Le projet Iseult-Inumac mené au sein d'un consortium franco-allemand vise à développer les techniques associées à l'imagerie par résonance magnétique à ultra haut champ, notamment à travers la construction d'un imageur à 11,7 teslas. La résolution accrue du nouvel imageur devrait apporter une meilleure compréhension du système nerveux et de ses dysfonctionnements pour aboutir à un dépistage plus précoce des pathologies telles que la maladie d'Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux ou les tumeurs.La principale difficulté technique du projet, en dehors de la construction de l'aimant statique, réside dans la capacité d'émettre une onde électromagnétique d'amplitude uniforme dans tout le cerveau du patient : problème de l'inhomogénéité de B1 (ou radiofréquence). Une solution proposée consiste à utiliser une antenne réseau à transmission parallèle et des séquences d'excitation IRM spécifiques dites de compensation.Cette thèse se concentre sur la conception des antennes réseaux à transmission parallèle pour l'IRM à 7 et 11,7 T. Un prototype à 8 canaux indépendants utilisant une technologie innovante de résonateurs linéaires est présentée pour l'IRM 7 T. Il a été conçu par la simulation numérique. Un protocole de validation a été développé pour la caractérisation et l'analyse des performances des antennes réseaux. Le succès de cette validation a permis de développer par la simulation une nouvelle antenne à 12 canaux et une stratégie de pilotage innovante permettant de n'utiliser que 8 chaînes de pilotage au lieu de 12. Enfin, la même méthodologie a été appliquée pour concevoir et prédire les performances d'une antenne réseau à 11,7 T.

Le spectre radioélectrique est rapidement en train de devenir le médium central, à travers lequel la société communique. Grâce à de multiples facteurs, plusieurs formes de communication, anciennement disparates (la radio, la télévision, la téléphonie mobile, le Wi-Fi) convergent vers la forme éthérée du spectre. L'orientation future de cette convergence dépend largement des acteurs qui sont impliqués dans le design de la réglementation de la communication, ainsi que dans celui des technologies et de leurs usages. Cette thèse doctorale élabore une histoire compréhensive de la communication sans-fil et de sa réglementation, et propose une nouvelle économie politique du spectre, fondée sur la justice sociale. Elle présente, par la suite, une approche épistémologique qui tente de recalibrer les relations entre la société et le spectre radioélectrique. Elle propose que le spectre devra être traité comme une sorte de « média de vie », étant donné qu'il est une composante naturelle de notre environnement et qu'il occupe un rôle central dans notre habilité à exister comme des êtres sociaux communicants. Sa réglementation, alors, devra être sujette au plus haut niveau de participation, de transparence, et d'imputabilité. Cette recherche repose sur une étude de cas internationale et comparative. Elle aborde la capacité des processus de « policymaking » au Canada et en Uruguay à intégrer la participation publique. Elle se fonde sur une documentation extensive et des entretiens avec des législateurs, des régulateurs nationaux et internationaux, des organisations de la société civile, des experts indépendants, des ministères du gouvernement, et des représentants du secteur privé. Des diagnostiques sont établis pour chaque pays et des recommandations politiques concrètes sont faites, qui ne parlent pas seulement des spécificités des politiques du spectre, mais du tissu même de la société démocratique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : spectre radioélectrique, politiques de communication, télécommunication, Canada, Uruguay

Tout chirurgien est confronté au cancer à un moment ou à un autre. La connaissance de la cancérologie générale et des bases de la chirurgie oncologique est une nécessité. Si cette spécificité n'est pas reconnue en France, il existe une spécialité de chirurgie oncologique dans plusieurs pays européens. La chirurgie oncologique évolue selon les connaissances de la carcinogénèse, et les thérapeutiques non chirurgicales viennent modifier la place et les modalités de la chirurgie oncologique. La chirurgie oncologique a récemment été redéfinie à travers un Livre Blanc publié par la Fédération Nationale des Centres de Lutte Contre le Cancer, et une approche un peu différente est réalisée par l'Institut National du Cancer (INCA). Les caractéristiques de la chirurgie oncologique peuvent se décliner sur un mode général et ensuite être appliquées à chaque organe concerné. Dans ce sens la chirurgie oncologique ajoute une spécificité à la chirurgie d'organe. Les principales caractéristiques qui définissent la chirurgie oncologique - une prise en charge globale, l'indication chirurgicale intégrée dans une réflexion multidisciplinaire pré et post-opératoire, le respect de l'organe ou sa reconstruction, les notions fondamentales de choix optimal des incisions, de diagnostic pré opératoire, de bilan d'extension préalable, de limites d'exérèse en fonction des pathologies et des organes concernés – sont intégrées dans une démarche de pratique médicale basée sur le niveau de preuve scientifique.<br />La chirurgie oncologique participe à la qualité de la prise en charge globale du patient atteint d'un cancer. La chirurgie oncologique apporte aux spécialistes d'organe des connaissances et des compétences complémentaires sans nier leur évidente implication dans la prise en charge des patients atteints de cancer. Le cas des réunions de concertation pluridisciplinaires est une illustration de mon engagement à promouvoir cette complémentarité, en participant aux différentes réunions, tant au Centre anticancéreux qu'au CHU de Nancy.<br />L'expérience acquise dans le service de chirurgie générale et viscérale, ainsi que dans les différents services francophones de chirurgie viscérale, a permis de développer la recherche clinique. Cette recherche a pour thème la chirurgie fonctionnelle digestive et viscérale (sujet de thèse de Docteur en Médecine), la chirurgie pariétale, la chirurgie endocrinienne et la chirurgie des urgences. Ma formation en chirurgie oncologique m'a permis d'orienter les recherches fondamentales sur les traitements locaux des métastases hépatiques. La collaboration avec le laboratoire de chirurgie expérimentale de la Faculté de Médecine de Nancy a contribué à la mise au point de nouveaux modèles expérimentaux animaux. Aux contacts des équipes étrangères, la poursuite de ces travaux de recherche, tant cliniques qu'expérimentaux, s'est renforcée et a permis le développement à Nancy de techniques innovantes comme la chimiohyperthermie intrapéritonéale et le ganglion sentinelle.

La réalisation des néphrolithotomies percutanées est essentiellement conditionnée par la qualité dela ponction calicièle préalable. En effet, en cas d'échec de celle-ci, l'intervention ne peut avoir lieu.Réalisée le plus souvent sous échographie, sa qualité est fortement conditionnée par celle du retouréchographique, considéré comme essentiel par la deuxième consultation internationale sur la lithiase pour limiter les saignements consécutifs à l'intervention.L'imagerie échographique est largement plébiscitée en raison de son faible coût, de l'innocuité del'examen, liée à son caractère non invasif, de sa portabilité ainsi que de son excellente résolutiontemporelle ; elle possède toutefois une très faible résolution spatiale et souffre de nombreux artefacts tels que la mauvaise résolution des images, un fort bruit apparent et une forte dépendance àl'opérateur.L'objectif de cette thèse est de concevoir une méthode de filtrage des données échographiques ainsiqu'une méthode de segmentation et de suivi du rein sur des séquences ultrasonores, dans le butd'améliorer les conditions d'exécution d'interventions chirurgicales telles que les néphrolithotomiespercutanées.Le filtrage des données, soumis et publié dans SPIE 2010, est réalisé en exploitant le mode deformation des images : le signal radiofréquence est filtré directement, avant même la formation del'image 2D finale. Pour ce faire, nous utilisons une méthode basée sur les ondelettes, en seuillantdirectement les coefficients d'ondelettes aux différentes échelles à partir d'un algorithme de typesplit and merge appliqué avant reconstruction de l'image 2D.La méthode de suivi développée (une étude préliminaire a été publiée dans SPIE 2009), exploiteun premier contour fourni par le praticien pour déterminer, en utilisant des informations purementlocales, la position du contour sur l'image suivante de la séquence. L'image est transformée pourne plus être qu'un ensemble de vignettes caractérisées par leurs critères de texture et une premièresegmentation basée région est effectuée sur cette image des vignettes. Cette première étape effectuée, le contour de l'image précédente de la séquence est utilisé comme initialisation afin de recalculer le contour de l'image courante sur l'image des vignettes segmentée. L'utilisation d'informations locales nous a permis de développer une méthode facilement parallélisable, ce qui permettra de travailler dans une optique temps réel.La validation de la méthode de filtrage a été réalisée sur des signaux radiofréquence simulés. Laméthode a été comparée à différents algorithmes de l'état de l'art en terme de ratio signal sur bruitet de calcul de USDSAI. Les résultats ont montré la qualité de la méthode proposée comparativement aux autres. La méthode de segmentation, quant-à elle, a été validée sans filtrage préalable, sur des séquences 2D réelles pour un temps d'exécution sans optimisation, inférieur à la minute pour des images 512*512.

Le but de ce travail est de simuler des situations d'exposition radar en condition infrathermique pouvant être rencontrées sur les bâtiments de la Marine Nationale. Les expositions des personnels servant à bord de ces navires peuvent être ponctuelles ou prolongées selon les situations et les postes tenus. Il était nécessaire de rechercher leurs éventuels effets biologiques afin de contribuer à l'évaluation des risques sanitaires possibles liés à de telles expositions professionnelles et d'anticiper la survenue de contentieux. Nous avons examiné sur les effets d'ondes électromagnétiques impulsionnelles de forte puissance de type radar à la fréquence de 3 GHz sur un modèle rongeur. Les effets de plusieurs types d'exposition in vivo – aiguë (DAS 5 W/kg), semi-chronique (DAS 15 W/kg) et semi-chronique combinée à des expositions aiguës (mixte) - ont été étudiés chez le rat mâle adulte vigile à différents délais post-exposition (court, moyen et long terme). La dosimétrie a été réalisée de manière numérique (méthode FDTD) et expérimentale. Cette étude porte sur le système nerveux central, en particulier sur l'intégrité des fonctions cognitives et du tissu cérébral incluant la barrière hémato-encéphalique (BHE) et l'apoptose. Les capacités cognitives concernant la mémorisation, l'apprentissage, l'anxiété, l'agressivité et la motricité des animaux ont été testées. Des paramètres cliniques ont été observés régulièrement comme la prise de poids, la recherche de symptômes anormaux, notamment l'apparition de tumeurs avec prélèvement systématique et examen anatomopathologique. En complément, des analyses sanguines (NFS), un typage lymphocytaire et, dans certains cas, le dosage d'hormones de stress (ACTH et corticosterone) ont été réalisés. Aucun effet infrathermique de l'exposition aiguë à court terme n'a été observé sur l'intégrité de la BHE et sur l'apoptose cérébrale. Les résultats des tests comportementaux ne montrent aucune modification significative des fonctions cognitives relatives à la mémorisation, l'apprentissage, l'anxiété, l'agressivité, l'état neurologique global et à la motricité. Globalement, ces résultats n'indiquent pas d'effet sur le fonctionnement du système nerveux central dans les conditions expérimentales étudiées. Aucun effet statistiquement significatif n'a été mis en évidence sur le gain de poids relatifs des animaux après exposition infrathermique de type radar. Les résultats des analyses hématologiques, immunologiques, neuroendocriniennes de gestion du stress et du développement tumoral n'ont pas permis de retenir un effet infrathermique de l'exposition dans les conditions expérimentales étudiées. / The aim of this work was to simulate human exposure to high power pulsed microwave (HPM) emitted by radars of the French Navy. Navy staff exposure to radars may be occasional, prolonged or repeated depending on activities aboard. It was necessary to investigate their potential health effects in order to contribute to the risk assessment and anticipate potential litigation. A special emitting experimental device was developed in order to reproduce different exposure conditions at 3 GHz with an experimental model of adult rat. We present here the in vivo results obtained after 3 GHz exposure under non thermal conditions - acute (DAS 5 W/kg), chronic (DAS 15 W/kg) and chronic associated with repeated acute exposure (mixed) –for short, middle and long term effects on adult rat. The dosimetry was obtained by numerical simulation (FDTD) and completed with experimental measurements. Parameters related to the central nervous system, especially on blood brain barrier (BBB) and apoptosis were observed. The effects on cognitive function were assessed by different types of behavioral tests on memory, learning, anxiety, aggressiveness and locomotion of adult rat. Regular body weighing and clinical check-up including tumor incidence with sampling and histological examination were performed on rats. In parallel, hematological parameters were examined with complete blood count and immunological system was studied. The endocrine pathway involved in stress management have been studied through adrenocorticotrope hormone (ACTH) and corticosterone assays. No significant behavioral effect either on memory, learning, anxiety, aggressiveness, overall neurological evaluation either or on locomotion of adult rat. Results did not show any effect on central nervous system in our experimental conditions. No significant effect was observed on weight gain of rats after non thermal microwave exposure. Results on hematological parameters, on immunological parameters, on stress hormones and on tumors development did not detected any non thermal effect in our experimental conditions

Le traitement des arythmies cardiaques par ablation radiofréquence est une procédure thérapeutique permettant de restaurer un rythme normal par destruction thermique des tissus arythmogènes. A l'heure actuelle, l'intervention est réalisée sans imagerie temps réel permettant de visualiser la lésion pendant l'ablation. La thermométrie IRM permet de mesurer la température du tissu en chaque pixel et d'estimer directement l'étendue de la lésion via le calcul de la dose thermique cumulée. Si cette technique est déjà établie pour guider l'ablation de tumeurs dans différents organes, elle reste difficile à mettre en œuvre sur le cœur, notamment à cause des mouvements de respiration et de contraction myocardique. Dans le cadre de cette thèse, une méthode de thermométrie cardiaque a été implémentée pour réaliser une cartographie temps réel de la température du myocarde en condition de respiration libre. Plusieurs séquences IRM rapides ont été développées pour permettre l'acquisition d'environ 5 coupes par battement cardiaque avec une taille de voxel de 1.6X1.6X3 mm3. Plusieurs solutions de réduction des mouvements hors plan de coupe ont été évaluées : positionnement des coupes dans le sens principal du déplacement, suivi dynamique de la position des coupes en fonction de l'état respiratoire (navigateur, mesure de la position du cathéter). Le mouvement résiduel et les artéfacts de susceptibilité associés sont corrigés par des algorithmes temps réels pour permettre une précision de la thermométrie IRM à ±2°C sur les ventricules. Ce protocole a été utilisé avec succès pour le suivi d'ablations radiofréquences chez la brebis (N=3), permettant une corrélation (R=0.87) entre la dose thermique et la taille réelle des lésions induites. Les résultats sont très prometteurs quant à la pertinence de cette mesure pour une estimation en ligne de l'étendue de la lésion pendant l'ablation. Ces méthodes permettent d'envisager une évaluation clinique à court terme. / Radiofrequency ablation is a therapeutic procedure for the treatment of cardiac arrhythmia by inducing a local necrosis of the arrhythmogenic tissue. This intervention is currently performed without online imaging of the lesion formation during radiofrequency delivery. MR thermometry provides a monitoring of temperature in the targeted tissue in each pixel and an immediate estimation of lesion via the calculation of the thermal dose. If this technique is well established for the guidance of tumor ablation in various organs, it remains challenging in the heart due to motion (breathing and myocardial contraction). In this work, a cardiac MR thermometry method was developed to perform a real-time temperature mapping of the heart under free-breathing conditions. Several MR pulse sequences were designed to ensure the acquisition of up to 5 slices per heartbeat with a voxel size of 1.6X1.6X3 mm3. Different solutions of minimization of out-of-plane motion were evaluated: alignment of the slices in the main direction of displacement, dynamic update of slice position depending on the respiratory state (echo-navigator, measure of the catheter position). Residual in-plane motion and associated susceptibility artifacts were corrected by real-time algorithms to allow a precision of MR thermometry of ±2°C in ventricles. This protocol was successfully used for the monitoring of radiofrequency ablation in sheep (N=3), allowing a correlation (R=87) between thermal dose maps and sizes of created lesions. These results are promising regarding the relevance of this measure for an inline estimation of the lesion extent during ablation.

Le dépistage du cancer colorectal par IRM à des stades précoces exige l'obtention des images avec une résolution spatiale suffisante. L'acquisition d'images de résolution spatiale submillimétrique peut être réalisée avec des capteurs endoluminaux placés au plus proche de la zone à explorer. Les développements de ce type de capteur ont été compromis par des aspects liés à la sécurité du patient en raison des échauffements localisés qui ont lieu avec une liaison galvanique reliant le capteur au système d'imagerie. Pour pallier ces problèmes de sécurité, nous proposons de développer un capteur magnétique déporté grâce à une transmission par fibre optique. Deux points importants doivent être traités pour réaliser ce capteur : le découplage actif de la boucle endoluminale et le transport optique de l'information RMN. Un système de découplage actif optique a été réalisé puis caractérisé sur banc et en IRM (in-vitro). Les résultats montrent que le découplage optique est efficace et ses performances sont comparables avec un système de découplage conventionnel. Le transport optique du signal RMN a été réalisé en couplant un cristal Electro-Optique à la boucle résonnante endoluminale. Ce cristal permet une modulation de l'état de polarisation du faisceau optique. Les résultats de caractérisation du capteur en termes de linéarité, dynamique et sensibilité sur un banc optique montrent sa faisabilité / Detection of colorectal cancer by MRI at its early stages requires images with high spatial resolution. Submillimetric spatial resolution images can be achieved with MRI endoluminal receiver coil placed as close as possible to the region of interest. However using this type of receiver is always limited by security issues related to patient safety due to localized heating which appear with a galvanic connection between the receiver coil and the imaging system. To address this problem, we propose to develop an non-invasive optically deported characterization of NMR Radiofrequency signal. Two important points need to be addressed to achieve this receiver: active endoluminal loop decoupling and optical signal transport. A system of active optical decoupling has been achieved and characterized on bench and in MRI (in-vitro). The results show that the optical decoupling is efficient and its performance is comparable to a conventional decoupling system. The optical transmission of the NMR signal has been achieved by associating a passive Electro-Optical crystal transducer to the resonant receiver coil. This crystal allows a modulation of the polarization state of the laser probe beam. The results of sensor’s characterization on an optical bench concerning its linearity, its sensitivity and its dynamic, show the feasibility

L’IRM à ultra haut champ (UHC) donne accès à une résolution spatiale submillimétrique rendant possible la visualisation de structures plus fines qu’en IRM classique. Depuis quelques années, son potentiel s’est développé dans des laboratoires tels que NeuroSpin, au sein du CEA, qui a l’ambition d’étudier l’anatomie et le fonctionnement du cerveau à une échelle mésoscopique. Toutefois, pour des champs magnétiques supérieurs à 3T, le champ radiofréquence (RF) permettant d’exciter les protons de l’eau a une longueur d’onde inférieure à la dimension de la tête humaine, provoquant des phénomènes d’interférences destructives dans le cerveau. Ceux-ci s’accentuent avec l’augmentation du champ statique, engendrant sur les images des inhomogénéités de signal ou de contraste, qui empêchent d’exploiter tout le potentiel de l’imagerie UHC. Pour améliorer la pertinence des diagnostics cliniques, à défaut de pouvoir homogénéiser le champ RF dans tout le cerveau, il est essentiel de réussir à uniformiser l’excitation des spins. Dans ce but, un système de transmission parallèle (pTx) à 8 canaux a été intégré à l’imageur 7T du laboratoire. Il permet d’émettre sur chaque canal des formes d’impulsions RF différentes, à optimiser pour faire interférer le champ RF produit dans le cerveau de manière plus contrôlée que dans le mode classique à un seul canal d’émission. Ces travaux de thèse consistent à mettre au point des impulsions RF utilisant la pTx pour sélectionner des tranches d’excitation uniforme, et à les appliquer à l’angiographie du cerveau humain à 7T. A UHC, la méthode la plus courante pour homogénéiser l’angle de bascule de l’aimantation dans une coupe consiste à générer consécutivement plusieurs impulsions sélectives optimisées, appelées « spokes », à différentes positions du plan transverse à la coupe dans l’espace de Fourier de transmission. Si elle convient pour uniformiser l’excitation dans le plan de coupe, cette méthode est moins performante pour la sélection de larges tranches car les inhomogénéités de champ RF ne sont alors pas prises en compte dans l’épaisseur de tranche. Ainsi, dans un premier temps, deux méthodes originales de conception d’impulsions RF sélectives sont introduites et explorées pour uniformiser l’excitation de larges tranches : celle des « kT-spokes » qui optimise le placement des spokes dans les 3 dimensions de l’espace de Fourier de transmission, et celle des « spokes 3D » qui génère des impulsions RF optimisées point par point dans le temps. Ces techniques ont été validées avec succès sur des fantômes à 7T et ont permis de surpasser l’état de l’art en termes d’homogénéisation de l’angle de bascule pour la sélection de larges tranches. Dans un deuxième temps, ces méthodes ont été appliquées à la séquence d’angiographie 3D en temps de vol afin d’améliorer la visualisation du réseau artériel dans le cerveau humain à 7T. Cependant, lorsque les tranches sélectionnées sont larges, cette séquence est aussi sensible aux effets de saturation du sang qui empêchent d’apprécier la totalité du réseau artériel avec les profils de tranche d’angles de bascule plats habituels. Pour corriger ce phénomène, les impulsions RF à rampes sont proposées dans l’état de l’art, générant des profils d’angle de bascule qui augmentent avec l’épaisseur de la tranche. Les méthodes de conception d’impulsions RF développées ici ont ainsi été adaptées pour générer ce type de profils et permettre de compenser la saturation du sang avec succès dans les acquisitions à 7T. Ces travaux de thèse ont permis d’ouvrir la voie à une nouvelle application à NeuroSpin puisque l’angiographie n’y avait pas encore été explorée malgré le fort potentiel des UHC pour cette modalité. En outre, les méthodes développées au cours de ces travaux permettent l’excitation simultanée de tranches homogènes, constituant ainsi une perspective prometteuse pour accélérer les acquisitions et repousser les limites de résolution spatiale de l’angiographie en temps de vol à 7T. / Ultra-high field (UHF) MRI allows submillimetric spatial resolution in order to depict finer structures compared to conventional MRI. In recent years, the UHF potential has been explored in laboratories such as NeuroSpin, at Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA), to study brain anatomy and function at a mesoscopic scale. However, for high magnetic field strengths (> 3 Tesla), the radiofrequency (RF) field required to excite the water protons has a wavelength shorter than the size of the human head, causing destructive interferences in the brain. These increase with the static field strength leading to signal or contrast inhomogeneity artefacts on brain images, hindering the UHF benefits. However, failing to homogenize the RF field produced in the brain does not preclude from homogenizing the spin excitation to improve image quality and perform better clinical diagnosis. For this purpose, NeuroSpin’s 7T scanner has been equipped with an 8-channel parallel transmission system allowing to transmit independent optimized RF shapes on each channel in order to better control RF field interferences than in conventional single transmit channel. This thesis work focuses on RF pulse design strategies using parallel transmission to select slabs uniformly and on their applications to magnetic resonance angiography (MRA) of the human brain at 7T. In the UHF context, the most common method to homogenize the magnetization flip angle in a slice consists in combining several consecutive optimized selective excitations, so-called “spokes” subpulses, in different locations of the plane transverse to the slice in transmit k-space. Even though this method succeeds in homogenizing the in-plane excitation, its performance is not optimal in large slabs because through-slab RF inhomogeneities are not taken into account. In a first step, two original selective pulse design methods are introduced and explored to homogenize large slab selections: the “kT-spoke” method which optimizes the spoke placements in the three dimensions of the transmit k-space, and the “3D spokes” which consist in optimizing the RF subpulses point by point in time. These methods have been successfully validated in phantoms at 7T and surpassed the state of the art performance in terms of flip angle homogeneity in large slab selections. In a second step, these methods are applied to 3D Time-Of-Flight (TOF) MR angiography to improve the visualization of the arterial network in the human brain at 7T. As most MRI sequences, TOF is particularly sensitive to RF field heterogeneities. Moreover, for large uniform slab excitation, blood saturation effects prevent the depiction of the arterial network before slab exit. To correct for these effects, ramp RF pulses are proposed in the state-of-the-art, generating ascending flip angle profiles through the slab. The RF pulse design methods developed hereby were adapted to generate these profiles, successfully compensating blood saturation in 7T acquisitions. This work paves the way to a new clinical application at NeuroSpin, where MR angiography had not been explored yet, despite the high benefit of UHF for this modality. In addition, the methods developed hereby were also adapted for simultaneous multi-slice excitations. This allows promising perspectives to accelerate acquisitions and push further away the limits of TOF angiography in terms of spatial resolution.

Les accélérateurs de particules hyperfréquences sont au cœur de projets d’envergure aux visées scientifiques (comme l’European Spallation Source) ou énergétiques (comme le réacteur hybride MYRRHA). Pour ces applications, les cavités résonnantes composant ces accélérateurs doivent atteindre des champs accélérateurs très importants. Elles ont alors besoin d’une grande puissance RF. Le coupleur de puissance doit permettre d’injecter cette puissance dans la cavité tout en garantissant une grande fiabilité. L’étude d’un coupleur à 704,4MHz a été réalisée. Les comportements radiofréquences, thermiques et mécaniques ont été modélisés pour une puissance de 50kW en réflexion toutes phases. Les performances simulées permettent d’envisager son utilisation comme coupleur pour les cavités elliptiques de l’ADS MYRRHA. L’industrialisation d’un tel coupleur a également été étudiée. Cette étude a donné lieu à la fabrication de deux prototypes. L’étude d’un coupleur à 352MHz a également été réalisée afin de répondre aux exigences de la cavité SPOKE ESS. Un nouveau processus d’assemblage, impliquant une méthode de précontrainte de la céramique, sera exposé. Ce processus diminue le nombre d’étapes de fabrication et renforce mécaniquement la fenêtre du coupleur. Cette thèse a également permis la validation de l’extension aux ondes progressives d’un logiciel de simulation 3D du multipactor : Musicc3D. Les simulations et les mesures ont été favorablement comparées pour les coupleurs SPIRAL2 et XFEL. / Nowadays, the number of projects aiming at building high intensity proton linear accelerators is increasing thanks to a large field of applications: particles & nuclear physics, spallation sources and some applications in material sciences, biology and nuclear waste reprocessing. All these linear accelerator projects are based on superconducting technology that allows high accelerating gradients in continuous mode. The RF power coupler is one of the main components of the accelerator. It is designed to transmit the radio frequency power from the waveguide at room temperature to the cavity at 4 Kelvin with high reliability. In this thesis, a study of a 704.4MHz power coupler was carried out. The RF, thermal and mechanical behaviors of the coupler were simulated for 50kW full reflection continuous wave. This power coupler could be used as RF injector for MYRRHA elliptical cavities. The fabrication process has been established and two prototypes were build. A study of a 352MHz power coupler was also carried out to fulfill ESS Spoke cavities needs. The obtained design satisfies the specifications and lowers the maximum electric field in the power coupler window compared to existing design. Then a new fabrication process was developed using prestressed ceramic. Brazing operations have halved with this new process. It was shown that the prestressed could enhance the strengths ceramic. The last study in this thesis consisted in validating an extension to progressive waves of 3D simulation software of Multipacting, Musicc3D. The results obtained were favorably compared to the measurements for SPIRAL2 and XFEL power couplers.

Les nano-oscillateurs spintroniques présentent des propriétés remarquables en termes de détection radiofréquence. Leurs tailles nanométriques, leur fonctionnement à température ambiante et leurs compatibilité CMOS en font des candidats sérieux pour apporter la fonction d’analyse spectrale instantanée dans des systèmes embarqués. Les travaux de cette thèse portent sur les propriétés de détection des STNOs à base de vortex magnétiques. Un des effets conférant aux STNOs la possibilité de détecter un signal rf est l’effet diode de spin. Une source rf permet de créer le signal à détecter. Lorsque la fréquence du courant rf injecté dans le STNO correspond à sa fréquence de résonance, une tension de rectification est créée à ses bornes. La mesure de cette tension par un simple voltmètre permet alors de déterminer la présence d’un courant rf. L’étude de l’évolution de la fréquence de résonance en fonction du rayon du STNO, du courant dc et du champ magnétique a mis en avant la possibilité de choisir la fréquence de résonance et de l’accorder avec ces paramètres. Dans une perspective applicative, cette propriété est essentielle pour allouer un STNO à une fréquence spécifique à détecter. De plus, la taille nanométrique des STNOs permettent d’envisager un système composé d’un réseau de milliers, voire de millions de STNOs contenues sur une puce fonctionnant à température ambiante. Cependant plusieurs problématiques se posent. La sensibilité du STNOs à un signal rf extérieur doit permettre de déterminer l’état d’occupation d’un canal de fréquence par une simple mesure de la tension ou par un comparateur de tension. Cela nécessite une variation de tension de l’ordre de la dizaine de mV. L’effet diode de spin ne permettant pas d’atteindre de telle variation, un autre effet, mesuré pour la première fois à l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, appelé expulsion de vortex magnétique, est étudié. Ce phénomène a lieu quand le cœur de vortex franchit les bords du STNO lors de sa dynamique induite par transfert de spin. Grâce à cet effet, l’amplitude de la variation de tension peut atteindre jusqu’à 25 mV dans les STNOs caractérisés dans le cadre de nos travaux. De plus, ce phénomène est également accordable en fréquence. Dans une perspective applicative, un réseau de STNO doit être crée afin d’allouer un STNO à une gamme de fréquence spécifique et ainsi couvrir une large bande de fréquence. La répartition du courant rf vers tous les STNOs est donc une problématique à laquelle nous avons apporté une solution. L’excitation du cœur de vortex par un champ rf nous permet en effet d’exciter un grand nombre de STNO grâce à une ligne inductive lithographiée au-dessus des STNOs. La possibilité d’expulser le cœur de vortex, dans ces conditions, a été démontré. Nous avons alors étudié la dynamique du cœur de vortex induite par un champ rf lors de l’expulsion. Ces études temporelles et fréquentielles nous ont non seulement apporté des informations sur le temps de détection d’un signal rf par le STNO mais aussi sur son aimantation dans le régime d’expulsion. De plus, l’accord en fréquence du STNO est possible même lors de l’excitation du cœur de vortex par un champ rf. Enfin, ces études nous ont permis de mettre en place, étape après étape une preuve de concept démontrant la faisabilité de la détection rf avec des nano-oscillateurs spintronique. Les différentes études du phénomène d’expulsion du cœur de vortex alliées à un travail technique de conception et de fabrication considérable a permis de converger vers une solution qui constitue un point de départ vers le développement d’un détecteur d’occupation de spectre spintronique large bande, tenant sur une puce et fonctionnant à température ambiante. / Spintronic nano-oscillators have remarkable properties in terms of radio frequency detection. Their nanoscale sizes, room temperature operation, and CMOS compatibility make them serious candidates for providing instantaneous spectral analysis in embedded systems. This thesis concerns the detection properties of magnetic vortex-based STNOs. One of the effects conferring on STNOs the possibility of detecting a rf signal is the spin diode effect. An rf source is used to create the signal to be detected. When the rf current frequency injected into the STNO corresponds to its resonant frequency, a rectification voltage is created at its terminals. The measurement of this voltage by a simple voltmeter makes possible to determine the rf current presence. The evolution study of the resonance frequency as a function of the STNO radius, the dc current and the magnetic field has highlighted the possibility of choosing the resonant frequency and tuning it with these parameters. From an application point of view, this property is essential for allocating an STNO to a specific frequency to be detected. Furthermore, the STNO nanometric allows us to envisage a network of thousands, even millions of STNOs contained on a chip operating at ambient temperature. However, several problems arise. The STNO sensitivity to an external rf signal must allow to determine the occupancy state of a frequency channel by a simple measurement of the voltage or with a voltage comparator. This requires a voltage variation of ten mV order. The spin diode effect doesn’t allow to achieve such variation. Another effect, measured for the first time at the Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, called magnetic vortex expulsion, is studied. This phenomenon occurs when the vortex core crosses the STNO edges during its spin transfer induced dynamics. Thanks to this effect, the voltage amplitude variation can reach up to 25 mV in the STNOs characterized during this thesis. Moreover, this phenomenon can be tuned. From an application perspective, a network of STNOs must be created in order to allocate an STNO to a specific frequency range and thus cover a broad frequency band.The rf current distribution to all STNOs is therefore a problem to which we have brought a solution. The excitation of the vortex core by a rf field allows us to excite a large number of STNO thanks to an inductive line lithographed above the STNOs. The possibility of expelling the vortex core under these conditions has been demonstrated. We then studied the vortex core dynamics induced by an rf field during the expulsion. A time and frequency domain studies not only provided us detection time information of an rf signal by the STNO but also on its magnetization in the expulsion regime. Moreover, the STNO frequency tuning is possible even when the vortex core is excited by an rf field. Finally, these studies enabled us to implement step by step a proof of concept demonstrating the rf detection feasibility with spintronic nano-oscillators. The various studies of vortex core expulsion combined with a considerable technical work of design and manufacture finally allowed us to converge towards a solution that constitutes a starting point towards the development of a broadband spintronic spectrum occupancy detector, contained on a chip and operating at room temperature.