Lors de le la propagation d’une impulsion laser ultra- intense et ultra-brève dans un plasma sous dense une onde de plasma se forme dans son sillage, susceptible d’accélérer des électrons à des énergies élevées sur de très courtes distances. Dans un régime d’excitation extrêmement non-linéaire, connu sous le nom de régime de la bulle, on peut obtenir des faisceaux mono-énergétiques d’électrons relativistes. Si les faisceaux d’électrons issus de l’interaction sont aujourd’hui bien caractérisés, de nombreux paramètres de l’interaction restent inaccessibles, faute de diagnostics adaptés. Nous avons tenté de répondre à cette problématique au cours de cette thèse, en étudiant à l’aide de simulations numériques comment interpréter le rayonnement issu de l’interaction pour déterminer la dynamique du milieu.La première partie de l’étude est consacrée aux propriétés du rayonnement des électrons accélérés, qui s’étend jusque dans le domaine des X. L’étude des caractéristiques de l’émission doit pouvoir renseigner sur le mouvement des électrons du milieu et plus généralement sur l’interaction laser-plasma. Les études menées dans le cadre de cette thèse montrent qu’en effet l’observation du rayonnement permet de déterminer la direction des électrons du faisceau en fin d’accélération, et dans une certaine mesure, leur répartition à l’intérieur du faisceau.La deuxième partie concerne la propagation en milieu sous dense. Le plasma perturbe l’impulsion au cours de sa propagation, modifiant ses caractéristiques spatiales et spectrales. Nous avons étudié ces effets lorsque le milieu est constitué d’un gaz d’azote puis d’argon. Nos résultats mettent en évidence les contributions respectives de l’auto-modulation de l’impulsion ainsi que celle du gradient de densité électronique créé par l’ionisation des gaz dans leurs différents états de charge. L’étude a été poursuivie dans des conditions d’accélération exploitant un gaz plus léger et à plus haute intensité, dans le régime de la bulle. Nous avons identifié l’origine des variations des conditions d’interaction observées dans la première partie. / An intense and short laser pulse propagating through an under dense plasma creates a plasma wave in its wake. The huge electric fields generated by this wave are responsible for the acceleration of trapped electrons to high energies in a very short distance. A nonlinear acceleration regime, known as the bubble regime, is particularly exciting as it generates mono-energetic electron beams. Outstanding results have been obtained recently in this thematic. However, while the electron beam itself has been widely characterized, there is still a lack of information concerning the detail of the interaction process itself. During my thesis work, I contribute to bring responses to this problematic, by studying the information carried out by the light emitted during interaction using intensive numerical simulations.The first part of my thesis is the dedicated to the links existing between the properties of accelerated electrons and the radiation they emit. From its properties, we can deduce the direction of the electron beam at the end of the acceleration, as well as in some particular conditions inside the beam. It is also possible to observe variations of the interaction through radiations.The second part is dedicated to the pulse propagation study. The pulse shape and spectrum of the laser pulse can be modified during the interaction of the laser within the medium. We have studied the propagation of the pulse in Nitrogen and Argon for slightly relativistic intensity. We showed that in given conditions, the pulse spectrum can be shifted due to self-modulation, the generation of an electronic density gradient due to the gas ionization. We also studied the pulse propagation at higher intensity, in the bubble regime. We identified the origin of interaction variations, observed in the first part of the thesis through the emitted radiation study.

Depuis la découverte des rayons X par Röntgen, l'imagerie radiographique utilise le contraste d'absorption. Cette technique est efficace uniquement si les objets à étudier sont suffisamment absorbants. C'est pour cela qu'on peut détecter une lésion osseuse avec une radiographie, mais pas une lésion ligamentaire.Toutefois, l'imagerie par contraste de phase peut permettre de surmonter cette limite. Depuis les années 2000, s'appuyant sur des travaux similaires existant en optique visible, les scientifiques des rayons X essayent de mettre au point des dispositifs sensibles au contraste de phase et compatibles avec des applications industrielles comme l'imagerie médicale ou le contrôle non-destructif. Néanmoins, les architectures classiques des interféromètres sont très difficiles à mettre en place dans les rayons X durs, et sont trop contraignantes pour être transférables vers l'industrie. C'est pourquoi des dispositifs utilisant des réseaux de diffraction ont été les plus développés. Ils ont permis d'obtenir les premières images de radiographie par contraste de phase sur des humains vivants.Mais les architectures proposées aujourd'hui utilisent plusieurs réseaux et son contraignantes pour les industriels. C'est pourquoi j'ai développé au cours de ma thèse un système n'utilisant qu'un unique réseau de phase. J'ai montré qu'un tel dispositif peut générer des interférogrammes achromatiques et invariants par propagation. Ce dispositif a permis d'effectuer des mesures de contraste de phase quantitatives sur un fossile biologique, ainsi que des mesures métrologiques sur des miroirs plans sensibles aux rayons X. / Since Röntgen discovered X-rays, X-ray imaging systems are based on absorption contrast. This technique is inefficient for weakly absorbing objects. As a result, X-ray standard radiography can detect bones lesions, but cannot detect ligament lesions.However, phase contrast imaging can overcome this limitation. Since the years 2000, relying on former works of opticians, X-ray scientists are developing phase sensitive devices compatible with industrial applications such as medical imaging or non destructive control.Standard architectures for interferometry are challenging to implement in the X-ray domain.This is the reason why grating based interferometers became the most promising devices to envision industrial applications. They provided the first x-ray phase contrast images of living human samples.Nevertheless, actual grating based architectures require the use of at least two gratings, and are challenging to adapt on an industrial product. So, the aim of my thesis was to develop a single phase grating interferometer. I demonstrated that such a device can provide achromatic and propagation invariant interference patterns. I used this interferometer to perform quantitative phase contrast imaging of a biological fossil sample and x-ray flat mirror metrology.

Cette thèse est centrée sur le couplage entre les phénomènes d’écoulement, d’ablation et de rayonnement au voisinage du point d’arrêt de véhicules d’entrée atmosphérique pourvus d’un système de protection thermique de type carbonephénolique. La recherche est divisée en trois parties : 1) le développement de méthodes numériques et d’outils pour la simulation d’écoulements hypersoniques hors équilibre autour de corps émoussés, 2) la mise en oeuvre d’un nouveau modèle de transport du rayonnement hors équilibre dans ces écoulements, y compris dans les couches limites contaminées par les produits d’ablation, et 3) l’application de ces outils à des conditions réelles de vol.Les effets du couplage entre l’ablation et le rayonnement sont étudiés pour les rentrées terrestres. Il est démontré que les produits d’ablation dans la couche limite peuvent augmenter le blocage radiatif à la surface du véhicule. Pour les conditions de flux maximum d’Apollo 4, les effets de couplage entre le rayonnement et l’ablation réduisent le flux conductif de 35%. L’accord avec les données radiométriques est excellent, ce qui valide partiellement la méthode de couplage et la base de données radiatives. L’importance d’une modélisation précise du soufflage du carbone dans la couche limite est également établie. / This thesis focuses on the coupling between flow, ablation, and radiation phenomena encountered in the stagnation region of atmospheric entry vehicles with carbon-phenolic thermal protection systems. The research is divided into three parts : 1) development of numerical methods and tools for the simulation of hypersonic, non equilibrium flows over blunt bodies, 2) implementation of a new radiation transport model for calculating nonequilibrium radiative heat transfer in atmospheric entry flows, including ablation contominated boundary layers, and 3) application of these tools to study real flight conditions.The effects of coupled ablation and radiation are studied for Earth entries. It’s shown that ablation products in the boundary layer can increase the radiation blockage to the surface of the vehicle. An analysis of the Apollo 4 peak heating condition shows coupled radiation and ablation effects reduce the conducted heat flux by as much as 35% for a fixed wall temperature of 2500 K. Comparison with the radiometer data shows excellent agreement, partially validating the coupling methodology and radiation database. The importance of accurately modeling the amount of carbon blown into the boundary layer is demonstrated by contrasting the results of other researchers.

De nos jours, les caméras sont de plus en plus utilisées lors de missions spatiales ou en centrale nucléaire pour des missions d'observations (civiles ou militaires) et de surveillance (vérification du déploiement de panneaux solaires, opérations extravéhiculaires, accident nucléaire, site de stockage). L'environnement spatial, les réacteurs civils nucléaires ou les lieux de stockage de déchets radioactifs sont des milieux radiatifs qui peuvent très fortement perturber les composants électroniques et les systèmes. Dans ces environnements, les rayonnements ionisants dégradent les paramètres électriques des composants électroniques. La dose totale ionisante conduit à l'apparition d'un nombre significatif de charges dans les oxydes des matériaux constituant les composants électroniques, modifiant leurs propriétés électriques. Il en résulte qu'une exposition à la dose totale ionisante peut entraîner une défaillance partielle ou totale d'un composant voire d'un système électronique embarqué.Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une méthode de régénération pour guérir les paramètres électriques dégradés par la dose totale ionisante de composants électroniques soumis aux rayonnements ionisants. Cette méthode consiste à appliquer des cycles de recuit isothermes à un composant électronique. Dans un premier temps, cette méthode est appliquée sur des transistors MOS, et une étude est menée sur l'impact des différents paramètres clés du recuit (polarisation, température, durée de recuit, pas en dose entre chaque recuit). Dans un second temps, nous nous intéressons à des composants plus intégrés et plus récents tels que des capteurs d'images de type CMOS APS. Nous montrons expérimentalement l'impact d'un recuit sur ce type de composant et enfin, nous adaptons la méthode de régénération pour l'appliquer à ces capteurs APS afin d'augmenter leur durée de vie. / Nowadays, cameras are more and more used in space missions or nuclear plant for observation (civil or military) and monitoring missions (checking the deployment of solar panels, extravehicular operations, nuclear accident, and area storage). The space environment, nuclear reactors or radioactive waste storage areas are radiative environments that can greatly disturb electronic components and systems. In these environments, ionizing radiation degrades the electrical parameters of electronic components. The total ionizing dose induces significant charge build-up in oxides, degrading the electrical properties of the materials of electronic devices. That can result in the loss of functionality of the entire electronic system.In this thesis, we propose a regeneration method to recover the electrical parameters degraded by total ionizing dose of electronic components subjected to ionizing radiation. In this method isothermal annealing cycles are applied to electronic devices. In a first step, this method is applied on MOS transistors, and a study is conducted on the impact of various key parameters of annealing (bias, annealing temperature, annealing time, dose step between each annealing). In a second step, we focus on components more integrated and newer such as CMOS APS image sensors. We experiment what is the impact of annealing on this type of component and finally, the regeneration method is modified to be suitable on these APS sensors to increase their lifetime.

Ce travail de thèse vise à apporter des connaissances structurales et fonctionnelles sur les protéines du gluten. Pour cela, nous utilisons les concepts et méthodes de la physique des polymères et de la matière molle. Plus précisément, nous optimisons un protocole d’extraction basé sur la séparation de phases liquide-liquide. Ce dernier permet d’obtenir des isolats de protéines à différents rapports massiques gluténines/gliadines que nous étudions ensuite dans un solvant eau/éthanol 50/50 (v/v). Les résultats, montrent que les protéines se comportent comme des chaînes de polymères en solvant θ, en régime dilué et semi-dilué avec des tailles caractéristiques définis par diffusion de rayons X et de neutrons aux petits angles. De plus, 2 tailles d’objets sont distinguées en régime dilué par diffusion dynamique de la lumière: d’une part des protéines monomériques de l’ordre d’une dizaine de nanomètres associées aux  et -gliadines et à des polymères de gluténines de faibles masses molaires et d’autre part des assemblages polymériques de l’ordre de 100 nm, principalement composés de ω-gliadines et polymères de gluténines de haute masse molaire. Ces assemblages sont mis en avant par une combinaison de mesures réalisées par chromatographie d’exclusion de taille et par fractionnement par flux de forces asymétrique et permettent de rationaliser les diagrammes de phases de ces mélanges protéiques, en fonction de la température. L’étude de la dynamique de séparation de phases de ces mélanges protéiques, par diffusion de rayons X aux petits angles, montre que celle-ci est pilotée par un phénomène de décomposition spinodale. Cette décomposition peut être arrêtée lors de trempes en température profondes mais également observée à toutes les températures de trempe, pour les échantillons les plus riches en gluténines, formant un gel dès le régime monophasique, d’après leur étude par rhéologie / The aim of this thesis is to provide structural and functional knowledge on wheat gluten proteins. For that, we use the physical methods and the concept of soft matter. We optimize an extraction protocol based on a liquid-liquid phase separation. With this protocol, we obtain protein batches with different glutenin/gliadin mass ratios, which we then study in a 50/50 water/ethanol solvent (v/v). We show that proteins behave like polymer chains in θ solvent in dilute and semi-dilute regime, whose characteristic size are extracted by small angle X-ray and neutron scattering. Moreover, two sizes of objects are evidenced in dilute regime by dynamic light scattering: monomeric proteins with a size around 10 nm which can be associated to α/β, and γ-gliadins and polymeric glutenins with low molecular weight and polymeric assemblies with a size around 100 nm composed of ω-gliadins and glutenins polymers with high molecular weight. These assemblies are revealed by a combination of size exclusion chromatography and asymmetric flow field flow fractionation and allow one to rationalize the phase diagrams of the protein mixtures with temperature. The study of the dynamics of the phase separation of these protein mixtures by small angle X-ray scattering shows that the phase separation proceeds through a spinodal decomposition phenomenon. An arrested phase separation is observed for deep quenches but also at all temperature quenches for the most glutenin rich samples, which are gels in the monophasic regime, as confirmed by rheology.

Ces travaux de thèse se positionnent au cœur des problématiques du patrimoine et notamment de la conservation préventive des œuvres d'art. Pour apporter aux musées une solution à faible coût capable de répondre aux exigences fixées dans le cadre de la protection du patrimoine culturel, nous avons développé de nouveaux vitrages polymères permettant de protéger les œuvres sans en altérer leur perception par le public. Ces matériaux pourront, à terme, tenter de remplacer les vitrages de type poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), très largement utilisés, mais dont le principal inconvénient est sa grande sensibilité à la rayure et aux solvants de nettoyage.Ces matériaux ont été synthétisés en combinant, en différentes proportions, deux polymères, le PMMA et le polycarbonate de CR39® (PCR39®) dans une architecture de réseaux interpénétrés de polymères (RIP). Cette association a permis d'obtenir des nouveaux matériaux transparents (T%>95%) dont la résistance à la rayure et aux solvants est considérablement améliorée comparativement à celle du PMMA. Leurs vieillissements lors de leur exposition à la lumière (UV) artificielle ou naturelle ont été étudiés. Afin d'améliorer leurs propriétés d'anti-rayure, nous avons réticulé sélectivement la phase PMMA avec des nanoparticules de silice fonctionnalisées, ce qui conduit à la réalisation d'un nouveau RIP hybride. Enfin, dans l'optique d'obtenir un matériau intelligent, nous avons étudié la possibilité d'intégrer au sein même de ces vitrages, un capteur de rayonnements UV afin de pouvoir alerter de leur présence. Le PCR39® ayant les propriétés en adéquation avec le développement d'un tel capteur, nous avons ensuite cherché à augmenter la sensibilité du matériau. Pour cela, des composés fluorescents, organique, d'une part et inorganiques d'autre part (nanoparticules d'oxyde de gadolinium dopées soit au terbium soit à l'europium) ont été intégrés au sein des RIP. / This work position itself on a primary issue of heritage and more precisely on the preventive conservation of artworks. To provide a low cost solution to museums, capable of meeting the requirements set for the cultural heritage protection, we have developed new polymer glazing to protect works without altering their perception by the public. These materials will eventually be able to replace poly(methyl methacrylate) (PMMA) glazing, which are widely used but have high sensitivity to scratching and cleaning solvents as mains drawbacks.These materials were synthesized by combining, with various proportions, two polymers, PMMA and polycarbonate of CR39® (PCR39®), into an interpenetrating polymer network (IPN) architecture. This association generated new transparent materials (T% > 95%) of which resistance toward scratching and solvents is considerably improved compared to PMMA's one. Their ageing have been studied when exposed to artificial or natural light (UV). To improve their scratch resistance, we selectively crosslinked the PMMA phase with functionalized silica nanoparticles, leading to the formation of a new hybrid IPN. Finally, in order to obtain a smart material, we studied the possibility of integrating within these glazing, a UV sensor to warn of their presence. The PCR39® having properties consistent with the development of such a sensor, we tried to increase the sensitivity of the material. For that purpose, first an organic fluorescent compounds, and secondly an inorganic one (gadolinium oxide nanoparticles doped with terbium or europium) were incorporated in the IPN.

Le modèle de neige est souvent dépendant du modèle hydrologique avec lequel il est couplé, ce qui peut favoriser la représentation du débit au détriment de celle de la neige. L'objectif est de rendre le calage du modèle de neige plus indépendant de celui du modèle hydrologique en restant facilement utilisable en opérationnel. Dans cette optique, un modèle contraint sur des données d'observations de la neige permettrait d'améliorer d'une part la robustesse des paramètres du modèle de neige et d'autre part la simulation de l'état du manteau neigeux. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié et modifié le modèle degrés-jour semi-distribué CemaNeige afin qu'il puisse simuler de manière plus réaliste la variable de surface d'enneigement du bassin versant. Cette modification, couplée au calage du modèle sur des données de surface enneigée et sur le débit, a permis d'améliorer la simulation de l'enneigement par le modèle sans détériorer significativement les performances en débits. Nous alors ensuite débuté le développement d'un nouveau modèle de neige à l'échelle ponctuelle. Celui-ci se compose d'un modèle de rayonnements, simulant les rayonnements incidents à partir de données d'amplitude de températures journalières, et d'un modèle de manteau neigeux. Le modèle de manteau neigeux résout les équations de la chaleur au sein du manteau neigeux à l'aide d'une représentation spectrale du profil de température. Cette représentation permet de simuler les profils et gradients de températures en utilisant moins de variables d'état qu'une discrétisation verticale par couches. Pour mieux prendre en compte les mesures ponctuelles de neige, ce modèle devra être distribué. / Snow models are often dependent on the hydrological model they are coupled with, which can promote higher performance on runoff simulation at the expense of snow state simulations performances. The objective of this thesis is to make the calibration of the snow model more independent from the calibration of the hydrological model, while remaining easily usable for runoff forecasting. Calibrating snow model on observed snow data would on one hand improve the robustness of the snow model parameters and on the other hand improve the snowpack modelling. In the first part of this manuscript, we modified the semi-distributed CemaNeige degree-day model so that it can explicitly simulate the watershed snow cover area. This modification coupled with the calibration of the model on snow cover area data and on river runoff data significantly improved the simulation of the snow cover area by the model without significantly deteriorating the runoff performances. Then we started the development of a new point scale snow model. It is based on a radiation model, which simulates incoming radiations from daily temperature range data, and a snowpack model. The snowpack model solves the heat equations within the snowpack by using a spectral representation of the temperature profile. This representation simulates the temperature profile and gradients using fewer state variables than a vertical discretization of the snowpack. In order to be able to use point scale snow observations in the model, it should be distributed on the watershed.

Dans le domaine du nucléaire, les techniques actuelles de mesure de radiation n’offrent pas la possibilité d’effectuer un contrôle le long d’un objet filaire. Le projet Droïd a pour but de développer un dosimètre linéique utilisant une fibre optique comme élément sensible. L’atténuation radio-induite (ARI) du guide d’onde, lue par réflectométrie optique, permet non seulement de quantifier, mais également de localiser le dépôt de dose le long de la fibre. Chaque portion du câble fait alors office de capteur de rayonnement. Il est envisageable d’effectuer des mesures réparties sur de longues distances (plusieurs dizaines de mètres) et d’obtenir des cartographies de dose en une, deux ou trois dimensions selon la disposition de l’objet dans l’espace. Le projet se structure en deux volets. Le premier est le développement d’une fibre optique hautement sensible aux radiations. En effet, les technologies commerciales standard ne le sont pas suffisamment pour des applications comme la radioprotection du personnel dans le milieu du nucléaire. Définir la composition chimique de la fibre permet de maîtriser sa réponse aux rayonnements. Le second volet du projet concerne la modélisation liant l’atténuation radio-induite à la dose reçue par le guide d’onde. Dans le cas général d’une fibre avec fading, le développement et l’inversion d’un modèle non linéaire sont primordiaux pour le bon fonctionnement du dosimètre et constituent un verrou scientifique majeur à lever. / In the nuclear domain, current radiation monitoring techniques do not offer the possibility to locally determine the dose received by a wire along its path. The purpose of the Droïd project is to develop a linear dosimeter based on an optical fiber as a sensitive element. The Radiation-Induced Attenuation (RIA) of the waveguide, read by optical reflectometry, can be used not only to quantify, but also to locate the dose deposition along the fiber. Each portion of the cable acts as a radiation sensor. It becomes possible to make measurements over long distances (several tens of meters) and to obtain dose maps in one, two or three dimensions depending on the spatial arrangement of the fiber. The project is structured in two parts. The first one is the development of an optical fiber that is highly sensitive to radiation. Indeed, standard commercial technologies are not reactive enough for applications such as staff radioprotection. Defining the chemical composition of the fiber permits to master its behavior under radiation. The second part of the project deals with modeling the non-linear relationship between the RIA and the dose received by the waveguide. In the general case of a sensor with fading, building and inverting such a model are a requirement for the final device and constitute a major scientific challenge.

On aborde la structure de surface d'oxydes polaires MgO(111), NiO(111) et CoO(111) par diffraction des rayons-X en incidence rasante. Des vannes de spins épitaxiés sur du NiO(111) monocristallin sont étudiées au champitre 2. Une modélisation 3D de la croissance cristalline est présentée ensuite. La dernière partie est consacrée à la description d'une nouvelle technique - la diffraction magnétique en incidence rasante.

Le document présente les différents aspects de l'expérience de Jean-Marc Parot en modélisation. L'accent est mis sur la dynamique, domaine dans lequel il enseigne depuis plus de 14 ans, et plus particulièrement sur l'acoustique numérique.<br>Les multiples thèmes de recherche traités en de nombreuses années sont regroupés autour de la notion d'onde, des modèles acoustiques traités par équations intégrales et de l'apport de la théorie mathématique à la modélisation.<br>Un appui simultané sur l'expérience et sur les outils mathématiques apporte une meilleure compréhension de la réalité et permet de rendre les modèles plus performants. Ce propos est illustré notamment par l'exemple de l'acoustique des surfaces minces et de la transformation de Hilbert en dynamique des matériaux.