les différents détecteurs.