Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur le diagnostic de réseaux filaires en ligne. Il s'agit de détecter et de localiser des défauts électriques permanents ou intermittents sur le réseau d'un système alors que celui-ci est en fonctionnement. Ce type de diagnostic passe par des méthodes basées sur le principe de la réflectométrie, utilisées jusqu'alors pour le diagnostic hors ligne. L'objectif est l'étude et l'optimisation de méthodes de réflectométrie et la mise au point des traitements associés dans le but d'automatiser le diagnostic et de l'embarquer au sein du système cible pour une exécution en temps réel. La première contribution concerne l'utilisation de signaux multiporteurs afin de minimiser les interférences entre le système cible en fonctionnement et la réflectométrie. Cela requiert la mise en oeuvre d'algorithmes de déconvolution impulsionnelle également utilisés pour effectuer les traitements haute résolution. Une méthode de déconvolution semi-aveugle à faible coût de de calcul est notamment proposée. Le cas de la réflectométrie distribuée, qui consiste à effectuer l'injection et la mesure simultanément en plusieurs points d'un même réseau est également abordé. Une méthode de filtrage innovante, qualifiée de "moyennes sélectives", est proposée pour résoudre le problème des interférences entre les modules soulevé par l'injection simultanée de plusieurs signaux. Enfin, les différents aspects liés à la mise en oeuvre et à l'automatisation sont traités. Un algorithme innovant de détection des défauts intermittents en milieu bruité est notamment proposé. / Research works presented in this thesis rely on on line diagnosis of wire networks. It consists indetecting and locating intermittent or permanent electrical faults, on a system's network while this system is running. Such a diagnosis is based on the principle of reflectometry which is used for off line diagnosis until then. The aim is the analysis and improvement of reflectometry methods and the implementation of related processing in order to automate and to embed it in the target system for a real time execution. The first contribution refers to the use of multicarrier signals so as to minimize interferences between the running target system and the reflectometry module. Pulse deconvolution algorithms are required for this purpose. These algorithms are also used for high resolution processing described subsequently. A low computational cost semi-blind deconvolution method is proposed among others. Distributed reflectometry, consisting in the simultaneous injection of signals at several points of the network, is then studied. An innovative filtering method called "selective average" is proposed as a solution to the problem of interferences due to the simultaneous injection of the modules. Finally several considerations on the implementation and automation are studied. An innovative intermittent fault detection algorithm for noisy environment is also proposed.

Pour augmenter sa compréhension du monde qui l’entoure, le physicien moderne ne cesse de travailler au développement d’outils théoriques ou expérimentaux pour l’aider à répondre à ses questions fondamentales. Une partie de ces chercheurs tente de répondre à une question bien définie, mais simultanément très vague : qu’est-ce que le bruit électro- nique? Guidés par cette idée, certains étudient des dispositifs comme la jonction tunnel ou la jonction Josephson, alors que d’autres travaillent à l’amélioration des méthodes de détection du bruit. Le présent mémoire de maîtrise traite donc de la conception d’un outil de détection bien particulier, le micro-bolomètre supraconducteur de niobium-titane-niobium. La théorie derrière le fonctionnement d’un tel dispositif est expliquée à l’aide d’une comparaison entre un bolomètre conventionnel et un bolomètre supraconducteur. Des concepts comme la sensibilité d’un détecteur, la conductance thermique et la méthode d’utilisation sont présentés. Les étapes du procédé de fabrication sont ensuite explicitées dans les moindres détails. Finalement, les propriétés électroniques d’un tel micro-bolomètre sont analysées à l’aide de la courbe caractéristique courant-tension, de la courbe de transition supraconductrice en température et de dfférentes mesures en réflectométrie. La puissance équivalente de bruit (NEP) mesurée est de l’ordre de 10[indice supérieur −17] W/√Hz et le temps caractéristique de détection est de 1.43 μs. Le dispositif présenté dans ce mémoire a un avantage important par rapport aux bolomètres supraconducteurs généralement utilisés : il ne nécessite pas de courant de polarisation continu pour le mettre en fonctionnement. Ceci peut résulter en divers avantages technologiques.

Le but de cette thèse est d'améliorer les techniques d'analyse de données de la réflectométrie à balayage de fréquence pour la détermination du profil de densité des plasmas de fusion. Au cours des deux dernières décennies, des améliorations significatives ont été apportées sur la partie matérielle et sur d'extraction des signaux, mais l'analyse des données est en retard et nécessite d'autres améliorations pour répondre aux spécifications exigées pour un fonctionnement en continu des futurs réacteurs. Les améliorations obtenues lors de ce travail de thèse sur la reconstruction des profils de densité fournissent une meilleure précision en un temps plus court ceci même en présence de trou de densité conduisant à une mesure des propriétés de la turbulence suffisamment précise pour valider des modèles numériques et permettant la surveillance en temps réel de la forme et de la position du plasma / The goal of this PhD is to improve the data analysis techniques of frequency swept reflectometry for determination of the density profile of fusion plasmas. There has been significant improvements in the last two decades on the hardware design and signal extraction techniques, but the data analysis is lagging behind and require further improvements to meet the required standards for continuous operation in future reactors. The improvements obtained in this thesis on the reconstruction of density profiles provide a better accuracy in a shorter time, even in the presence of a density hole, also enabling sufficiently precise measurements of the properties of turbulence used to validate numerical models, and allowing real-time monitoring of the shape and position of the plasma

La thèse porte sur l'interprétation des données de réflectométrie pour extraire les caractéristiques de la turbulence construites à partir de simulations numériques bidimensionnelles. Il a été démontré que la résonance due au piégeage de l'onde peut apparaître dans le plasma fluctuant et produire des sauts de phase. Cette interprétation à faible niveau de turbulence est directe. Cependant, le niveau de turbulence du bord du plasma est généralement élevé menant ainsi le réflectomètre à un comportement non linéaire. En conséquence, il y a une perte de cohérence de l'onde de sondage et un élargissement du faisceau-sonde après la traversée de la couche de turbulence. Cette étude a montré qu'une petite longueur de corrélation de la turbulence conduit à un faible élargissement et à de fortes variations de la phase du faisceau-sonde. Pour étudier comment une forte turbulence de bord affecte le signal de réflectométrie à balayage ultra rapide en fréquence (USFR) obtenu lors d'un sondage. Pour étudier cela des séries de simulations 2D ont été réalisées. Simultanément les spectres de variations de phase et de variations d'amplitude du réflectomètre ont été analysés. Il a été constaté que des pics spectraux correspondant à une diffusion accrue dans la région de turbulence de bord peuvent être observés dans les spectres de variations d'amplitude du signal. Un USFR utilisant une configuration de réflectométrie poloïdale a été proposé pour accéder à plus d'informations sur la turbulence de bord où le déplacement poloïdal des antennes réceptrices entraîne un glissement du pic de diffusion. En perspective, ces mesures peuvent fournir des informations supplémentaires sur, la déformation du faisceau-sonde, les propriétés de la turbulence et faciliter la mesure du signal cohérent porteur de l'information sur la turbulence de cœur du plasma. En plus, le code 2D "full-wave" a été appliqué en tant que diagnostic synthétique aux données de simulation gyro-cinétique du code de turbulence Gysela pour une décharge du tokamak de Tore-Supra. Les signaux de réflectométrie à fréquence fixe ont montré un bon accord entre la longueur de corrélation d'amplitude du signal avec celle de la turbulence utilisée comme donnée d'entrée. Il en a été de même pour analyser la longueur de corrélation et les spectres de nombre d'onde obtenus par un USFR pour le tokamak ASDEX-Upgarde / Plasma turbulence studies are essential for successful operation of magnetic confinement fusion devices. Ultra-Fast Swept Reflectometry (USFR), a diagnostic widely used for the measurement of turbulence radial wave-number spectra. While the interpretation of reflectometry data is quite straightforward for small levels of turbulence, it becomes much trickier for larger levels as the reflectometer answer is no longer linear with the turbulence level. It has been shown for instance that resonances due to probing field trapping can appear in turbulent plasma and produce jumps of the signal phase. In the plasma edge region the turbulence level is usually high and can lead to a non-linear regime of the reflecetometer response. The loss of probing beam coherency and beam widening when the probing beam crosses the edge turbulence layer can affect USFR core measurements. Edge turbulence with a long correlation length leads to small beam widening and strong distortion of the probing wave phase. However backscattering effects from turbulence with short correlation lengths are also able to cause reflectometer signal change. To study turbulence wave-number spectra together with reflectometer signal phase variations, signal amplitude variations can be analyzed. Unlike signal phase variation, amplitude does not suffer from resonant jumps, and can give more clear qualitative evaluation of turbulence structure. In the case when the turbulence amplitude peaked in the edge region, it can be detected as spectral peak near local Bragg resonance wave-number. USFR with a set of receiving antennas arranged poloidally was proposed to obtain more information on the edge turbulence properties. A displacement of the spectral peak appears when the receiving antenna is misaligned with the emitting one. In perspective peak displacement measurements can provide additional information on probing beam shaping and turbulence properties and help in coherent mode observation. A 2D full wave code was applied as a synthetic diagnostic to Gysela gyro-kinetic for study of Tore-Supra tokamak core turbulence. Radial correlation lengths computed from the amplitude of multi-channel fixed frequency reflectometry signals have shown good agreement with the turbulence correlation length. The synthetic diagnostic was then applied to analyze the correlation length and wave-number spectra obtained by USFR in the ASDEX-Upgrade tokamak. A comparison between 1D and 2D results have shown different behavior. However correlation lengths measured with UFSR signals are in the same order with turbulence ones

Sommaire L’oxygène fait partie intégrante de l’environnement et ceci jusqu’au fonctionnement même des structures cellulaires qui composent le corps humain. Deux systèmes sont intimement liés à la distribution de l’oxygène, ce sont les systèmes cardiovasculaire et respiratoire. La transparence du système optique de l’œil peut être exploitée afin de mesurer de façon non invasive la concentration en oxyhémoglobine du sang qui alimente le système nerveux central. L’oxygénation capillaire de l’œil a été mesurée par spectro-réflectométrie dans deux régions de l’œil: d’une part les capillaires de la zone du nerf optique qui représentent principalement la circulation rétinienne; d’autre part, les capillaires du limbe cornéen. Cinq sujets volontaires, non fumeurs, sains, âgés de 20 à 45 ans et cinq sujets volontaires, fumeurs, sains, âgés de 20 à 40 ans ont participé à cette étude. Tous ces sujets ont été exposés à des conditions d’hyper et d’hypo oxygénation. Une séance d’expérimentations était composée d’un enregistrement continu de 360 secondes. Durant la première étape de 60 secondes, le sujet respirait de l’air ambiant. Durant une deuxième étape de 180 secondes, le sujet était exposé soit à une condition d’hyper (60% O2) soit, à une condition d’hypo oxygénation (15% O2), tandis que les 120 dernières secondes de la séance de mesure permettait d’exposer le sujet, une fois de plus à l’air ambiant. Le rythme cardiaque et les changements d’oxygénation artérielle au niveau du doigt étaient mesurés pendant ce temps vec le sphygmo-oxymètre. Les variations du taux d’oxyhémoglobine du sang au niveau capillaire de l’œil (nerf optique ou sclérotique) étaient toujours en corrélation directe avec les variations du taux d’oxyhémoglobine artériel. Toutefois, les capillaires du nerf optique offrent plus de précision pour les mesures d’oxygénation, relativement aux mesures d’oxygénation du sang contenu dans les capillaires de la sclérotique. La précision de la mesure de la concentration d’oxyhémoglobine obtenue dans cette étude par spectro-réflectométrie de l’œil, en fait un instrument utile au diagnostic d’une grande partie des pathologies pulmonaires ou oculaires. / Abstract Oxygen is an integral part of the environment. It has a major role to play in the cellular structures of the human body. The two systems, which are closely related to the distribution of oxygen within the body are the cardiovascular and the respiratory systems. The transparency of the eye can be used as a way to non-invasively measure the concentration of oxyhemoglobin in the blood which feeds the central nervous system. The capillary oxygenation of the eye was measured using multichannel spectro-reflectometry technology. Two areas of the eye were studied: the capillaries of the optical nerve which represent retinal circulation as well as the capillaries of the eye at the corneal limbus. Five healthy non-smoking volunteers aged 20-45 years and five healthy smoking volunteers aged 20-40 years took part in this study. All subjects were exposed to hypo and hyper oxygenation conditions. The experimental session was composed of a continuous recording of 360 seconds. In the first 60 seconds, volunteers breathed ambient air, followed by a second phase of 180 seconds during which the subjects were either exposed to a condition of hyper (60% O2) or hypo oxygenation (15% O2). The final phase of the experimental session was an exposure to ambient air. Cardiac rhythm and arterial oxygenation were measured at the tip of the finger with a sphygmo-oxymeter. Clearly, variations in the oxyhemoglobin blood concentration in the capillaries of the optic nerve or the sclerotic are always directly correlated with variations in the arterial oxyhemoglobin levels. However, the optic nerve capillaries offer more precision for measurements of oxygenation as compared to the sclerotic capillaries. In this study, accurate information has been provided on the oxyhemoglobin concentration using spectro-reflectometry of the eye. This technology could become a tool in the diagnosis of various pulmonary or ocular pathologies.

La turbulence plasma engendre un transport anormal de la chaleur et des particules qui dégrade l’efficacité d’un réacteur de fusion. La mesure de la turbulence plasma dans un tokamak est donc essentielle à la compréhension et au contrôle de ce phénomène. Parmi les instruments de mesure à disposition, le réflectomètre à balayage installé sur le tokamak Tore Supra a accès à la densité du plasma et ses fluctuations depuis le bord jusqu’au centre des décharges, avec une excellente résolution spatiale (mm) et temporelle (µs), de l’ordre des échelles de la turbulence. Cette thèse est dédiée à la caractérisation de la turbulence plasma dans Tore Supra à partir de mesures de réflectométrie à balayage ultrarapide. Des analyses de corrélations ont permis d’évaluer les échelles spatiales et temporelles de la turbulence ainsi que sa vitesse radiale. Dans la première partie, la caractérisation des propriétés de la turbulence à partir des profils de densité reconstruits est discutée, notamment au travers d’une comparaison avec les données des sondes de Langmuir. Ensuite une étude paramétrique est présentée mettant en relief l’effet de la collisionalité sur la turbulence, dont une interprétation est proposée en termes de stabilisation d’une turbulence électronique due aux électrons piégés. Finalement, on illustre comment le chauffage additionnel produit une modification locale de la turbulence dans le plasma proche des parois, se traduisant par une augmentation de la vitesse des structures et une diminution de leur temps de corrélation. L’effet supposé des potentiels rectifiés générés par l’antenne est étudié à l’aide de simulations. / The performance of a fusion reactor is closely related to the turbulence present in the plasma. The latter is responsible for anomalous transport of heat and particles that degrades the confinement. The measure and characterization of turbulence in tokamak plasma is therefore essential to the understanding and control of this phenomenon. Among the available diagnostics, the sweeping reflectometer installed on Tore Supra allows to access the plasma density fluctuations from the edge to the centre of the plasma discharge with a fine spatial (mm) and temporal resolution (µs ) , that is of the order of the characteristic turbulence scales.This thesis consisted in the characterization of plasma turbulence in Tore Supra by ultrafast sweeping reflectometry measurements. Correlation analyses are used to quantify the spatial and temporal scales of turbulence as well as their radial velocity. In the first part, the characterization of turbulence properties from the reconstructed plasma density profiles is discussed, in particular through a comparative study with Langmuir probe data. Then, a parametric study is presented, highlighting the effect of collisionality on turbulence, an interpretation of which is proposed in terms of the stabilization of trapped electron turbulence in the confined plasma. Finally, it is shown how additional heating at ion cyclotron frequency produces a significant though local modification of the turbulence in the plasma near the walls, resulting in a strong increase of the structure velocity and a decrease of the correlation time. The supposed effect of rectified potentials generated by the antenna is investigated via numerical simulations.

La supraconductivité s’établit par une organisation collective des électrons, décrite dans le cadre de la théorie BCS par une même fonction d’onde macroscopique. En présence de fort désordre, la situation est plus complexe : le désordre induit un renforcement des interactions coulombiennes et une localisation des électrons, s’opposant à l’établissement de la supraconductivité. Pour un désordre critique, la supraconductivité est détruite et le système devient métallique ou isolant. A 2D, en l’absence de fortes interactions coulombiennes, la théorie de la localisation d’Anderson interdit l’existence d’un état métallique : le désordre induit une Transition Supraconducteur-Isolant (TSI). Durant cette thèse, nous avons étudié les propriétés de transport à très basse température de films minces amorphes de NbxSi1-x. Nous avons effectué des mesures de résistance à basse fréquence à travers la TSI et initié des mesures d’impédance complexe à hautes fréquences (quelques GHz), afin de sonder la dynamique du système à travers la TSI. L’étude du transport statique s’est focalisée sur l’évolution du NbxSi1-x avec le recuit. Ce paramètre induit une variation progressive du désordre microscopique de notre système, ce qui nous a permis d’étudier finement la TSI. Nous avons ainsi mis en évidence deux états dissipatifs, séparant les états supraconducteurs et isolants, et non-prédits par les théories actuelles. Par ailleurs, nous avons mis au point un dispositif de mesure de réflectométrie micro-onde large bande. Nous avons en particulier développé une méthode de calibration, utilisant non pas la mesure de références externes comme il est usuel, mais un ensemble d’hypothèses sur la réponse électrodynamique des échantillons. Cette méthode permet de s’affranchir de l’environnement micro-onde de ceux-ci. Les résultats obtenus permettent une première validation de cette démarche et constituent donc un premier pas vers la détermination de la réponse dynamique absolue du système à travers la TSI. / Superconductivity is established by the collective organization of electrons, then described within the BCS theory through a single macroscopic wave function. In the presence of strong disorder, the situation becomes more complex: disorder enhances Coulomb interactions and induces the localization of electrons. These two phenomena act against superconductivity. For a critical disorder, the superconducting state is destroyed and the system becomes either metallic or insulating. In 2D, in the absence of strong Coulomb interactions, the theory of Anderson localization prevents the existence of a metallic state. Disorder thus induces a Superconductor-Insulator Transition (SIT). We have studied the transport properties of amorphous NbxSi1-x thin films at very low temperature. We have performed resistance measurements at low frequencies through the SIT and initiated measurements of the complex impedance at higher frequencies (a few GHz) in order to probe the dynamics of the system through this quantum phase transition. The study of the static properties of NbxSi1-x films have focused on the effect of annealing. This parameter induces a gradual variation of the microscopic disorder of this system, which allowed us a very fine tuning of the SIT. We have thus evidenced two dissipative states, non-predicted by the current theories of the SIT, which separate the superconducting and insulating ground states. In parallel, we have set up a broadband microwave reflectometry experiment. In particular, we have developed a calibration procedure based on hypotheses on the electrodynamic response of the samples and not on the measure of external references as it is usual. This method allows us to measure the sample’s response independently from the experimental setup. The results we have obtained provide a first validation of this approach and therefore constitute a first step towards the determination of the absolute dynamical response of the system through the SIT.

L’étude systématique de la turbulence plasma dans les tokamaks, via une méthode de paramétrisation des spectres de fréquence extraits de la base de données de réflectométrie de Tore Supra a été effectuée. Cette base de données est constituée de 350 000 acquisitions obtenues à partir de 6 000 chocs incluant différents scénarios de chauffage. La paramétrisation consiste en une décomposition de chaque spectre en quatre composantes : la composante dite continue, les fluctuations de basse fréquence (BF), la turbulence à large bande en fréquence (BB) et le niveau de bruit où chaque composante a été approchée par une fonction prédéfinie. Pour la composante de turbulence BB, trois fonctions différentes ont été testées et comparées. La fonction gaussienne généralisée et la fonction de Taylor ont montré d’excellentes performances dans la plupart des cas. Dans les plasmas ohmiques, EBB dans le régime de confinement ohmique saturé est systématiquement plus élevé que dans le régime de confinement ohmique linéaire. Dans les plasmas en mode bas confinement L, EBB dans les plasmas chauffés par une onde à la résonance. / To systematically study the plasma turbulence in tokamaks, a parametrization method of frequency spectra from the Tore Supra reflectometry database has been developed. The database includes 350,000 acquisitions obtained from 6,000 discharges with different heating scenarios. In the parametrization, each spectrum has been decomposed into four component: the direct current component, the low-frequency (LF) fluctuations, the broadband (BB) turbulence and the noise level, and each component has been fitted by a function. Specifically for the BB turbulence component, three different functions have been tested and compared. The generalized Gaussian function and the Taylor function have shown excellent fitting performance. In Ohmic plasmas, EBB in the saturated Ohmic confinement regime is observed to be systematically higher than in the linear Ohmic confinement regime. In L-mode plasmas, EBB in the ion cyclotron resonance heating plasmas is globally much higher than in the lower hybrid heating plasmas. The collisional effects on the modifications of the spectra have also been studied. With the previous kinetic simulation results, a change of the dominating micro-instabilities, i.e., between the trapped electron modes and the ion temperature gradients modes, has been proposed to explain the behaviors of EBB, supported by database analysis of the density peaking and the LF component.

Sommaire L’oxygène fait partie intégrante de l’environnement et ceci jusqu’au fonctionnement même des structures cellulaires qui composent le corps humain. Deux systèmes sont intimement liés à la distribution de l’oxygène, ce sont les systèmes cardiovasculaire et respiratoire. La transparence du système optique de l’œil peut être exploitée afin de mesurer de façon non invasive la concentration en oxyhémoglobine du sang qui alimente le système nerveux central. L’oxygénation capillaire de l’œil a été mesurée par spectro-réflectométrie dans deux régions de l’œil: d’une part les capillaires de la zone du nerf optique qui représentent principalement la circulation rétinienne; d’autre part, les capillaires du limbe cornéen. Cinq sujets volontaires, non fumeurs, sains, âgés de 20 à 45 ans et cinq sujets volontaires, fumeurs, sains, âgés de 20 à 40 ans ont participé à cette étude. Tous ces sujets ont été exposés à des conditions d’hyper et d’hypo oxygénation. Une séance d’expérimentations était composée d’un enregistrement continu de 360 secondes. Durant la première étape de 60 secondes, le sujet respirait de l’air ambiant. Durant une deuxième étape de 180 secondes, le sujet était exposé soit à une condition d’hyper (60% O2) soit, à une condition d’hypo oxygénation (15% O2), tandis que les 120 dernières secondes de la séance de mesure permettait d’exposer le sujet, une fois de plus à l’air ambiant. Le rythme cardiaque et les changements d’oxygénation artérielle au niveau du doigt étaient mesurés pendant ce temps vec le sphygmo-oxymètre. Les variations du taux d’oxyhémoglobine du sang au niveau capillaire de l’œil (nerf optique ou sclérotique) étaient toujours en corrélation directe avec les variations du taux d’oxyhémoglobine artériel. Toutefois, les capillaires du nerf optique offrent plus de précision pour les mesures d’oxygénation, relativement aux mesures d’oxygénation du sang contenu dans les capillaires de la sclérotique. La précision de la mesure de la concentration d’oxyhémoglobine obtenue dans cette étude par spectro-réflectométrie de l’œil, en fait un instrument utile au diagnostic d’une grande partie des pathologies pulmonaires ou oculaires. / Abstract Oxygen is an integral part of the environment. It has a major role to play in the cellular structures of the human body. The two systems, which are closely related to the distribution of oxygen within the body are the cardiovascular and the respiratory systems. The transparency of the eye can be used as a way to non-invasively measure the concentration of oxyhemoglobin in the blood which feeds the central nervous system. The capillary oxygenation of the eye was measured using multichannel spectro-reflectometry technology. Two areas of the eye were studied: the capillaries of the optical nerve which represent retinal circulation as well as the capillaries of the eye at the corneal limbus. Five healthy non-smoking volunteers aged 20-45 years and five healthy smoking volunteers aged 20-40 years took part in this study. All subjects were exposed to hypo and hyper oxygenation conditions. The experimental session was composed of a continuous recording of 360 seconds. In the first 60 seconds, volunteers breathed ambient air, followed by a second phase of 180 seconds during which the subjects were either exposed to a condition of hyper (60% O2) or hypo oxygenation (15% O2). The final phase of the experimental session was an exposure to ambient air. Cardiac rhythm and arterial oxygenation were measured at the tip of the finger with a sphygmo-oxymeter. Clearly, variations in the oxyhemoglobin blood concentration in the capillaries of the optic nerve or the sclerotic are always directly correlated with variations in the arterial oxyhemoglobin levels. However, the optic nerve capillaries offer more precision for measurements of oxygenation as compared to the sclerotic capillaries. In this study, accurate information has been provided on the oxyhemoglobin concentration using spectro-reflectometry of the eye. This technology could become a tool in the diagnosis of various pulmonary or ocular pathologies.

Les travaux de la présente thèse concernent l’étude théorique et la réalisation d’un Capteur réparti à Fibres Optiques fondé sur la réflectométrie fréquentielle et la rétrodiffusion de Rayleigh. La genèse de cette méthode remonte aux années 80 pour les mesures distribuées. Il y a un peu plus d’une dizaine d’années qu’elle a été mise en œuvre secrètement pour les meures réparties (continument sensibles) par la société américaine « Luna Innovations ». Cette approche permettant de réaliser des profils continus le long de la fibre des paramètres environnants (température et déformation principalement) offre une très bonne résolution spatiale ainsi qu’une résolution de mesure fine et présente donc un grand intérêt pour de nombreuses applications, venant ainsi en complément des techniques reposant sur la diffusion Raman ou Brillouin. L'aspect théorique de cette méthode dite OFDR Rayleigh a été analysé. Pour effectuer une mesure profilométrique il est nécessaire de déterminer simultanément deux informations : la distance physique allant de l’entrée de la fibre jusqu'au point où un paramètre physique à mesurer a été appliqué, et le paramètre physique proprement dit. Pour réaliser cette mesure un lien entre l'influence du paramètre d’influence et le changement d'indice du cœur de la fibre sous test doit être exploité. Il s’agit donc des sensibilités de mesure, mais aussi de l’influence de l’environnement sur le chemin optique parcouru, et donc sur la localisation précise des points de mesure. Ces différents aspects ont donc été analysés et rapportés dans le présent mémoire. Pour mettre en œuvre cette technique fréquentielle, et en particulier son traitement de signal, relativement complexe, deux méthodes différentes ont été proposées : la première dite « corrélationnelle » (mise en œuvre par « Luna Innovations » mais très peu documentée) et la méthode « tensorielle » proposée uniquement dans le cadre de la présente étude. Etant fondée sur les mesures répétitives des décalages spectraux induits par le paramètre physique à mesurer le long de la fibre, la méthode corrélationnelle est plus universelle, s’adressant à tous types de paramètres d’influence. Pourtant, elle s’avère moins précise du fait d'une erreur systématique dans le calcul des décalages spectraux. La méthode tensorielle, quant à elle, fournit un résultat plus précis, cependant elle n'est applicable que pour les mesures de déformations, puisque reposant sur l'effet élasto-optique dans le cœur de la fibre. Une procédure de traitement de signal a ensuite été élaborée pour les deux méthodes précitées, la corrélationnelle et la tensorielle. Les performances capacités de l'appareil dont nous disposons, Luna OBR 4600, ont également été montrées, tant en ce qui concerne les mesures de température que de déformations. Un banc expérimental mettant en œuvre cette méthode de mesure OFDR-Rayleigh a également été conçu est mis au point au laboratoire. Un logiciel de traitement des données a de fait été élaboré est réalisé. Ce programme a été testé à l'aide d'une simulation et grâce à l’utilisation des données brutes délivrées par l’appareil Luna OBR 4600. Plusieurs tests du programme de traitement des données brutes de cet instrument ont été réalisés. Les résultats de ces tests peuvent être considérés plutôt comme satisfaisants, étant globalement en bon accord avec les résultats fournis directement par l'instrument commercial OBR 4600. Au-delà, de nombreux exemples d'applications innovantes de la méthode Rayleigh OFDR ont été présentés et illustrés. Parmi ceux-ci, citons, le système de détection de fuites de sodium liquide pour la surveillance de fonctionnement des circuits de refroidissement des réacteurs de génération IV que nous avons élaboré, grâce à cette méthode Rayleigh OFDR, et un prototype industriel d'un tel système proposé. Enfin, l’analyse des points pouvant faire l’objet d’améliorations et/ou de marges de progrès a été menée, et est rapportée en fin de mémoire. / The present PhD thesis have been carried out at the Laboratoire de Mesures Optiques (Optical Measurement Laboratory) based at CEA Saclay Nuclear Research Center, France. It concerns theoretical analysis and experimental realizations of a “distributed Optical Fiber Sensor” based on Optical Frequency Domain Reflectometry using the Rayleigh backscattering phenomena. As the OFS community know, such technology has been developed by the US company Luna Innovations Inc., which keeps carefully secret any details of both the technology involved and the signal processing of such instruments, named OBR (Optical Backscattered Reflectometer). Advantageously, the present Rayleigh-OFDR method provides a very high spatial resolution (in comparison with other methods based on reflectometry, i.e. OTDR, DTS Raman, Brillouin BOTDR and BOTDA…) and so remains extremely sought for many applications, especially for Structural Health Monitoring. In the present PhD thesis the theoretical aspects of the Rayleigh OFDR method has been presented. As a reminder, in order to measure a physical parameter profile along the fiber, it is required to determine two subjects simultaneously: the distance at which the physical parameter is applied (i.e. the sensor address) to the fiber under test, and the amplitude of this parameter (i.e. “the measurement” itself). A relation between the influence of any environment parameter (temperature, strain, etc.) and the fiber core refractive index changes has to be used. These relations have been shown, as far as the hypothesis linked to the theoretical aspects. Two different methods for such measurement have been proposed: first of all the “correlation method” (used by Luna) and second “a tensor-based method”, fully innovative as developed during the present PhD thesis. The correlation method may be considered as more “universal” as based on the measurement of spectral shifts caused by the physical parameter to measure. But, in the same time, we consider it is less accurate, as a systematic error may somehow fail the spectral shift calculation algorithm. The tensor method do not suffer of such systematic error, but it remains only applicable to strain sensing, as based on the elasto-optic effect. Signal processing procedure has been elaborated and tested for both methods, and of course discussed in the manuscript. In the same time, performances of the existing Luna OBR 4600 reflectometer has been tested at Lab. and are reported for both temperature and strain measurements. An optical mock-up for Rayleigh OFDR method has also been developed. A software, dedicated to signal processing has been fully developed either. This program has been tested for simulated sensing signals and for raw data delivered by the Luna OBR 4600 reflectometer. Results of such tests could be considered as satisfactory, even some questions to be solved remains. Finally, some practical examples of Rayleigh OFDR industrial applications have been shown and detailed. Moreover, in such context of real applications on field, an innovative Rayleigh OFDR system devoted to liquid sodium leakage detection around secondary cooling circuitry of generation IV nuclear reactors has been developed and tested on a nuclear installation. An industrial prototype of such measurement system has been elaborated. Finally, way of progress are analyzed and discussed for future R&D activities.