Après sa production dans des centrales, l'électricité est acheminée sur de longues distances à travers le réseau électrique qui comporte des appareils haute tension destinés à la protection des installations. Parmi ces dispositifs, le GIS (Gaz Insulated Switchgear), dans lequel l'isolation électrique est assurée par le gaz SF6, est très utilisé. Il est soumis à des normes de sécurité imposant, notamment, des seuils de température à ne pas dépasser durant son fonctionnement. La connaissance et la maîtrise des phénomènes électromagnétiques et thermiques à l'origine des augmentations de température dans le GIS sont des enjeux cruciaux. Elles permettent un dimensionnement plus rapide et plus précis des appareils, aboutissant à un unique essai de validation des critères fixés par les normes. Elles fourniront également des solutions visant à réduire les échauffements des GIS. Cette réduction est importante car elle permet la circulation d'un courant plus élevé dans le GIS, ce qui aboutit à une amélioration des performances de l'appareil. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse présentent une analyse des phénomènes électro-thermiques dans le GIS et plus précisément dans les jeux de barres. Ils permettent la détermination des paramètres influençant l'augmentation de température dans cette géométrie. La contribution de chaque mode de transfert de chaleur (convection, rayonnement) est estimée et discutée. Une modélisation numérique du champ de température induite par la circulation du courant dans les jeux de barres est également proposée, en tenant compte du couplage avec le champ de vitesse induit. / Electricity is produced by power stations and is transported throughout the electric-power transmission at long distances with high voltage apparatus. The GIS (Gas Insulated Switchgear) is widely used switchgear. The electric insulation is ensured by the gas SF6. Security IEC norms impose temperature rises not to be exceeded during GIS operating. It is important to know and control the electromagnetic and thermal phenomenons which generate temperature rises. The switchgear design could then be faster and more precise, leading to only one successful temperature rise test. Solutions to reduce temperatures could also be found. The temperature rise reduction is crucial as it allow a higher current flowing through the GIS and an increase of its efficiency. The word achieved during this thesis presents an analysis of electro-thermal phenomenons in GIS and, more precisely, in busbars. It leads to the determination of the parameters influencing temperature rises and of the heat transfers proportion which is assessed and discussed. A numerical modelization is carried out to examine the temperature rises induced by the current flow in busbars.

L’origine des incendies domestiques peut être aussi diverse qu’une mauvaise installation électrique, une cigarette mal éteinte, un mauvais entretien d’une cheminée… Ce mémoire traite de l’inflammabilité de différents matériaux de l’habitat face à une source radiative. Plusieurs paramètres tels que la dimension, l’orientation et la nature des matériaux ont été étudiés dans des conditions opératoires similaires. Ces travaux ont conduit au développement d’un nouveau dispositif expérimental permettant de travailler à différentes échelles : le RAPACES (RAdiant PAnel Concentrator Experimental Setup). Les résultats obtenus sur le PMMA ont permis de mettre en évidence que les facteurs géométriques jouent un rôle prépondérant; d’une part sur l’ignition (variation des propriétés thermo-radiatives) et d’autre part sur la dynamique de combustion à travers des phénomènes structuraux (déstabilisation structurelle, affaissement et écoulement du matériau). Cette démarche a également été appliquée à des matériaux plus complexes (contreplaqué, tapisserie, moquette). L’utilisation d’un modèle numérique a permis de valider certaines hypothèses concernant le comportement au feu du PMMA. Enfin, des configurations originales constituées d’assemblages de matériaux ont été testées et ont permis de mettre en évidence les interactions entre combustibles en termes d’ignition et de propagation de flamme. / The origin of home fires can be as diverse as poor wiring, a smoldering cigarette, poor maintenance of a fireplace... This manuscript deals with the flammability of various household materials exposed to a radiative source. Several parameters such as dimension, orientation and nature of materials were investigated in similar operating conditions. These studies led to the development of new experimental device enabling working at different scales: RAPACES (RAdiant PAnel Concentrator Experimental Setup). The results obtained on PMMA showed that geometric factors play a major role (i) on ignition (variation of thermal radiative properties) and (ii) on combustion dynamics through structural phenomena (destabilization, collapsing and polymer melting). This approach was also applied to complex materials (plywood, tapestry, carpet). A numerical model was used to validate some hypothesis regarding the fire behavior of PMMA. Finally, original configurations including material assemblies were performed and clearly evidenced the effect of fuel interactions on ignition and flame propagation.

Cette thèse étudie le transfert de chaleur par rayonnement observé dans les conditions d'écoulement raréfié, en régime hypersonique qui seraient rencontrés au cours d'une mission d'aérocapture dans l'atmosphère de Titan. Des estimations précises du rayonnement hors-équilibre dans des écoulements à grande vitesse tels que ceux autour des corps de re-entrée, sont indispensables pour la conception de systèmes de protection thermique plus efficace. Parce que la masse du système de protection thermique est une fraction importante de la masse totale du véhicule, il ya un grand intérêt dans la conception de systèmes plus légers et plus efficaces. Les expériences en vol sont coûteuses et contraignantes, c'est pourquoi l'essai en laboratoire dans des installations capables de produire des écoulements hypersoniques est nécessaire. Malheureusement, les échelles de longueur généralement impliquées dans les expériences en vol sont trop grandes pour être testées dans des installations expérimentales et donc des modèles réduits de véhicules 'aeroshells' sont généralement testés. Les tubes d'expansion de l'université de Queensland - X1, X2 et X3 - ont été largement utilisés pour la modélisation à l'échelle réduite des écoulements hypersoniques (Morgan 2001). Pour les installations d'essais au sol telle que la soufflerie X2, une mise à l'échelle binaire est utilisée pour tester des modèles à échelle réduite de véhicules de vol, ce qui constitue le paramètre le plus important à respecter afin de reproduire un vol à haute vitesse. La mise à l'échelle binaire, appelé aussi 'mise à l'échelle 'ƒÏL', exige que le produit de la densité et de la longueur caractéristique du véhicule soit conservé entre le vol et les conditions expérimentales. Toutefois, il a été montré par Capra (2007) que le transfert de chaleur par rayonnement ne suit pas cette même loi de mise à l'échelle, et la similitude n'est pas crée pour les cas en vol où le transfert de chaleur par rayonnement et par convection sont fortement couplés. Cela peut entraîner d'importantes erreurs dans les estimations des propriétés d'écoulement associée et l'estimation du transfert de chaleur due au rayonnement. L'installation X2 a été modifiée en 2006 pour permettre l'expérimentation à basse pression en mode tube à choc non-réfléchi. L'utilisation d'un tube à choc non-réfléchi a permis la mesure du transfert de chaleur par rayonnement à la densité réelle en vol et supprimé les problèmes d'échelle liés à la mesure des rayonnements sur les véhicules en modèle réduit, au moins pour une partie de l'écoulement. Des mesures ont été effectuées dans la région immédiatement située derrière le choc et le long de la ligne médiane de l'écoulement de base, où le choc reste plan. Les écoulements externes, tels que ceux entourant une capsule de re-enntrée, n'ont pas été reproduits. La limite de basse pression d'exploitation était d'environ 10 Pa, limitée par la croissance de la couche limite sur les murs. / This thesis investigates the radiative heat transfer encountered in rarefied, hypervelocity flow conditions such as would be experienced during an aerocapture mission to Titan. Accurate estimates of the nonequilibrium radiation involved in high speed operations such as reentry are essential in order to design these thermal protection systems more efficiently. Because the mass of the thermal protection system is a large fraction of the overall vehicle mass, there is great interest in designing lighter and more efficient systems. Flight experiments are expensive and restrictive, hence laboratory testing is needed in facilities that are capable of producing hypervelocity flow. Unfortunately, as the size of a typical flight vehicle is too large to reasonably test in experimental facilities, subscale models of the aeroshell vehicles are generally tested. The University of Queensland's expansion tube facilities - X1, X2 and X3 - have been widely used for subscale modelling of hypersonic flowfields (Morgan 2001). Ground testing facilities such as the X2 facility take advantage of binary scaling to test small scale models of flight vehicles, which is the most important parameter to match in order to reproduce high speed flight. Binary scaling, also called 'ƒÏL' scaling, requires that the multiplication of density and the characteristic length of the vehicle be balanced between flight and experimental conditions. However, it was shown by Capra (2007) that radiative heat transfer does not follow this same scaling factor, and true similarity with flight is not created for flows where the radiative and convective heat transfer are strongly coupled. This can result in significant errors in the estimates of the associated flow properties and the estimation of the heat transfer due to radiation. The X2 facility was modified in 2006 to allow experimentation at low pressures in nonreflected shock tube mode. Nonreflected shock tube operation allowed the taking of true-flight density measurements of the radiative heat transfer and removed the scaling problems involved in radiation measurements for model vehicles, at least for part of the flowfield. Measurements were made in the region immediately behind the shock along the centreline of the core flow, where the shock remained planar. External flow fields, such as those surrounding a reentry capsule, were not reproduced. The low density operating limit was approximately 10 Pa, limited by boundary layer growth on the walls.

Le contrôle et l'optimisation des propriétés d'émission des nanomatériaux peuvent être obtenus par un couplage efficace entre nanoémetteurs et nanostructures permettant d’obtenir une directivité plus élevée, une dynamique d’émission plus rapide. Il est pour cela nécessaire d’obtenir l'accord spectral de l'émetteur avec les modes de nanostructures, le positionnement spatial du nanoémetteur à l'endroit où l'intensité du mode résonant de la nanostructure est maximale, et une orientation du dipôle nanoémetteur parallèle au champ électrique résonant. En plasmonique les résonances larges des modes permettent un accord spectral facile. L’accord spatial est plus difficile, mais des stratégies ont été mises en œuvre avec succès. Le contrôle de l'orientation du dipôle reste lui un défi. En plasmonique, par exemple, une interaction efficace ne peut être obtenue que pour des dipôles orthogonaux à la surface métallique. La détermination de l'orientation du dipôle émetteur est donc cruciale pour les dispositifs plasmoniques tels que les nano-antennes.Dans ma thèse, j'ai contribué au développement d'une méthode polarimétrie visant à analyser le dipôle émetteur d'un nanoémetteur et son orientation. J'ai effectué des expériences et les ai analysées. Le modèle décrit l'émission d'un dipôle proche d'une interface plane dans un large éventail de conditions expérimentales réalistes, en particulier le cas où le nanoémetteur se trouve à proximité d’un film d'or. Dans cette situation, pour des nanocristaux de CdSe/CdS assimilable à deux dipôles orthogonaux dégénérés, l'imagerie défocalisée n'est pas suffisamment sensible pour fournir des informations quantitatives fiables sur l'orientation de l'émetteur. A contrario, la polarimétrie permet de répondre à cette question. Avec le même modèle, le diagramme d'émission correspondant à l'émission dipolaire en champ lointain pour toutes ces conditions expérimentales a été calculé. En combinant la polarimétrie et l’étude des diagrammes de rayonnement, on peut obtenir des informations sur la structure dipolaire et l’orientation des dipôles. J'ai appliqué cette méthode pour étudier les nanoplaquettes semi-conductrices colloïdales de CdSe/CdS avec différentes formes géométriques : plaquettes carrées minces, plaquettes rectangulaires minces et plaquettes cubiques. J'ai établi une relation entre les structures géométriques des plaquettes et la nature et l'orientation de leurs dipôles émetteurs associés. / Control and optimization of nanomaterial emission properties, can be obtained thanks to efficient coupling between nanoemitters and nanostructures for achieving higher directivity, quicker dynamics. The requirements are the spectral tuning of the emitter to the nanostructures modes, the spatial positioning of the nanoemitter at the location of maximum intensity of the resonant nanostructure mode, and a proper orientation of the dipole nanoemitter. In plasmonics, the spectrally broad resonances make the spectral tuning easy. Whereas for spatial tuning, many strategies have been implemented successfully, the control of the dipole orientation remains a challenge. In plasmonics, for example, efficient interaction can only be achieved for dipoles orthogonal to the metallic surface. The determination of the orientation of the emitting dipole is thus very crucial for plasmonic devices such as nanoantennas. In my thesis, I contributed to the development of a polarimetric method aiming at the analysis of a nanoemitter’s emitting dipole and its orientation. I performed experiments and analyzed them. The model I used describes the emission of a dipole close to a plane interface in a wide range of realistic experimental conditions, including a very common case in plasmonics when the nanoemitter lies close a gold film. In this situation for CdSe nanocrystals which can be considered as two orthogonal degenerated emitting dipoles, the more standard defocused imaging method is not sufficiently sensitive to provide reliable quantitative information on the emitter’s orientation. With the same model, I also computed the emission diagram corresponding to the dipolar emission in far field for all these experimental conditions. By analyzing the emission’s polarization together with the emission pattern, I could determine the three-dimensional orientation of an emitting dipole. I applied this method to investigate the dipolar structure and orientation of colloidal semiconducting CdSe/CdS nanoplatelets with different geometries: thin square platelets, thin rectangular platelets, and cubic platelets. I established a relationship between the geometric structures of the platelets and the dimensionality and orientation of their associated emitting dipoles.

Cette thèse a pour objectif la compréhension des phénomènes de transfert de chaleur parconduction et rayonnement, dans les isolants thermiques fibreux du bâtiment, en vue de leuroptimisation. Nous avons étudié trois matériaux fibreux très différents : la laine de verre(matériau minéral), la ouate polyester (matériau synthétique) et la laine de chanvre (matériauvégétal).Dans un premier temps, les propriétés radiatives ont été identifiées par la méthode inversebasée sur les mesures expérimentales de réflexion et transmission hémisphériques etbidirectionnelles. Des échantillons de laine de verre, d’ouate polyester et de chanvre ont étéétudiés en utilisant un spectromètre FTIR. La méthode inverse permet, par le biais d’unmodèle moindres carrés, de déterminer les propriétés radiatives du matériau fibreux : albédo,épaisseur optique et coefficients de la fonction de phase. La conductivité radiative de chaquematériau est déterminée par l’approximation de Rosseland.Ensuite, concernant les propriétés thermophysiques globales des matériaux, des mesuresfluxmétriques ont été réalisées à l’aide d’un dispositif développé au LGCgE de Béthune. Cesmesures ont été comparées aux résultats d’une modélisation numérique basée sur la résolutiondes équations couplées de transfert radiatif et de l’énergie. / This thesis aims to understand the phenomenon of heat transfer by radiation and conductionof thermal building insulators. Three insulating materials were studied in this work: glasswool (mineral material), the wadding polyester (synthetic material) and wool hemp (plantmaterial).At a first step, the radiative properties have been identified by the inverse method based onexperimental measurements of hemispherical reflectance and transmittance and bidirectional.Samples of glass wool, wadding polyester and wool hemp were studied using an FTIRspectrometer. The inverse method allows, by means of a model least squares, thedetermination of the radiative properties of the medium: albedo, optical thickness andcoefficients of the phase function. The radiative conductivity of each material is determinedby the Rosseland approximation.Then, on global thermophysical properties of materials, heat flux measurements wereperformed using a device developed at LGCgE of Bethune. These measurements werecompared with the results of numerical modeling based on solving the coupled equations ofradiative transfer and energy.

Nous nous intéressons à l'estimation de la distribution spectrale de l'éclairement solaire au sol en tout lieu et tout instant. Etant donné le très petit nombre de stations de mesure au sol, nous nous proposons de développer une méthode numérique exploitant des estimations de la composition atmosphérique faites quotidiennement. Cette méthode doit être suffisamment rapide pour être utilisée en mode intensif de manière opérationnelle. Les domaines d'applications ciblés sont l'ultraviolet (UV), la photosynthèse et la lumière du jour, avec une limitation au cas du ciel clair. Notre première innovation est de partir paradoxalement des approches numériques très rapides et précises de calcul de l'éclairement total. Ces approches développées donnent une description de la distribution spectrale du rayonnement solaire en un nombre restreint de bandes discrètes. La plus fine et la plus récente de ces approches est la «k distribution method and the correlated k approximation» de Kato et al. (1999). Elle fournit des estimations de l'éclairement dans 32 bandes spectrales. Pour atteindre l'objectif de la thèse, nous avons tout d'abord étudié la précision de cette approche dans chacune des 32 bandes. Les résultats sont bons dans toutes les bandes excepté l'UV. Nous avons proposé une nouvelle paramétrisation de la transmittance de l'ozone, que nous avons intégré au code numérique de transfert radiatif libRadtran. Enfin, nous avons élaboré deux techniques de ré-échantillonnage permettant d'obtenir à partir des 32 valeurs discrètes, des estimations de l'éclairement dans n'importe quel intervalle spectral, y compris en prenant en compte une réponse spectrale du système éclairé. Des validations ont pu être faites à l'aide de quelques stations de mesures. Les premiers résultats sont jugés encourageants en comparaison avec la précision relevée sur les instruments de mesure de qualité. Des voies d'améliorations ont pu être recensées pour un gain de précision notable. / We are interested in the estimation of the spectral distribution of the solar irradiance on the ground in any place and time. Given the very small number of measurement stations on the ground, we suggest developing a digital method exploiting estimations of the atmospheric composition made daily. This method must be enough fast to be used in intensive mode in an operational way. The targeted fields of application are the ultraviolet (UV), photosynthesis and daylight; with a limitation in the case of the clear sky. Our first innovation is to leave paradoxically from very rapid numerical approaches of calculation of the total irradiance. These developed approaches give a description of the spectral distribution of solar irradiance in a number restricted by discrete bands. The finest and the most recent of these approaches is «k-distribution method and the correlated-k approximation» of Kato and al. (1999). It supplies estimations of the irradiance in 32 spectral bands. To achieve this PhD goal, we have first of all, studied the accuracy of the approach in each of 32 bands. The results are good in all the bands except in the UV. We proposed a novel parametrization of the transmittance of the ozone, which we integrated into the radiative transfer model libRadtran. Finally, we developed two techniques of re-sampling allowing to obtain from 32 discrete values, estimations of the irradiance in any spectral interval, including by taking into account a spectral response of the illuminated system. Experimental validations have been carried out by means of some measurement stations. The preliminary results are considered encouraging in comparison with the precision found on quality measuring instruments. Ways of improvements have been listed for a gain of notable precision.

Le rayonnement joue un rôle fondamental dans les problèmes d'incendie puisque c'est le mode dominant de transfert de chaleur entre la flamme et le milieu environnant. Il contrôle la pyrolyse, et donc la puissance de flamme, et la vitesse de croissance de l'incendie. Étudier les flammes de diffusion contrôlées par les forces de flottabilité est une première étape pour comprendre et de prédire les incendies. Le principal objectif de ce travail est de modéliser le transfert radiatif et les processus de production/destruction de la suie dans ce type de flammes. Premièrement, différents modèles de propriétés radiatives des gaz ont été comparés dans des configurations tests. Il est apparu que le modèle FSCK couplé avec le schéma de mélange de Modest et Riazzi est le meilleur compromis entre précision et temps de calcul, ce modèle étant un bon candidat pour être implémenté dans des codes CFD traitant des problèmes d'incendie. Dans un second temps, un modèle de formation/oxydation des suies semi-détaillé, considérant l'acétylène et le benzène comme précurseurs, a été validé dans des flammes de diffusion laminaires de type coflow sur une large gamme d'hydrocarbures (C1-C3) et pour différentes conditions. Ensuite, le FSCK et le modèle de formation/destruction ont été appliqués pour simuler des feux de nappe de méthane et de propane aux échelles du laboratoire et intermédiaire. Les structures de flamme prédites ainsi que les flux radiatif transférés au milieu environnant ont montré un bon accord avec les résultats expérimentaux disponibles. Finalement, les interactions entre le rayonnement et la turbulence ont été quantifiées. / The radiative heat transfer plays an important role in fire problems since it is the dominant mode of heat transfer between flames and surroundings. It controls the pyrolysis, and therefore the heat release rate, and the growth rate of the fire. In the present work a numerical study of buoyant diffusion flames is carried out, with the main objective of modelling the thermal radiative transfer and the soot formation/destruction processes. In a first step, different radiative property models were tested in benchmark configurations. It was found that the FSCK coupled with the Modest and Riazzi mixing scheme was the best compromise in terms of accuracy and computational requirements, and was a good candidate to be implemented in CFD codes dealing with fire problems. In a second step, a semi-empirical soot model, considering acetylene and benzene as precursor species for soot nucleation, was validated in laminar coflow diffusion flames over a wide range of hydrocarbons (C1-C3) and conditions. In addition, the optically-thin approximation was found to produce large discrepancies in the upper part of these small laminar flames. Reliable predictions of soot volume fractions require the use of an advanced radiation model. Then the FSCK and the semi-empirical soot model were applied to simulate laboratory-scale and intermediate-scale pool fires of methane and propane. Predicted flame structures as well as the radiant heat flux transferred to the surroundings were found to be in good agreement with the available experimental data. Finally, the interaction between radiation and turbulence was quantified.

Depuis l'avènement des premiers appareils imageurs par rayonnement ionisant initié par les prix Nobel Godfrey Newbold Hounsfield et Allan MacLeod Cormack en 1979, le besoin en de nouvelles techniques d'imagerie non invasives n'a cessé de croître. Ces techniques s'appuient sur les propriétés de pénétration dans la matière des rayonnements X et gamma pour détecter une structure cachée sans avoir à détruire le milieu exposé. Elles sont employées dans de nombreux domaines allant de l'imagerie médicale au contrôle non destructif en passant par le contrôle environnemental. Cependant les techniques utilisées jusqu'à maintenant subissent de fortes dégradations dans la qualité des mesures et des images reconstruites. Généralement approchées par un bruit, ces dégradations exigent d'être compensées ou corrigées par des dispositifs de collimation et de filtrage souvent coûteux. Ces dégradations sont principalement dues aux phénomènes de diffusion qui peuvent constituer jusqu'à 80 % du rayonnement émis en imagerie biomédicale. Dès les années 80 un nouveau concept a vu le jour pourcontourner cette difficulté : la tomographie Compton. Cette nouvelle approche propose de mesurer le rayonnement dit diffusé en se plaçant dans des gammes d'énergie (140−511 keV) où l'effet Compton est le phénomène de diffusion prépondérant. L'exploitation de tels dispositifs d'imagerie nécessite une compréhension profonde des interactions rayonnement/matière afin de proposer un modèle, cohérent avec les données mesurées, indispensable à la reconstruction d'images. Dans les systèmes d'imagerie conventionnels (qui mesurent le rayonnement primaire), la transformée de Radon définie sur les lignes droites est apparue comme le modèle naturel. Mais en tomographie Compton, l'information mesurée est liée à l'énergie de diffusion et ainsi à l'angle de diffusion.Ainsi la géométrie circulaire induite par le phénomène de diffusion rend la transformée de Radon classique inadaptée. Dans ce contexte, il devient nécessaire de proposer des transformées de type Radon sur des variétés géométriques plus larges.L'étude de la transformée de Radon sur de nouvelles diversités de courbes devient alors nécessaire pour répondre aux besoins d'outils analytiques de nouvelles techniques d'imagerie. Cormack, lui-même, fut le premier à étendre les propriétés de la transformée de Radon classique à une famille de courbes du plan. Par la suite plusieurs travaux ont été menés dans le but d'étudier la transformée de Radon définie sur différentes variétés de cercles, des sphères, des lignes brisées pour ne citer qu'eux. En 1994 S.J. Norton proposa la première modalité de tomography Compton modélisable par une transformée de Radon sur lesarcs de cercle, la CART1. En 2010 Nguyen et Truong établirent l'inversion de la transformée de Radon sur les arcs de cercle, CART2, permettant de modéliser la formation d'image dans une nouvelle modalité de tomographie Compton. La géométrie des supports d'intégration impliqués dans de nouvelles modalitésde tomographie Compton les conduirent à démontrer l'invertibilité de la transformée de Radon définie sur une famille de courbes de type Cormack, appelée C_alpha. Ils illustrèrent la procédure d'inversion dans le cadre d'une nouvelle transformée, la CART3 modélisant une nouvelle modalité de tomographie Compton.En nous basant sur les travaux de Cormack et de Truong et Nguyen, nous proposons d'établir plusieurs propriétés de la transformée de Radon définie sur la famille C_alpha et plus particulièrement sur C1. Nous avons ainsi démontré deux formules d'inversion qui reconstruisent l'image d'origine via sa décompositionharmonique circulaire et celle de sa transformée et qui s'apparentent à celles établies par Truong and Nguyen. Nous avons enfin établi la bien connue rétroprojection filtrée ainsi que la décomposition en valeurs singulières dans le cas alpha = 1. L'ensemble des résultats établis dans le cadre de cette étude apporte des réponses concrètes a / Since the advent of the first ionizing radiation imaging devices initiated by Godfrey Newbold Hounsfield and Allan MacLeod Cormack, Nobel Prizes in 1979, the requirement for new non-invasive imaging techniques has grown. These techniques rely upon the properties of penetration in the matter of X and gamma radiation for detecting a hidden structure without destroying the illuminated environment. They are used in many fields ranging from medical imaging to non-destructive testing through. However, the techniques used so far suffer severe degradation in the quality of measurement and reconstructed images. Usually approximated by a noise, these degradations require to be compensated or corrected by collimating devices and often expensive filtering. These degradation is mainly due to scattering phenomena which may constitute up to 80% of the emitted radiation in biological tissue. In the 80's a new concept has emerged to circumvent this difficulty : the Compton scattering tomography (CST).This new approach proposes to measure the scattered radiation considering energy ranges ( 140-511 keV) where the Compton effect is the phenomenon of leading broadcast. The use of such imaging devices requires a deep understanding of the interactions between radiation and matter to propose a modeling, consistent with the measured data, which is essential to image reconstruction. In conventional imaging systems (which measure the primary radiation) the Radon transformdefined on the straight lines emerged as the natural modeling. But in Compton scattering tomography, the measured information is related to the scattering energy and thus the scattering angle. Thus the circular geometry induced by scattering phenomenon makes the classical Radon transform inadequate.In this context, it becomes necessary to provide such Radon transforms on broader geometric manifolds.The study of the Radon transform on new manifolds of curves becomes necessary to provide theoretical needs for new imaging techniques. Cormack, himself, was the first to extend the properties of the conventional Radon transform of a family of curves of the plane. Thereafter several studies have been done in order to study the Radon transform defined on different varieties of circles, spheres, broken lines ... . In 1994 S.J. Norton proposed the first modality in Compton scattering tomography modeled by a Radon transform on circular arcs, the CART1 here. In 2010, Nguyen and Truong established the inversion formula of a Radon transform on circular arcs, CART2, to model the image formation in a new modality in Compton scattering tomography. The geometry involved in the integration support of new modalities in Compton scattering tomography lead them to demonstrate the invertibility of the Radon transform defined on a family of Cormack-type curves, called C_alpha. They illustrated the inversion procedure in the case of a new transform, the CART3, modeling a new modeling of Compton scattering tomography. Based on the work of Cormack and Truong and Nguyen, we propose to establish several properties of the Radon transform on the family C_alpha especially on C1. We have thus demonstrated two inversion formulae that reconstruct the original image via its circular harmonic decomposition and itscorresponding transform. These formulae are similar to those established by Truong and Nguyen. We finally established the well-known filtered back projection and singular value decomposition in the case alpha = 1. All results established in this study provide practical problems of image reconstruction associated with these new transforms. In particular we were able to establish new inversion methods for transforms CART1,2,3 as well as numerical approaches necessary for the implementation of these transforms. All these results enable to solve problems of image formation and reconstruction related to three Compton scattering tomography modalities.In addition we propose to improve models and algorithms es

Le rayonnement fossile, ou CMB, est un sujet d’étude clé pour la cosmologie car il indique l’état de l’univers à une époque primordiale. Le CMB est observable dans le ciel dans la bande de fréquences des micro-ondes. Cependant, il existe des processus astrophysiques, les avant-plans, qui émettent dans les micro-ondes, et rendent indispensable le traitement des données avec des méthodes de séparation de composantes. J'utilisé la méthode aveugle SMICA pour obtenir une estimation directe du spectre de puissance angulaire du CMB. La détermination des petites échelles de ce spectre est limité par les avant-plans comme les galaxies lointaines, et par le biais du bruit. Dans cette analyse, ces deux limitations sont abordées. En ajoutant des hypothèses sur la physique des galaxies lointaines, il est possible de guider l’algorithme pour estimer leur loi d'émission. Un spectre de puissance angulaire obtenu d'une carte du ciel a un biais dû au bruit à petites échelles. Toutefois, les spectres obtenus en croisant différentes cartes n'ont pas ce biais. J'ai donc adapté la méthode SMICA pour qu'elle n'utilise que ces derniers, diminuant l'incertitude due au bruit dans l'estimation du CMB. Cette méthode a été étudiée sur des nombreuses simulations et sur les données Planck 2015, afin d'estimer des paramètres cosmologiques. Les résultats montrent que la contamination résiduelle des avant-plans présente dans le spectre CMB, même si fortement réduite, peut introduire des biais dans l'estimation des paramètres si la forme des résiduels n'est pas bien connue. Dans cette thèse, je montre les résultats obtenus en étudiant un modèle de gravité modifiée. / The Planck satellite observed the whole sky at various frequencies in the microwave range. These data are of high value to cosmology, since they help understanding the primordial universe through the observation of the cosmic microwave background (CMB) signal. To extract the CMB information, astrophysical foreground emissions need to be removed via component separation techniques. In this work I use the blind component separation method SMICA to estimate the CMB angular power spectrum with the aim of using it for the estimation of cosmological parameters. In order to do so, small scales limitations as the residual contamination of unresolved point sources and the noise need to be addressed. In particular, the point sources are modelled as two independent populations with a flat angular power spectrum: by adding this information, the SMICA method is able to recover the joint emission law of point sources. Auto-spectra deriving from one sky map have a noise bias at small scales, while cross-spectra show no such bias. This is particularly true in the case of cross-spectra between data-splits, corresponding to sky maps with the same astrophysical content but different noise properties. I thus adapt SMICA to use data-split cross-spectra only. The obtained CMB spectra from simulations and Planck 2015 data are used to estimate cosmological parameters. Results show that this estimation can be biased if the shape of the (weak) foreground residuals in the angular power spectrum is not well known. In the end, I also present results of the study of a Modified Gravity model called Induced Gravity.

Ce travail de thèse présente la conception et la réalisation d'une antenne Ultra Large Bande, de faibles dimensions, destinée à une application géoradar fonctionnant dans un milieu complexe pour une bande fréquentielle comprise entre 70 MHz et 1GHz. Cette étude était inscrite dans le cadre d’un projet Européen dénommé NeTTUN (New Technologies for Tunnelling and Underground works) qui a pour but d’améliorer la sécurité du creusement des tunnels. Dans ce projet, le travail demandé était de réaliser un système géoradar comportant une antenne ULB intégrable sur une tête de coupe d’un tunnelier tout en fonctionnant en basses fréquences.Pour réaliser cette antenne en répondant aux différentes contraintes à la fois de dimensions, d’intégration et de rayonnement, une étude d’insertion de l’antenne dans un matériau diélectrique a été effectuée. Ainsi des analyses ont été menées à fois sur la nature des sous-sols rencontrées, du compromis entre fréquences basses et dimensions minimales mais surtout de l’intégrabilité de l’antenne dans une cavité. Cette étude a permis de concevoir une antenne innovante nommé Khorn étant une association de l’antenne K et de la forme « Horn » d’une antenne cornet. Afin d’évaluer la performance de l’antenne Khorn dans son environnement, la tache de rayonnement et la portée de l’ensemble, antenne et source ont été analysées. Des mesures de validation des prototypes fabriquées ont aussi été effectuées. / This work presents the design and the realization of an antenna Ultra Wide Band, of low dimensions, for a GPR application working in a complex environment in a frequency band between 70 MHz and 1GHz. This study was registered within the framework of a European project mentioned NeTTUN (New Technologies for Tunnelling and Underground works) who aims at improving the security of the tunnel driving. In this project, the wanted work was to realize a GPR system containing an integrable antenna ULB on a TBM cutter head while working in low frequencies.To realize this antenna by answering the various constraints of dimensions, integration and radiation, a study of antenna insertion in a dielectric material was realized. So analyses were led for time on the subsoil nature encountered, of the compromise between low frequencies and minimal dimensions and especially the integrability of the antenna in a cavity. This study allowed to realize an innovative antenna named Khorn. The Khorn is an association of the K antenna and the Horn antenna. To estimate the performance of the Khorn in its environment, the footprint and the radar range were studied. Measures of validation of the realized prototypes were also made.