Notre recherche en didactique des sciences, explore la potentialité des objets scientifiques contemporains à devenir des objets de patrimoine à travers un cas d'étude : l'accélérateur de particules Cockcroft-Walton (CW). Nous faisons l'hypothèse que la valorisation des objets scientifiques contemporains, étape importante du processus de patrimonialisation, est spécifique et nécessite une expertise particulière. Notre travail a été réalisé grâce au dispositif CIFRE, nous permettant de travailler aux côtés du musée des Confluences à Lyon, qui expose un accélérateur de particules CW dans Sociétés : le théâtre des hommes. L'Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL) possède également un appareil de ce type, qui est aujourd'hui au cœur d'un projet de valorisation. Notre analyse s'appuie sur une étude du contexte, historique, épistémologique et social, de « naissance » du premier accélérateur CW et d'une étude scientifique de l'objet. Nous avons également mené deux enquêtes, la première visant à retracer la trajectoire de l'accélérateur CW à Lyon, la seconde à retrouver l'ensemble des accélérateurs CW dans le monde. En nous appuyant sur différents travaux qui ont souligné les étapes du processus de patrimonialisation, nous avons caractérisé les spécificités du patrimoine scientifique contemporain, et recherché les traces laissées par ces caractéristiques dans la mise en exposition de l'objet. Nos résultats mettent en évidence le manque d'informations permettant l'interprétation et l'appropriation de l'accélérateur CW par un public, et nous invitent à interroger le contenu représentationnel de l'objet, véhiculé à travers d'autres contextes d'utilisation, formel ou fictionnel / Our thesis in science education explore the potentiality of contemporary scientific objects to become objects of heritage through a study case: the Cockcroft-Walton particle accelerator (CW). We call it “patrimonialisation” (the making of heritage) according to Information and Communication Sciences. We assume that the value of contemporary scientific objects, an important stage of the patrimonialisation, is specific and requires a particular expertise. Our work was realized thanks to a french financing facility, allowing us to work with Le musée des Confluences in Lyon (France), which exposes a particle accelerator CW in Societies: the human theater. The Institute of Lyon Nuclear physics (IPNL) also possesses a device of this type, who is the focus of a recognition project. sing a multidisciplinary approach, our analysis begin with a study of historical, epistemological, social and scientific context, of the first one CW. We also led two inquiries, the first one to redraw the accelerator CW trajectory in Lyon, the second to find all the accelerators CW in the world. Several studies have indeed highlighted the stages of the patrimonialisation. Relying on these studies we characterized the specificities of the contemporary scientific heritage, and looked for tracks left by these characteristics in the exhibition text (museography). Our results demonstrate the lack of information allowing the interpretation (lecture) and the appropriation of the accelerator CW by a public, and invite us to question the representational contents of the object, conveyed through other contexts of use, formal or fictional

La diffusion Compton est un moyen de produire des rayons X en réalisant des collisions entre un faisceau d'électrons relativistes et un faisceau laser. Par analogie avec le rayonnement synchrotron, le faisceau laser joue le rôle d'onduleur, ce qui entraîne les électrons dans un mouvement d'oscillation. Le rayonnement émis par les électrons en mouvement, dont certaines caractéristiques sont proches de celle du rayonnement synchrotron, peut être produit sur des machines relativement compactes. L'installation ELSA du CEA DAM DIF dispose d'un accélérateur d'électrons (17 MeV) et d'un laser (532 nm) dont les caractéristiques sont favorables à la réalisation d'une expérience de production de rayonnement X par diffusion Compton. La faible probabilité d'interaction et les petites dimensions des faisceaux (< 100 µm, 30 ps (LTMH)) obligent à optimiser avec soin le recouvrement spatial et temporel des impulsions. La visualisation des deux faisceaux en simultanée se fait grâce à un biseau en aluminium renvoyant les images des deux faisceaux vers les caméras CCD et à balayage de fente. La détection du rayonnement X produit (d'énergie < 11 keV) est réalisée par des écrans radio-luminescents à mémoire. Ces écrans, très sensibles au rayonnement de basse énergie, permettent de visualiser le profil du rayonnement et de réaliser la radiométrie du signal. Ces écrans ont également été utilisés en tant que scintillateurs couplés à un photomultiplicateur pour contrôler en temps réel le rendement de l'interaction. L'analyse des résultats expérimentaux obtenus confirme les résultats des simulations. / Compton scattering by collisions between relativistic electron beam and laser beam is a way to produce X-rays. Laser beam is seen as an undulator which gives electrons a periodic waved motion. This radiation emitted by electrons motion has some characteristics close to those of synchrotron radiation but can be produced by smaller machines. ELSA facility at CEA DAM DIF is a linear electron accelerator (17 MeV) running with a photoinjector and a laser (532 nm). Characteristics of electrons and laser beam are favourable to a Compton scattering X-rays experiment. Small interaction probability and small beam sizes (< 100 µm, 30 ps (LTMH)) require a careful optimization of spatial and temporal pulses covering. An aluminium bevel-edge allows visualizing beams with CCD and streak cameras. Imaging plates are used as < 11 keV X-rays detectors. These detectors are very sensitive to low signal-to-noise ratio at low energy and give the beam profile. The imaging plates were coupled with a photomultiplier to manage the yield in real time. Experimental results are confirmed by simulations.

La gestion des colis de déchets radioactifs représente un enjeu majeur pour l’industrie nucléaire. La solution de gestion d’un colis est déterminée en fonction de ses caractéristiques radiologiques. L’une de ces principales caractéristiques est l’activité α qui est principalement due aux actinides. Les méthodes non destructives actives, reposant sur le principe de la réaction de fission, permettent de quantifier les actinides. Ces méthodes sont mises en œuvre lorsque les techniques non-destructives passives deviennent inapplicables. Dans un premier temps, les méthodes actives consistent à irradier le colis afin d’entraîner des réactions de fission sur les actinides. Dans un second temps, les particules promptes et retardées émises suite aux réactions de fission sont détectées. Cette thèse a pour objectif d’optimiser le flux de neutrons, destiné à interroger les colis, en étudiant la possibilité d’utiliser un accélérateur d’électrons comme source de neutrons en lieu et place d’un générateur de type deutérium-tritium (gain attendu de l’ordre de deux décades en termes d’intensité d’émission). Un accélérateur d’électrons permettrait par ailleurs d’améliorer la caractérisation des colis de déchets radioactifs en rendant compatible, à l’aide du même dispositif d’irradiation, les mesures par interrogation neutronique active, par interrogation photonique active, et l’imagerie haute énergie.Dans un premier temps, nous avons caractérisé et optimisé le flux de photoneutrons émis par un accélérateur d’électrons en utilisant les codes de calculs Monte Carlo MCNPX et TRIPOLI-4. Nous avons considéré des cibles de conversion en tungstène ou en tantale et avons déterminé les paramètres suivants : intensité moyenne d’émission ; spectre en énergie ; et distribution angulaire. La cohérence de nos résultats a été évaluée par comparaison entre calculs et mesures d’activation neutronique. Nous avons ensuite évalué la faisabilité des mesures par interrogation neutronique active, en utilisant la cible d’un accélérateur d’électrons de 17 MeV en tant que générateur de neutrons, sur des échantillons d’uranium et de plutonium. Nous nous sommes intéressés à la détection des neutrons prompts, des neutrons retardés, et des gamma retardés. Nous avons également réalisé l’association de résultats de mesures par interrogations neutronique et photonique actives non-simultanées. Nous avons appliqué cette technique à la mesure de l’enrichissement de l’uranium. Enfin, nous avons dimensionné par simulation MCNPX une cellule de mesure, basée sur un accélérateur d’électrons, dédiée à l’interrogation neutronique active. La cellule a ensuite été construite et une campagne d’expérimentations a permis d’évaluer les performances de cette dernière lors de mesures réalisées sur des colis de déchets radioactifs maquettes de type 220 L contenant différentes matrices. / Management of nuclear waste packages is a crucial task for the nuclear industry. The solution for management of a nuclear waste package is chosen according to its radiological characteristics. One of the most important of these features is the α-activity which is mainly due to actinides. Non-destructive active methods based on the fission process enable to quantify the actinides. These methods are implemented when non-destructive passive methods become inapplicable. First, these methods consist in irradiating a package in order to induce fission reactions on the actinides, and then, to detect the prompt and delayed particles which are emitted further to these reactions. This thesis aims at optimizing the neutron flux, which is intended to interrogate a package, by studying the potentialities of using an electron accelerator as a neutron source instead of a deuterium-tritium neutron generator (expected gain in terms of emission intensity on the order of two decades higher). Furthermore, an electron accelerator would enable to improve nuclear waste packages characterization by making compatible, on the same irradiation setup, neutron interrogation measurements, photon interrogation measurements, and high-energy imaging.First, we characterized and optimized the photoneutron flux emitted by an electron accelerator using MCNPX and TRIPOLI-4 Monte Carlo codes. We considered tungsten and tantalum conversion targets and focused on the following parameters: average emission intensity; mean energy; and angular distribution. The consistency of our results has been verified by comparing neutron activation calculations and measurements. We have then evaluated the feasibility of neutron interrogation measurements on uranium and plutonium samples using the target of a 17 MeV electron accelerator as a neutron generator. We detected prompt neutrons, delayed neutrons, and delayed gamma-rays. We also combined photon and neutron interrogation non-simultaneous measurements. We applied such technique to the measurement of uranium enrichment. Finally, we designed by MCNPX simulation a neutron interrogation setup based on an electron accelerator. The cell was then built and an experimentation campaign enabled to evaluate performances of the latter. Measurements were carried out on 220 liter nuclear waste mock-up drums containing different matrices.

La dosimétrie neutronique en réacteur se base sur l'analyse de l'activité de dosimètres irradiés, dont certains isotopes-cibles sont l'objet de réactions d'activation ou de fission sous l'effet des neutrons. Les différentes cibles sont sensibles aux neutrons d’énergie particulière. La caractérisation des spectres neutroniques est bien établie dans les domaines thermique, epithermique (Eneutron <1 keV) et rapide (Eneutron >1 MeV), mais il y a une absence de détecteur dans le domaine énergétique entre 1 keV et 1 MeV. Le travail de thèse a abouti sur un choix final: la capture (n, &#947;) sur les isotopes 92Zr et 94Zr, présents dans le zirconium naturel, pour former les isotopes 93Zr (stable) et 95Zr (radioactif). L'expérience ZIMA a été réalisée sur le réacteur OSIRIS pour démontrer la faisabilité de la méthode de détection proposée. Les analyses post-irradiation sont la spectrométrie &#947; et la spectrométrie de masse par accélérateur. Pour analyser les résultats expérimentaux, ZIMA a été simulée avec le code neutronique TRIPOLI-4 basé sur la méthode de Monte Carlo. Les rapports Calcul/Expérience présentés dans la thèse permettent de conclure que la détection neutronique (1 keV – 1 MeV) par capture de 94Zr et 92Zr donne des résultats probants. Les mesures obtenues sont exploitables. / Reactor dosimetry goal is to reconstruct neutron spectrum in a particular reactor location. Today we can reconstruct with precision thermal (<eV) and fast (>MeV) parts of neutron spectrum by using dosimeters with an adequate sensitivity. Nowadays there is no dosimeter for the intermediate energy region 1 keV - 1 MeV. Thus, the PhD goal is to select the 1 keV - 1 MeV sensible target-isotope and nuclear reaction and verify our solution by experimental irradiation. PhD final choice is for neutron capture reaction (n, &#947;) on 92Zr and 94Zr. Neutron irradiation produces 2 isotopes: 93Zr and 95Zr, stable and radioactive. Irradiation experiment was performed in OSIRIS reactor. Post-irradiation analyses of irradiated Zr samples are &#947; spectrometry and Accelerator Mass Spectrometry. In order to simulate irradiation experiment we performed calculation with neutron transport code TRIPOLI-4, based on Monte Carlo method. The goal of ZIMA (Zirconium Irradiation for Mass and Activity analysis) experiment was to prove the feasibility of 1 keV - 1 MeV neutron detection by (n,&#947;) capture on 92Zr and 94Zr under boron nitride filter. C/E ratios presented in this PhD allow us to conclude that activation of 94Zr and 92Zr gives us acceptable results.

Les cosmonucléides produits in-situ résultent de l'interaction des particules énergétiques issues du rayonnement cosmique avec les minéraux exposés à la surface de la terre. Le nucléide cosmogénique 10Be (T½=1,5Ma) a été utilisé dans ce travail afin d'étudier les modes de développement des latérites et de quantifier les processus les affectant. Au cours de cette étude, différents systèmes latéritiques ont ainsi été échantillonnés aussi bien en Afrique qu'au Brésil. La distribution des concentrations en 10Be mesurées par spectrométrie de masse par accélérateur dans des quartz issus de filons et prélevés dans des profils de sols permet 1/ de déterminer l'origine autochtone ou allochtone des matériaux lors de la mise en place des séquences étudiées, 2/ de quantifier les taux d'érosion ou d'enfouissement affectant ces surfaces, et 3/ de mettre en évidence et d'estimer l'extension de l'activité biologique. L'examen de l'évolution de la concentration en 10Be le long de "stone-lines" permet de préciser sans ambiguïté leur origine allochtone ou autochtone et, dans ce dernier cas, deux types de modèles développés au cours de ce travail permettent alors d'estimer la vitesse des déplacements latéraux superficiels des sols.<br /><br /><br />Mots clés : Béryllium 10 cosmogénique, latérites, spectrométrie de masse par accélérateur, <br />"stone-line", érosion, enfouissement, sol.

La radiothérapie utilise des faisceaux de particules dans le but d'irradier et d'éliminer les tumeurs cancéreuses tout en épargnant au maximum les tissus sains. La perte d'énergie en forme de pic de Bragg des protons dans la matière permet une amélioration balistique du dépôt de la dose par rapport aux rayons X. Le volume irradié peut ainsi être précisément ajusté au volume tumoral. Cette thèse, dans le cadre du projet RACCAM, vise à étudier et à mettre au point le design d'une installation de protonthérapie basée sur un accélérateur de particules à champ fixe et à gradient alterné FFAG dans le but de construire un aimant FFAG à secteur spiral pour validation. Nous présentons tout d'abord la protonthérapie pour définir un cahier des charges médicales définissant les critères techniques d'une installation de protonthérapie. Puis nous introduisons les accélérateurs FFAG par une présentation des projets passés et en cours dans le monde avant de développer la théorie de la dynamique faisceau dans le cas de l'optique à focalisation invariante. Nous décrivons ensuite les outils de modélisation et simulation mis au point pour étudier cette dynamique faisceau dans une optique FFAG à focalisation invariante et à secteur spiral. Nous expliquons par la suite la recherche des paramètres de l'optique ayant abouti à la construction d'un aimant prototype. Enfin, nous décrivons l'installation de protonthérapie du projet RACCAM depuis le cyclotron injecteur jusqu'au système d'extraction.

Dans cette thèse, nous proposons un flot de conception pour le développement d'applications de traitement du signal systématique implémentées sur FPGA. Nous utilisons une approche Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) pour la mise en oeuvre de ce flot de conception, dont la spécification des applications est décrite en UML. La première contribution de cette thèse réside dans la création d'un métamodèle isolant les concepts utilisés au niveau RTL. Ces concepts sont extraits d'implémentations matérielles dédiées de tâches à fort parallélisme de données. Par ailleurs, ce métamodèle considère la technologie d'implémentation FPGA et propose différents niveaux d'abstractions d'un même FPGA. Ces multiples niveaux d'abstractions permettent un raffinement des implémentations matérielles.<br /><br />La seconde contribution est le développement d'un flot de compilation permettant la transformation d'une application modélisée à haut niveau d'abstraction (UML) vers un modèle RTL. En fonction des contraintes de surfaces disponibles (technologie FPGA), le flot de conception optimise le déroulement des boucles et le placement des tâches. Le code VHDL produit est directement simulable et synthétisable sur FPGA. À partir d'applications modélisées en UML, nous produisons automatiquement un code VHDL.<br /><br />Le flot de conception proposé a été utilisé avec succès dans le cadre de sécurité automobile ; un algorithme de détection d'obstacles a été automatiquement généré depuis sa spécification UML.

Afin d'étudier la faisabilité de la technologie ADS (" Accelerator Driven System ") pour la transmutation des déchets hautement radiotoxiques le projet MYRRHA (" Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications ") a pour objectif la construction d'un démonstrateur de réacteur hybride (50 à 100 MWth). Pour cela le réacteur sous-critique nécessite un accélérateur de forte puissance délivrant un faisceau continu de protons (600 MeV, 4mA), avec une exigence de fiabilité très élevée. La solution de référence retenue pour cette machine est un accélérateur linéaire supraconducteur. Ce mémoire de thèse décrit le travail de recherche - entrepris depuis octobre 2008 à l'IPN d'Orsay - portant sur la conception et la mise au point d'un module supraconducteur et des systèmes de régulation associés à sa cavité accélératrice, pour la partie haute énergie de l'accélérateur. Dans un premier temps, le design et l'optimisation de cavités accélératrices 5-cellules (β=0,65), fonctionnant à la fréquence de 704,4 MHz, sont présentés. Ensuite, la partie expérimentale se concentre sur l'étude de fiabilité du " cryomodule " prototype accueillant une cavité elliptique 5-cellules (β=0,47). Au cours de cette étude on s'est notamment attaché à mesurer et à caractériser le comportement dynamique du système d'accord. Les problématiques de maintient du " plat de champ " dans les cavités multi-cellules " bas béta " ont aussi été mises en évidence. Enfin, une analyse sur la tolérance aux pannes de l'accélérateur linéaire a été menée. Dans ce but, une modélisation de la cavité, de sa boucle de régulation RF (radiofréquence) et de la boucle de contrôle de son système d'accord, a été développée afin d'étudier les comportements transitoires de cet ensemble. Cette étude a permis de chiffrer les besoins en puissance RF et les performances requises du système d'accord et de démontrer la faisabilité d'un réglage rapides des cavités supraconductrices afin de minimiser le nombre d'arrêts faisceau dans le linac de MYRRHA.

L'augmentation des performances requises pour les systèmes aéronautiques et spatiaux nécessite l'utilisation de composants électroniques de complexité croissante, dont la fiabilité, incluant la tenue aux radiations cosmiques, doit être évaluée au sol. Les mémoires DRAMs sont largement utilisées, mais leurs modes de défaillance sont de plus en plus variés, aussi les essais traditionnels en accélérateur de particules ne sont plus suffisants pour les caractériser parfaitement. Le laser impulsionnel peut déclencher des effets similaires aux particules ionisantes, aussi cet outil a été utilisé en complément d'accélérateurs de particules pour étudier, d'une part, les événements parasites SEUs (Single Event Upset) dans les plans mémoire et, d'autre part, les SEFIs (Single Event Functional Interrupt) dans les circuits périphériques. Ces études ont notamment permis d'expliquer l'influence des motifs de test sur les sensibilités mesurées, de découvrir l'origine des SEFIs les plus importants ainsi que de valider des techniques pour quantifier leurs surfaces sensibles. Une méthodologie de test destinée aux industriels a été établie, basée sur l'utilisation du moyen laser en complément des essais en accélérateur de particules dans le but d'optimiser les coûts et l'efficacité des caractérisations. En outre, une nouvelle solution de tolérance aux fautes est proposée, utilisant la propriété des cellules DRAMs d'être immune aux radiations pour un de leurs états de charge.

Ce travail concerne l'étude de matériaux de structure spinelle sous irradiations. Pour cela, des échantillons de ZnAl2O4 polycristallins et MgAl2O4 monocristallins ont été irradiés par différents ions lourds de hautes énergies. Les échantillons de ZnAl2O4 ont été étudiés par microscopie électronique en transmission ainsi que par diffraction des rayons X en incidence rasante et analyse Rietveld. Les échantillons de MgAl2O4 ont été étudiés en spectroscopie optique. Les résultats concernent principalement l'amorphisation et les modifications de la structure cristalline de ZnAl2O4, notamment l'inversion. Nous avons pu déterminer un seuil en pouvoir d'arrêt pour l'amorphisation, compris entre 11 keV/nm et 12 keV/nm, ainsi que la cinétique d'amorphisation, qui est une cinétique à multiples impacts. Nous avons étudiés par MET l'évolution de la fraction amorphe et avons mis en évidence un phénomène de nanopatterning. Concernant l'inversion, nous avons pu déterminer qu'elle se faisait via un processus d'impact unique, et que sa valeur à saturation n'atteignait pas celle d'une répartition aléatoire des cations. L'inversion et l'amorphisation possèdent des seuils de déclenchement en pouvoir d'arrêt différents, bien que très proches. L'amorphisation semble cependant être conditionnée par un préendommagement du matériau qui se traduit également par une inversion.