Ce travail porte sur l'étude de la propagation de décharges couronnes impulsionnelles à pression atmosphérique dans les milieux poreux et/ou alvéolaires. Face à la complexité des phénomènes mis en jeu, liés aux interactions entre la décharge et les surfaces du matériau qui la confine, nous proposons l'étude de décharges confinées par des structures élémentaires. L'étude du confinement radial des décharges, assuré par un large panel de capillaires, a été réalisée. Des diagnostics électriques et optiques de pointe permettent d'étudier la propagation de la décharge au sein des différents capillaires. La corrélation entre ces diagnostics a même permis des mesures de vitesse de propagation au sein de capillaires opaques. Les résultats montrent que la propagation de la décharge dépend grandement de la géométrie des capillaires et des paramètres électriques de génération de la décharge. Dans le cas de sections carrées ou rectangulaires, les arêtes induisent un renforcement local du champ qui attire la décharge. Dans le cas de capillaires cylindriques, le diamètre interne est le paramètre crucial qui détermine aussi bien la structure de la décharge que sa vitesse de propagation. Quelle que soit la nature du capillaire, la propagation présente alors une vitesse optimale à tout autre paramètre constant pour une valeur donnée du diamètre interne. Dans le cas du verre, la vitesse est maximale pour un diamètre interne de 200 µm. L'épaisseur et la permittivité diélectrique du capillaire possèdent également une influence sur la propagation de la décharge radialement confinée. Ainsi, diminuer l'épaisseur ou la permittivité diélectrique engendre une accélération de la décharge. Si l'épaisseur est très faible, la décharge peut même se déconfiner pour se propager à l'extérieur du capillaire. Une étude spectroscopique complémentaire montre que la réduction du diamètre de confinement implique une augmentation de la température du plasma, ce qui pourrait contribuer à l'obtention de ce profil de vitesse en fonction du diamètre de confinement. L'étude du confinement axial des décharges a ensuite été réalisée en insérant des membranes de différentes natures et caractéristiques, perpendiculairement à l'axe pointe plan. Les résultats montrent que la décharge présente une propagation en trois étapes : pointe/membrane, radialement au voisinage de la membrane, puis membrane/plan. Dans cette étude, nous avons mis en évidence l'importance du critère poreux ou non de la membrane. Dans le cas poreux, la propagation de la décharge dans l'ensemble du gap est continue, même pour des pores de l'ordre de la dizaine de µm. Dans le cas non poreux, la propagation est discontinue, et il est nécessaire pour assurer la propagation dans l'ensemble du gap qu'un ré-allumage ait lieu de l'autre côté de la membrane. Après l'instant de l'impact sur la membrane, la décharge marque un arrêt qui correspond à la réorganisation des charges et à la restructuration du champ électrique dans le gap. Elle se propage ensuite radialement au voisinage de la membrane en plusieurs fronts d'ionisation. Si les conditions de claquage sont réunies dans le volume membrane/plan, alors un ré-allumage apparaît à partir de la membrane pour atteindre le plan. L'étude de ces ré-allumages semble montrer l'importance de la position de la membrane au sein de l'espace inter-électrodes et de la dynamique des charges aux surfaces de la membrane. Plus on diminue la distance membrane/plan, plus il est facile d'en observer. Nous montrons également que la diminution de la permittivité diélectrique de la membrane ou l'augmentation de son épaisseur, semble augmenter la probabilité de ces ré-allumages. Dans le cas poreux, nous avons également mis en évidence l'influence de la taille des pores de la membrane sur l'ensemble des étapes de propagation. Lorsque la porosité est inférieure à 100 µm la propagation de la décharge est ralentie du fait de la difficulté de la décharge à traverser directement le matériau.

L'astrophysique de laboratoire est un domaine de la Physique des Hautes Densités d'Énergie en plein essor. Elle vise à recréer en laboratoire des processus physiques difficilement accessibles avec les diagnostics astronomiques. Nous aborderons, dans cette thèse, trois sujets majeurs: 1) les jets issus d'étoiles jeunes caractérisés par une collimation importante et se terminant par un choc d'étrave; 2) les chocs radiatifs pour lesquels le rayonnement propre du choc joue une rôle prépondérant dans sa structure et 3) les chocs d'accrétion dans le cas des variables cataclysmiques magnétiques dont l'important facteur de refroidissement permet d'atteindre la stationnarité. De la conception à la réalisation expérimentale, nous nous attacherons à reproduire en laboratoire chacun de ces processus en respectant les lois d'échelle liant les deux situations (expérimentale et astrophysique) précédemment établies. L'implémentation d'un grand nombre de diagnostics visibles et X nous permettra enfin de les caractériser complètement et de calculer les nombres sans dimension assurant la pertinence astrophysique.

La diffusion Raman Stimulée (DRS) est étudiée dans le contexte des plasmas qui sont pertinents pour la Fusion par Confinement Inertielle (FCI). Dans un plasma inhomogène le processus d'auto-résonance de l'onde Langmuir, générée par DRS, peut se produire dans le régime cinétique (k_L*lambda_D>0.25) et conduire à des amplitudes au delà du niveau de l'amplification attendue due à l'inhomogénéité selon Rosenbluth [M. N. Rosenbluth, Phys. Rev. Lett. 29, 565 (1972)]. On démontre que des effets cinétiques faibles, comme le piégeage d'électrons donnent lieu à un décalage de fréquence non-linéaire (dépendant de l'amplitude), et peuvent compenser le déphasage de la résonance de DRS des trois ondes, observé dans les plasmas inhomogènes. Un modèle analytique du processus d'auto-résonance décrivant à la fois la croissance, la saturation et la phase des ondes de Langmuir a été développé. Ce modèle est en excellent accord avec les résultats des simulations cinétiques (particle-in-cell) pour des paramètres proches des conditions des plasmas des expériences de la fusion laser (Laser Mégajoule, National Ignition Facility). Une application possible de l'autorésonance est proposée sous la forme d'un amplificateur de Raman.

La détermination du ralentissement des ions (ou pouvoir d'arrêt) dans la matière tiède et dense est un enjeu fondamental notamment dans le cadre de la fusion par confinement inertiel. Au cours de mon travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la modification de l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense, cette quantité jouant un rôle important dans le calcul du pouvoir d'arrêt. Nous avons tiré partie des propriétés bien connues des faisceaux d'ions générés par laser intense à impulsion courte pour étudier au cours de deux expériences réalisée sur les installations ELFIE et TITAN l'évolution de l'état de charge d'un faisceau d'ions carbones et hélium après traversée d'une cible d'aluminium chauffée de manière isochore par un faisceau de protons énergétique. Les deux premiers chapitres présentent les enjeux du sujet à la fois d'un point de vu théorique et expérimental - y sont présentés les différents outils de simulations utilisés au cours de l'étude. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des propriétés des faisceaux d'ions générés par lasers dans l'optique de nos expériences pour étudier le pouvoir d'arrêt. Nous avons notamment étudiés au cours de deux expériences les faisceaux d'ions produits en utilisant des cibles à densité inférieur à celle du solide. Dans le dernier chapitre sont présentées les montages et résultats des deux expériences sur l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense. Les données dans la matière froide obtenues au cours de nos expériences sont confrontées avec succès aux résultats antérieurs recueillis sur des accélérateurs conventionnels.

Nous avons étudié le couplage entre un plasma crée par laser et un champ magnétique dans deux configurations : 1) celle où les champs magnétiques sont autogénérés au cours de l'interaction laser-plasma, problématique liée à celle de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI) et 2) celle où un champ magnétique externe est appliqué à un plasma laser en expansion libre dans le vide, configuration permettant notamment la modélisation en laboratoire des jets de matière observés en astrophysique. La première partie de cette thèse est donc dédiée à une étude numérique et expérimentale de la dynamique des champs magnétiques autogénérés lors de l'irradiation d'une cible solide par un laser de puissance (de durée d'impulsion nanoseconde ou picoseconde). Ces champs sont à considérer dans le cadre de la FCI car, en influençant la dynamique des électrons générés dans l'interaction, ils conditionnent en partie la réussite des expériences de fusion. La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude expérimentale et numérique de la capacité qu'a un champ magnétique externe à modifier la morphologie d'un jet de plasma produit par laser, notamment à le collimater. Ce travail vise à mieux comprendre le phénomène de collimation à grande échelle observée dans les jets astrophysiques. Nous montrons notamment qu'un champ magnétique purement axial peut contraindre un écoulement, au départ isotrope, en un choc de recollimation générant un étroit jet bien collimaté, un phénomène non expliqué dans le cadre des théories jusqu'alors prévalentes. La convergence observée, et le chauffage subséquent, du plasma au point recollimation sont de plus avancés comme permettant d'expliquer d'intrigantes observations d'émission X stationnaire au sein des jets astrophysiques.

La fusion thermonucléaire peut être obtenue sur les installations laser de classe mégajoule (NIF, LMJ) par l'implosion d'un mélange de Deutérium-Tritium confiné dans un microballon. Afin d'apporter les corrections adéquates sur les conditions expérimentales en vue de la réussite de ces expériences de fusion, il est nécessaire, entre autre, de qualifier la symétrie d'implosion. C'est le rôle dévolu à des chaînes de mesure spécifiques appelées diagnostics d'imagerie X. Aucun imageur X conçu à ce jour ne permet de réaliser cette mesure sans être perturbé par l'ambiance radiative engendrée par les produits des réactions nucléaires. L'imageur X développé dans cette thèse devra donc réaliser une image à haute résolution et à haute énergie tout en considérant les contraintes liées à cette ambiance nucléaire. La démarche a consisté tout d'abord à concevoir un système d'imagerie X permettant de réaliser l'image du microballon avec une résolution de 5 µm dans la bande 10-95 keV et à garantir sa survie face à l'agression nucléaire. Cette image X a été convertie en lumière visible par un scintillateur afin de permettre son transport vers une zone radio protégée où le système d'enregistrement est localisé. Cet analyseur optique constitué d'un amplificateur de luminance et d'un détecteur pixélisé a également été étudié et une nouvelle méthode permettant de réduire les perturbations transitoires induites par les rayonnements ionisants a été mise au point. La fonction de transport d'image est assurée au moyen d'un relai optique, conçu spécialement pour supporter les perturbations induites par les rayonnements ionisants. Ce dimensionnement par parties associé à des simulations Monte-Carlo (GEANT4) et des campagnes expérimentales (sur l'installation OMEGA du LLE) ont permis d'aboutir à une architecture cohérente de diagnostic permettant de supporter des niveaux de perturbations encore jamais atteints.

La focalisation d'un laser intense sur une surface solide entraine l'ionisation presque complète du milieu, donnant lieu à la formation d'un plasma de densité plusieurs centaines de fois supérieure à la densité critique. La dynamique collective des électrons du plasma est alors dictée par l'action du champ laser, et peut donner lieu à l'émission d'un train d'impulsions XUV de durée attoseconde. Les motivations de ce travail de thèse sont les suivantes : démontrer que l'on peut, en contrôlant tir à tir la forme exacte du champ électrique du laser, guider de façon reproductible la dynamique des électrons du plasma avec une précision attoseconde, et par conséquent la structure temporelle du train d'impulsions attosecondes généré. Pour réaliser cette expérience, nous avons tout d'abord mis en place un dispositif expérimental d'interaction laser-solide au kHz, dimensionné pour assurer des conditions d'interaction parfaitement reproductible tir à tir. Une fois ce dispositif éprouvé et les premières harmoniques détectées, nous avons ensuite démontré, en observant le spectre de l'émission XUV, le contrôle attoseconde de la dynamique des électrons du plasma en utilisant la source laser de deux cycles optiques stabilisée en phase. Enfin, nous avons observé expérimentalement, par la technique du phare attoseconde, le contrôle spatio-temporel par le champ laser du train d'impulsions attosecondes, donnant notamment lieu à la génération d'un groupe d'impulsions attosecondes isolées spatialement.

Nous présentons dans ce mémoire les résultats concernant la caractérisation spectroscopique spatiotemporelle de plasmas d'ablation laser obtenus à partir de cibles de céramiques d'oxydes complexes (CCTO et BSTO). Nos mesures montrent que les différentes espèces constituant le plasma évoluent de façons similaires quelque soit leur degré d'ionisation et ceci pour l'ensemble des conditions de pression et de fluence explorées. Nous montrons aussi que dans les premiers instants suivant l'impact laser, le plasma est fortement non-uniforme et se propage selon une seule dimension, il s'uniformise par la suite et s'expanse alors dans les trois dimensions. Une collaboration avec le laboratoire LP3 (Université de Marseille) nous a permis d'estimer les paramètres caractéristiques du plasma (température, densité électronique, épaisseur) à partir de la confrontation entre nos spectres expérimentaux et les résultats de la simulation de la radiance spectrale du plasma. A partir de cette confrontation, nous confirmons qu'il existe une forte corrélation entre l'inhomogénéité du plasma et son type d'expansion. Grâce à l'analyse spectrale il a été possible d'identifier et de quantifier des polluants présents dans les cibles, nous avons pu ainsi estimer des concentrations minimales pouvant atteindre la dizaine de ppm selon le type de polluant.

Afin de mettre à profit les propriétés des plasmas pour développer des fonctions hyperfréquences originales, le milieu plasma doit d’abord être caractérisé dans cette gamme de fréquence car son expansion et sa densité, supposée homogène, sont des paramètres mal maîtrisés. Une méthode de mesure de la constante diélectrique du plasma a donc été développée pour déterminer une permittivité relative complexe moyenne dans les conditions d’utilisation et d’excitation. A partir d’un modèle basé sur une méthode modale, et de la mesure de fréquence de résonance d’un résonateur, on caractérise un milieu plasma (permittivité, fréquence de coupure plasma) généré au sein d’une ligne microruban multicouches. Cette thèse, à l’intersection entre deux disciplines, plasmas et micro-ondes, valide l’utilisation de plasma localisé au sein d’une technologie planaire multicouches pour dimensionner des lignes d’impédance et/ou longueur de ligne variables. Elle met également en avant les difficultés rencontrées en termes de réalisation, pour générer des plasmas reproductibles et stables. / In order to take profits of the plasma properties to develop new hyperfrequency funtioncs, the plasma media must be first characterize in this frequency range because his expansion and density, supposed homogeneous, are parameters not well known. A method of measurement of the plasma’s dielectric constant have been developped to determine an average relative complexe permittivity in the condition of use and excitation. From this method based on a modal method, and from the measurement of the resonant frequency, we can characterize the plasma media (permittivity, cut-off frequency of the plasma) generated within a multilayer microstrip line. This thesis, which verge on the junction between two major fields : microwaves and plasma physics, allowed us to ascertain on the local use of plasma media within multilayer planar technology, in order to design lines with variable impedance and/or variable electrical length. It also highlights on the major difficulties with the generation of stable and reproductible plasma.

In this work, we study the time evolution of systems containing a large number of particles interacting via a $1/r$ binary interaction potential, such as Coulombian and self-gravitating systems. In particular, we study the effect on the dynamics of the Holtsmark-Chandrasekhar theory, which describes the static fluctuations of the total force field around the Vlasov mean-field. We derive these effects by developing a new perturbative theory using the fundamental representation of Statistical Mechanics :The BBGKY hierarchy. This leads to a modification of the Vlasov equation by an additional term involving a fractional Laplacian to the power $3/4$ in velocity space, and a fractional iterated time integral of order $1/2$. We show that one of the consequences of this new term for spatially homogeneous systems is the appearance in the velocity distribution of long tails in $v^{-5/2}$. By extension, similar behaviors can be expected for weakly inhomogeneous systems. These long tails correspond to a universal mechanism related to the divergence of the interaction potential in $1/r$. More specifically, they are induced by the long tails of the total force field distribution as described by the Holtsmark-Chandrasekhar theory. Such a result cannot be obtained from theories based on the weak-coupling between particles, which lead to the Vlasov term, and, the Landau collision operator at the next order. We verify numerically these results by means of molecular dynamics simulations. We study the evolution of the velocity distributions for times very short compared to the violent relaxation time. In this particular time regime, we find, as expected, power laws in $v^{alpha}$ for the velocity distribution tail. In particular, when the regularization parameter of the interaction potential tends to $0$, the exponent in the power law indeed tends from below toward the theoretically predicted value $alpha=-5/2$. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished