Les travaux de cette thèse ont pour objectif la conception de dispositifs multifonctions (filtre-antennes) à la fois compacts et agiles, mis au point par une conception conjointe des éléments associés. Le sous-système doit répondre à des spécifications électriques pour des applications dans la bande ISM à 2,45 GHz ainsi qu’à des contraintes d’intégration et d’encombrement. L’antenne et le filtre sont développés conjointement sur une impédance particulière où l’antenne, réduite en dimensions, présente une efficacité de rayonnement optimale. Le filtre est optimisé pour adapter l’antenne sur son impédance optimale et pour présenter des pertes minimales. Les travaux se sont focalisés dans un premier temps sur la co-conception et la co-intégration des fonctions, puis sur l’accord en fréquence du sous-système. / The aim of this thesis is to design a new tunable and compact multifunctional device (filters, antennas) based on the co-design of an antenna and the associated filter. The subsystem needs to fit with electrical specifications for ISM band applications at 2.45GHz while being integrated and compact. The antenna and the filter are jointly developed on particular impedances where the antenna has a high radiation efficiency. The filter is optimized to adapt the antenna on its optimal impedance and introduce minimal losses. The work has initially been focused on the co-design and the co-integration of functions to finish on the tunability of the filter/antenna subsystem design.

La radiochirurgie par Gamma Knife constitue une modalité thérapeutique reconnue de certaines affections cérébrales. Le traitement se base sur l’administration d’un rayonnement focalisé au niveau d’une cible intracrânienne. L’efficacité de ce traitement repose sur la délivrance d’une dose d’irradiation efficace au sein d’un volume-cible associé à la délivrance d’une dose d’irradiation négligeable à l’extérieur de ce même volume-cible. En pratique, la dose d’irradiation administrée à l’intérieur du volume-cible n’est pas distribuée de manière homogène, et la dose d’irradiation reçue par les tissus situés en-dehors du volume-cible n’est pas nécessairement faible. Notre travail est basé sur l’hypothèse que l’imperfection de la distribution de la dose d’irradiation au sein du volume-cible et en-dehors de celui-ci peut être responsable des échecs et des complications rencontrées en radiochirurgie. Dans deux modèles cliniques de traitement radiochirurgical, le schwannome vestibulaire et la névralgie du trijumeau, nous avons montré qu’il existait une relation entre les paramètres de distribution de dose d’irradiation et certains résultats du traitement radiochirurgical par Gamma Knife de ces pathologies. Nous avons développé deux modèles expérimentaux d’irradiation radiochirurgicale de rats, l’un ciblé sur le striatum et l’autre sur le nerf trijumeau, permettant d’analyser les conséquences histologiques des variations de la distribution de dose à l’intérieur du volume-cible ainsi qu’à distance de celui-ci. Nous avons démontré que la réponse radiobiologique des tissus irradiés était fortement dépendante de ce paramètre dosimétrique, et que ce dernier constituait une donnée de la planification chirurgicale aussi importante que la dose de prescription. Nous avons corrélé ces résultats avec certaines observations réalisées dans d’autres indications de traitement radiochirurgical ainsi que dans l’analyse histologique de tumeurs traitées par Gamma Knife. Ces études mettent en évidence le rôle important joué par l’optimalisation de la distribution de la dose d’irradiation dans l’amélioration des résultats cliniques du traitement radiochirurgical. Les valeurs optimales de la distribution de dose dans les différentes indications de traitement radiochirurgical doivent être recherchées, et les différentes méthodes mises à notre disposition lors de la planification dosimétrique pour améliorer la distribution de dose doivent être utilisées avec discernement pour obtenir la dosimétrie radiochirurgicale la plus parfaite possible. / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les Sursauts de Rayonnement Gamma (GRBs) sont des flashs émanant du cosmos qui sont classés en deux groupes : les longs/doux et les courts/durs. Le lancement du satellite Swift a ouvert une nouvelle ère dans la recherche sur les GRBs. Cette thèse présente une étude détaillée du GRB 141221A qui montre une forte et inhabituelle hausse des valeurs des courbes de lumière dans le domaine optique lors de l'émission rémanente alors que dans le domaine des rayons X ces valeurs sont plus normales. GRB 141221A est un des GRBs qui mettent à l'épreuve les modèles car il exclut tout vent stellaire du progéniteur. Un regroupement des courbes de lumière dans le domaine X lors de l'émission rémanente GRBs a été observé avant le lancement de Swift. Cette classification a été débattue après le lancement de Swift. Nous avons construit un échantillon de 254 GRBs qui montre un éparpillement des distributions du flux à un jour. Cette distribution a été normalisée avec un décalage vers le rouge de 1. Nous avons investigué ce problème selon trois directions: un problème instrumental, un problème de calibration des données ou l'absence de regroupement. Coté instrument, le problème pourrait être observationnel, nous avons en effet observé des effets saisonniers durant les solstices et les équinoxes. Coté calibration des données, un tel problème pourrait avoir une influence sur les résultats de l'étude. La comparaison entre analyse manuelle et automatique des données telle que disponible sur le dépôt Swift-XRT montre de sérieux aléas sur les résultats. Les cas où l'analyse manuelle est judicieuse sont exposés. La dernière possibilité de l'absence de regroupement pourrait être un effet de sélection. / GRBs are ashes of gamma-rays coming from cosmos. They are one of the most mysteriousevents we have been able to observe since their discovery. GRBs are classified into two groups: long/soft GRBs and short/hard GRBs. Their emission mechanism consists of two phases: prompt emission and afterglow emission. The launch of the Swift satellite opened a New Era in the GRBs research. Swift is able to provide accurate position for more GRBs than previous missions, thanks to its fast capabilities of slewing. Furthermore, the Swift shows that GRBs have a canonical behaviour for the X-ray afterglow light curves. The data analysis process remains the key point of GRBs studies. I present a detailed study of the peculiar GRB 141221A at different wavelengths. GRB 141221A shows an unusual steep rise in the optical light curve of the afterglow. The broad band spectral energy distribution, taken near the maximum of the optical emission, presents either a thermal component or a behaviourbreak. This burst displays unusual feature in the optical band, whereas the X-ray data is more common. GRB 141221A is one of the challenging bursts that excludes a stellar wind from the progenitor of the GRBs. A clustering in the X-ray afterglow light curves was observed before the launch of the Swift satellite. This feature has been debated after the launch of the Swift. We have built a sample which consists of 254 GRBs that shows a scattering of the data for the flux distribution at one day. This distribution was investigated with a normalization of light curves at redshift one. We have investigated the problem into three different directions

Dans cette thèse, nous étudions les propriétés du transport de particules chargées de haute énergie dans des champs électromagnétiques turbulents.Ces champs ont été générés en utilisant le code magnétohydrodynamique (MHD) RAMSES, résolvant les équations de la MHD idéales compressibles. Nous avons développé un module pour générer la turbulence MHD, en utilisant une technique de forçage à grande échelle. Les propriétés des équations de la MHD font cascader l'énergie des grandes échelles vers les petites, développant un spectre en énergie suivant une loi de puissance, appelée zone inertielle. Nous avons développé un module permettant de calculer les trajectoires de particule chargée une fois le spectre turbulent établi. En injectant les particules à une énergie telle que l'inverse du rayon de Larmor des particules corresponde à un mode du spectre de Fourier dans la zone inertielle, nous avons cherché à mettre en évidence un effet systématique lié à la loi de puissance du spectre. Cette méthode a montré que le libre parcours moyen est indépendant de l'énergie des particules jusqu'à des valeurs de rayon de Larmor proches de l'échelle de cohérence de la turbulence. La dépendance du libre parcours moyen avec le nombre de Mach alfvénique des simulations MHD a également produit une loi de puissance.Nous avons également développé une technique pour mesurer l'effet de l'anisotropie de la turbulence MHD sur les propriétés du transport des rayons cosmiques, au travers le calcul de champs magnétiques locaux. Cette étude nous a montré un effet sur coefficient de diffusion angulaire, accréditant l'hypothèse que les particules sont plus sensible aux variations de petites échelles. / In this thesis, we study the transport properties of high energy charged particles in turbulent electromagnetic fields.These fields were generated by using the magnetohydrodynamic (MHD) code RAMSES, which solve the compressible ideal MHD equations. We have developed a module for generating the MHD turbulence, by using a large scale forcing technique. The MHD equations induce a cascading of the energy from large scales to small ones, developing an energy spectrum which follows a power law, called the inertial range.We have developed a module for computing the charged particle trajectories once the turbulent spectrum is established. By injecting the particles to energy such as the inverse of the particle Larmor radius corresponds to a mode in the inertial range of the Fourier spectrum, we have highlighted systematic effects related to the power law spectrum. This method showed that the mean free path is independent of the particules energy until the Larmor radius takes values close to the turbulence coherence scale. The dependence of the mean free path with the alfvénic Mach number produced a power law.We have also developed a technique to measure the anisotropy effect of the MHD turbulence in the cosmic rays transport properties through the calculation of local magnetic fields. This study has shown an effect on the pitch angle scattering coefficient, which confirmed the assumption that the particles are more sensitive to changes in small scales fluctuations.

Pour relever le défi énergétique du 21 ième siècle, une solution consiste à mettre au point des procédés solaires de production de vecteurs énergétiques par photosynthèse artificielle permettant la synthèse photo-catalytique de carburants solaires. L’obtention de performances cinétiques et énergétiques élevées pour ces procédés nécessite le développement d’outils de conception optimale tels des modèles de connaissance robustes et prédictifs considérant le transfert de rayonnement comme processus physique contrôlant le procédé à plusieurs échelles. Une chaine prédictive de modélisation, avec ses différents maillons, a donc été développée, mise en œuvre et validée sur une réaction modèle de photo-production d’hydrogène à partir d’une suspension de particules de CdS. Ainsi, à partir de leurs caractéristiques (taille, forme...) et de leurs propriétés optiques, les propriétés radiatives des particules, à savoir sections efficaces d’absorption, de diffusion et fonction de phase ont été calculées au moyen de la théorie de Lorenz-Mie et validées par des mesures de transmission sur un banc optique de précision. Ces paramètres ont ensuite été utilisés comme données d’entrée pour la résolution de l’équation de transfert radiatif, effectuée au moyen de la méthode de Monte Carlo. L’accord entre transmissions prédite et expérimentale, tenant compte éventuellement de la diffusion du rayonnement par les bulles d’hydrogène, est bon dans la bande spectrale absorbée. En parallèle, l’utilisation d’un équipement complet et d’une chaine d’acquisition de mesures autour d’un petit photoréacteur d’étude, pour lequel les densités de flux incidentes ont été validées par actinométrie, a permis d’obtenir des résultats expérimentaux de haute précision en photo-production d’hydrogène. Un premier modèle de couplage thermocinétique original a alors été formulé, validé après identification d’un seul paramètre agrégé, dont la réification sera abordée ultérieurement, et utilisé de façon prédictive avec succès. Ce travail ouvre de très nombreuses perspectives de recherche, il a ainsi permis de vérifier la possible transposition à la photosynthèse artificielle de la chaine prédictive de modélisation multi-échelles et donne des pistes quant à l’optimisation cinétique et énergétique des photo-procédés produisant des carburants solaires. / To address the energy challenge of the 21 st century, a solution is the development of solar processes for the production of energy vectors by artificial photosynthesis, in particular photocatalytic synthesis of solar fuels. However high kinetic and thermodynamic performances for these processes must be reached, this requires the development of tools for optimal design, including predictive knowledge models addressing radiative transfer that is the controlling physical process at different scales. A predictive multi-scale model has therefore been developed, implemented and validated on a simple reaction for hydrogen photo-production from CdS particle slurry. On the basis of their characteristics (size, shape, etc.) and their optical properties, the radiative properties of the particles, namely absorption and scattering cross sections and phase function, were calculated using the Lorenz-Mie theory and validated by measurements of transmittances on a high accuracy optical bench. These parameters were then used as input parameters to solve rigorously the radiative transfer equation with the Monte Carlo method. The agreement between predicted and experimental transmittance, taking into account light scattering by hydrogen bubbles, is good in the absorbed spectral band. In parallel, the use of complete experimental bench centered on a small photoreactor, where incident flux densities have been validated by actinometry, yielded high accuracy hydrogen photo-production results. A first and original model of thermokinetic coupling was then formulated and validated after identification of a single lumped parameter whose reification will be approached later and used predictively with success. This work opens up a large number of research prospects because it makes possible to transpose the predictive chain to artificial photosynthesis. This work provides also guidance on the kinetic and thermodynamic optimization of photo-processes producing solar fuels.

L'industrie nucléaire montre un intérêt croissant pour les technologies basées sur les fibres optiques pour la transmission des données et comme capteurs. Les fibres optiques offrent plusieurs avantages et les capteurs utilisant cette technologie n'ont pas besoin d'alimentation électrique au point de détection, ils ont une réponse rapide et peuvent être facilement multiplexés : dans le cas d'un capteur de température plusieurs thermocouples peuvent être substituées par une seule fibre, diminuant les déchets. Les réacteurs à fission nucléaire constituent un des environnements les plus agressifs : la dose de rayonnement gamma est de l'ordre du GGy avec une forte fluence de neutrons et une température de fonctionnement supérieure à 300°C pour les réacteurs actuels, connus comme de génération III. Ce travail a été réalisé en collaboration avec la société AREVA, industriel français actif dans le domaine de l'énergie, dans le but de réaliser un capteur de température résistant à l'environnement d'un réacteur nucléaire de génération IV, réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium liquide. La technologie actuellement utilisée, les thermocouples, présente une dérive de la mesure due au rayonnement et un temps de réponse d'une seconde. Afin de supprimer la dérive, de réduire le temps de réponse et d'augmenter la précision, un capteur de température à réseau de Bragg a été choisi. Pour comprendre le comportement d'un tel système dans un environnement difficile, nous avons utilisé une approche expérimentale basée sur des techniques complémentaires comme l'atténuation induite par le rayonnement, photoluminescence, résonance paramagnétique électronique et spectroscopie Raman / The nuclear industry shows an increasing interest in the fiber optic technology for both data communication and sensing applications in nuclear plants. The optical fibers offer several advantages and the sensors based on this technology do not need any electrical power at the sensing point, they have a quick response and they can be easily multiplexed: in the case of a temperature sensor, several thermocouples can be substituted by a single fiber, resulting in a decrease of the waste material. The fission reactors are a very harsh environment: it is characterized by the highest dose of gamma-rays, of the order of magnitude of GGy, besides a high flux of neutrons and high operating temperature (300°C for the current reactors, known as generation III). This work has been carried out in collaboration with AREVA, a French industrial conglomerate active in the energy domain, with the aim of realizing a temperature sensor resistant to the environment of nuclear reactor of generation IV, in particular a Sodium-cooled Fast Reactor. The currently used technology, the thermocouples, presents a drift of the measurement due to irradiation, that needs a calibration, and a long response time on the order of seconds. In order to remove the drift, to reduce the response time and to increase the precision, a Fiber Bragg Grating temperature sensor was chosen, in regard to all the advantages of the optical fibers. To understand the behavior of such system in a harsh environment, as the nuclear reactor core, we used an experimental approach based on complementary techniques such as radiation-induced attenuation, photoluminescence, electron paramagnetic resonance and Raman spectroscopies

L’un des éléments clé pour atteindre de hauts rendements dans les centrales solaires à récepteur volumétrique est l’absorbeur. Sa structure poreuse permet au rayonnement solaire de pénétrer à l’intérieur, où l'énergie absorbée doit être transférée efficacement par convection au fluide qui la traverse. Dans ce travail, deux types d’absorbeurs innovants sont présentés et analysés : l’un constitué par une série d’éléments empilés avec une structure en forme de grille, l’autre par des éléments similaires à des stores vénitiens. A titre de référence, un absorbeur classique à nid d’abeilles est aussi évalué. La propagation du rayonnement solaire au sein des absorbeurs est modélisée au moyen de la technique de lancer de rayons, basée sur la méthode de Monte Carlo. Leur comportement thermo-hydraulique est simulé par la méthode des éléments finis. Les caractéristiques géométriques des deux absorbeurs proposés améliorent le transfert thermique par convection par rapport aux absorbeurs alvéolaires et la modification des leurs principaux paramètres géométriques nous a permis d’augmenter la longueur d’extinction du rayonnement solaire. Cependant, l’accroissement de leur surface frontale apparente augmente les pertes par réflexion. A l’issu des résultats théoriques, l’absorbeur à stores vénitiens a été retenu pour l’analyser expérimentalement. Ses performances thermiques sont comparées avec celles d’un absorbeur alvéolaire. Ces résultats montrent également que la structure de l’absorbeur proposé intensifie les échanges thermiques vers le fluide. De plus, ce type d’absorbeur atteint un meilleur comportement thermique à de hauts flux radiatifs et à des débits élevés. / One of the key elements for achieving a high efficiency in solar power plants with volumetric receiver is the absorber. Its porous structure allows the solar radiation to penetrate inside it, where the absorbed energy should be transferred efficiently by convection to the fluid which crosses through it. In this work, two types of innovative absorbers are presented and analyzed: one consisting of a set of stacked elements with a grid-like structure, the other with elements similar to venetian blinds. As a reference, a conventional honeycomb absorber is also evaluated. The solar radiation propagation within the absorbers is modeled through the ray tracing technique, based on the Monte Carlo method. Their thermohydraulic behavior is simulated by the finite element method. The geometrical characteristics of the two proposed absorbers improve convective heat transfer compared to honeycomb absorbers and the modification of their main geometric parameters allowed us to increase the extinction length of solar radiation. However, the increase of their apparent frontal surface rises up reflection losses. Based on the theoretical results, the venetian blind absorber was selected to analyze it experimentally. Its thermal performance is compared with that of a honeycomb absorber. These results also indicate that the structure of the proposed absorber intensifies the heat exchange to the fluid. Moreover, this kind of absorber reaches a better thermal behavior at high heat flux and at high flow rates.

Afin de modéliser l'absorption dans le traitement des transferts radiatifs en milieu atmosphérique, de nombreuses méthodes plus précises et plus rapides ont été développées. La modélisation de la formation du brouillard, où le rayonnement infrarouge joue un rôle très important, nécessite des méthodes numériques suffisamment précises pour calculer le taux de refroidissement. Le brouillard radatif se forme après des conditions de ciel clair, où l'absorption est le processus radiatif dominant, en raison d'un fort refroidissement nocturne. Avec l'augmentation des ressources de calcul et le développement du Calcul Haute Performance, les modèles à bandes, pour effectuer l'intégration sur la longueur des grandeurs radiométriques, sont les plus utilisés. Toutefois, le couplage entre les transferts radiatifs 3-D et la dynamique des fluides reste très coûteux en temps de calcul. Le rayonnement augmente d'environ cinquante pourcent le temps de la simulation pour la dynamique des fluides uniquement. Pour réduire le temps passé dans une itération radiative, une nouvelle paramétrization basée sur les modèles en émissivité a été développée. Cette approche nécessite seulement une résolution de l'ETR contre $N_{text{bandes}} times N_{text{gauss}}$ pour un modèle à $N_{text{bandes}}$ avec $N_{text{gauss}}$ points de quadratures sur chaque bande. Une comparaison avec des données de simulation a été effectuée et cette nouvelle paramétrisation de l'absorption infrarouge a montré sa capacité à prendre en compte les variations des concentrations gazeuses et d'eau liquide. Une étude à travers le couplage entre le modèle développé et le code de CFD Code_Saturne a été réalisée afin valider dynamiquement notre paramétrisation. Enfin une simulation exploratoire a été effectuée sur un domaine 3-D en présence de bâti idéalisé, pour capter les effets radiatifs 3-D dûs aux hétérogénéités horizontales du champ d'eau liquide et des bâtiments / The Atmospheric Radiation field has seen the development of more accurate and faster methods to take into account absorption. Modelling fog formation, where Infrared Radiation is involved, requires accurate methods to compute cooling rates. Radiative fog appears with clear sky condition due to a significant cooling during the night where absorption is the dominant processus. Thanks to High Performance Computing, multi-spectral approaches of Radiative Transfer Equation resolution are often used. Nevertheless, the coupling of three-dimensional radiative transfer with fluid dynamics is very computationally expensive. Radiation increases the computation time by around fifty percent over the pure Computational Fluid Dynamics simulation. To reduce the time spent in radiation calculations, a new method using the broadband emissivity has been developed to compute an equivalent absorption coefficient (spectrally integrated). Only one resolution of Radiative Transfer Equation is needed against $N_{text{band}} times N_{text{gauss}}$ for an $N_{text{band}}$ model with $N_{text{gauss}}$ quadrature points on each band. A comparison with simulation data has been done and the new parameterization of Radiative properties shows the ability to handle variations of gases concentrations and liquid water. A dynamical study through the coupling between the infrared radiation model and Code_Saturne has been done to validate our parametrization. Finally the model was tested on a 3-D domain with idealized buildings to catch 3-D infrared radiative effects due to horizontally inhomogenities of the liquid water content field and buildings

Nous couplons des sources de rayonnement infrarouge et un spectromètre à transformée de Fourier (FTIR) avec un microscope optique en champ proche (SNOM) à pointe diffusante pour sonder les propriétés optiques locales de la matière avec une résolution spatiale sub-longueur d'onde.Nous étudions l'émission thermique de champ proche d'un échantillon constitué d'une couche d'or recouvrant partiellement du carbure de silicium, puis d'un empilement de nano-couches semi-conductrices. Nous révélons expérimentalement la présence d'ondes de surface se propageant aux différentes interfaces de ces échantillons, en imagerie et en spectroscopie. Nous sondons l'évolution spatiale du spectre de la densité locale d'états électromagnétiques grâce à l'imagerie hyperspectrale super-résolue de l'émission thermique de champ proche. Nous montrons que la résolution spatiale et le contraste entre les structures diminuent lorsque la distance à laquelle la sonde effectue les balayages augmente.Nous couplons notre SNOM et un FTIR avec le rayonnement synchrotron et démontrons la capacité d'un tel couplage de mener des études de nanospectroscopie dans l'infrarouge moyen en l'illustrant sur les échantillons précédemment mentionnés. Nous démontrons l'imagerie térahertz super-résolue à l'aide du rayonnement synchrotron.Nous étudions expérimentalement l'influence de l'illumination sur les images obtenues en SNOM et montrons que la détection de l'émission thermique de champ proche permet d'obtenir des images exemptes de distorsions et donc plus simples à interpréter que celles obtenues en utilisant un laser monochromatique ou l'émission thermique de champ lointain. Nous développons un mode d'imagerie 3D. / We couple infrared sources with a scattering near-field scanning optical microscope (SNOM) combined with a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) in order to probe the local optical properties of matter with sub-wavelength spatial resolution. We study the near-field thermal emission of a surface made of silicon carbide and gold, and then of a semiconductor-based multilayer. We reveal experimentally the presence of surface waves propagating at the different interfaces of these samples, by imaging and spectroscopy. We probe the spatial evolution of the electromagnetic local density of states spectrum thanks to super-resolved hyperspectral imaging of the near-field thermal emission. We show that spatial resolution and contrast between the structures decrease as the distance at which the probe performs the scans increases. We couple our SNOM and FTIR with synchrotron radiation and demonstrate the capability of such coupling to perform nanospectroscopy studies in the mid-infrared range by investigating the samples mentioned above. We demonstrate super-resolved terahertz imaging using synchrotron radiation. We experimentally study the influence of the illumination on the images obtained in SNOM and show that the detection of the near-field thermal emission provides distortion-free images and therefore are easier to interpret than those obtained using a monochromatic laser source or far-field thermal emission. We also develop a 3D imaging technique.