Les performances des plasmas de fusion confinés magnétiquement peuvent être dégradées par l'accumulation d'impuretés. Plus particulièrement, les impuretés lourdes accumulées au centre du plasma diluent les réactifs, et peuvent aussi conduire à un collapse radiatif du plasma par de fortes pertes par rayonnement. La compréhension du transport des impuretés lourdes produites lors de l'interaction plasma-paroi est donc devenue cruciale.Le coeur du plasma est sujet à une instabilité magnétohydrodynamique (MHD) appelée ‘kink interne’, conduisant à des oscillations de relaxation nommées ‘dents de scie’. Les dents de scie entraînent une relaxation périodique de densité et de température dans le coeur du plasma, et affectent significativement le transport radial. Notamment, les particules et la chaleur sont redistribuées pendant un crash dont la durée est très courte par rapport au temps de confinement.En l'absence des instabilités MHD, le transport des impuretés est porté par les collisions (transport néoclassique) et la turbulence. Il est établi que le transport néoclassique est important pour les impuretés lourdes dans la région centrale du plasma de tokamak. Cependant, des mesures expérimentales du tokamak ASDEX-Upgrade montrent que la dynamique des impuretés en présence des dents de scie est différente des prédictions faites par les codes de transport.Dans cette thèse, l'outil numérique utilisé pour simuler les dents de scie est le code XTOR-2F, qui est un code non-linéaire tridimensionnel résolvant les équations de la MHD. Les équations fluides modélisant le transport des impuretés dans un régime de collisionalité élevée (Pfirsch-Schlüter) ont été implémentées et couplées avec l'ensemble des équations de la MHD bi-fluide.Les simulations montrent que les profils de densité d'impuretés sont affectés par les dents de scie, en accord avec les observations expérimentales. Ceci résulte d'une compétition entre processus néoclassiques et relaxations dues aux dents de scie. / Impurity accumulation can degrade the performance of magnetically confined fusion plasmas. In particular, heavy impurities accumulated in the core plasma dilute fusion reactants and may also lead to a radiative collapse of the plasma due to excessive cooling by radiation. Therefore, understanding the transport of heavy impurities produced by plasma-wall interaction has become a subject of utmost importance.The plasma core is likely to be affected by a magnetohydrodynamic (MHD) instability called 'internal kink' that induces relaxation oscillations named 'sawteeth'. Sawteeth are responsible for periodic relaxations of the core density and temperature and affect significantly the radial transport. Especially, particles and heat are redistributed during the crash phase the duration of which is short compared to the confinement time.In absence of MHD instabilities, impurity transport is governed by collisions (neoclassical transport) and turbulence. It is shown that neoclassical transport is important for heavy impurities in the core region of tokamak plasmas. Meanwhile, experimental measurements in the ASDEX-Upgrade tokamak show that the impurity dynamics in presence of sawteeth differs from the predictions made by transport codes.In this thesis, the numerical tool used to simulate sawteeth is the XTOR-2F code, which is a non-linear tridimensional code solving MHD equations. Fluid equations that model the transport of impurities in a highly collisional (Pfirsch-Schlüter) regime have been implemented and coupled to the set of two-fluid MHD equations.The simulations show a difference between the impurity profiles with and without sawteeth, which is consistent with experimental observations. This results from a competition between neoclassical processes and sawtooth relaxations.

La tribologie et l'analyse non-linéaire du signal est le sujet de mon travail de thèse. Dans la nature, les phénomènes linéaires sont l'exception ; rares sont les systèmes réels qui obéissent exclusivement à des lois linéaires. A l'opposée, les non-linéarités sont impliquées dans tous les processus naturels (réactions chimiques, mécanique, économie, etc.). Les systèmes frottant en sont un des exemples les plus courants, avec des applications très variées. Dans les systèmes de freinage, le frottement se trouve être à l'origine de nombreux problèmes d'instabilités. Les types d'instabilités auxquelles on a affaire dans ce cas sont celles des vibrations induites par le frottement. C'est justement sur ces instabilités que repose le principe Modalsens; un capteur- une lamelle- vient frotter sur un échantillon et ce frottement génère la vibration de celui-ci : le post-traitement par analyse de Fourier du signal vibratoire permet de distinguer des composantes liées au relief, au frottement et à la compressibilité des aspérités. Dans le cas de la méthode Modalsens, l'analyse de Fourier, qui est un outil linéaire, agit comme des lunettes aux travers desquelles est observé le signal et qui filtrerait toutes les composantes non-linéaires. Notre contribution s'inscrit dans cette optique: mettre en place une méthode performante d'analyse non-linéaire pour permettre de mieux appréhender l'analyse du comportement dynamique de Modalsens et de dégager de nouveaux estimateurs pour la caractérisation des surfaces textiles. Partant de là, les résultats obtenus nous serviront à proposer une modélisation du contact sur matériaux fibreux.

Cette thèse présente les résultats de l'analyse all-sky STAMPAS de recherche de signaux transitoires longs d'ondes gravitationnelles, dans les données 2005-2007 des interféromètres LIGO et Virgo. Les ondes gravitationnelles sont des perturbations de la métrique de l'espace-temps, et les expériences Virgo et LIGO sont conçues pour les détecter. Ces expériences sont des interféromètres de Michelson, avec des bras longs respectivement de 3 km et 4 km, dont la luminosité en sortie est modifiée lors du passage d'une onde gravitationnelle.Jusqu'à très récemment, les pipelines de recherche de signaux transitoires se concentraient uniquement sur les signaux courts, qui durent moins d'une seconde, et sur les signaux de coalescence de binaires. STAMPAS est l'un des tout premiers pipelines entièrement dédiés à la recherche de signaux transitoires longs, qui durent d'une à plusieurs centaines de secondes.Ces signaux sont émis, entre autres, par les instabilités qui apparaissent pendant la violente création des proto-étoiles à neutrons. Les instabilités dans les supernovae à effondrement gravitationnel et celles des disques d'accrétion sont également de possibles sources de signaux transitoires longs. Les coalescences de binaires excentriques de trous noirs sont elles aussi censées émettre de puissantes ondes gravitationnelles pendant plusieurs secondes avant leur fusion.STAMPAS est basé sur la corrélation de données issues de deux interféromètres. On construit des cartes temps-fréquence à partir des données, et leurs pixels les plus significatifs sont agrégés et forment les "triggers" (candidats potentiels d'ondes gravitationnelles). Aucune hypothèse sur la provenance, le temps ou la forme des signaux recherchés n'est formulée.La première analyse effectuée avec STAMPAS a été réalisée à partir des données acquises entre 2005 et 2007 par les deux détecteurs LIGO. Après une sélection rigoureuse des "triggers", l'analyse en a révélé un taux proche du bruit Gaussien attendu, ce qui constitue un accomplissement majeur. Aucune onde gravitationnelle n'a été détectée, et nous avons établi des limites hautes sur les taux astrophysiques de plusieurs modèles de sources d'instabilités de disques d'accrétion et de coalescences de binaires excentriques de trous noirs. Le pipeline STAMPAS a montré qu'il sera efficace dans la recherche des signaux transitoires longs d'ondes gravitationnelles lors de la prochaine génération d'interféromètres. / This thesis presents the results of the STAMPAS all-sky search for long transient gravitational waves in the 2005-2007 LIGO-Virgo data. Gravitational waves are perturbations of the space-time metric. The Virgo and LIGO experiments are designed to detect such waves. They are Michelson interferometers with 3 km and 4 km long arms, whose light output is altered during the passage of a gravitational wave.Until very recently, transient gravitational wave search pipelines were focused on short transients, lasting less than 1 second, and on binary coalescence signals. STAMPAS is one of the very first pipelines entirely dedicated to the search of long transient gravitational wave signals, lasting from 1s to O(100s).These signals originate, among other sources, from instabilities in protoneutron stars as a result of their violent birth. The standing accretion shock instability in core collapse supernovae or instabilities in accretion disks are also possible mechanisms for gravitational wave long transients. Eccentric black hole binary coalescences are also expected to emit powerful gravitational waves for several seconds before the final plunge.STAMPAS is based on the correlation of data from two interferometers. Time-frequency maps of the data are extracted, and significant pixels are clustered to form triggers. No assumption on the direction, the time or the form of the signals is made.The first STAMPAS search has been performed on the data from the two LIGO detectors, between 2005 and 2007. After a rigorous trigger selection, the analysis revealed that their rate is close to Gaussian noise expectation, which is a significant achievement. No gravitational wave candidate has been detected, and upper limits on the astrophysical rates of several models of accretion disk instability sources and eccentric black holes binary coalescences have been set. The STAMPAS pipeline demonstrated its capabilities to search for any long transient gravitational wave signals during the advanced detector era.Keywords: Gravitational waves, Interferometry, Long transients, Signal Processing, Accretion Disk Instabilities, Eccentric Black Hole Binaries.

L’augmentation globale des températures au cours de la période 1850-2012 n’est pas uniforme à l’échelle du globe et l’Arctique se réchauffe deux fois plus que la moyenne. Cependant, la couverture temporelle trop courte des données instrumentales rend difficile la distinction entre la variabilité climatique naturelle et celle liée au forçage anthropique. L’étude de la variabilité climatique « exempte » de l’influence humaine est alors réalisée à partir de données proxies indirectes provenant d’archives paléoclimatiques continentales et marines. Dans la région Arctique-subarctique, les enregistrements disponibles à haute résolution sur les derniers 2000 ans ont été centralisé dans la base de données PAGES Arctic 2k. Les objectifs de ces travaux sont l’amélioration de la caractérisation et de l’interprétation de la variabilité climatique sur les derniers 2000 ans, en allant plus loin que la tendance millénaire et les périodes climatiques majeures mais aussi en s'intéressant au rôle et l’expression spatiale de la variabilité interne du système climatique. Cette thèse s'appuie sur la base de données PAGES Arctic 2k permettant l'étude des variations de températures dans la région Arctique-subarctique mais aussi d'une nouvelle base de données permettant de reconstruire les variations hydroclimatiques (précipitations et humidité) dans la région et créée lors de cette étude. L'utilisation de méthodes d'analyse du signal climatique sur des enregistrements régionaux calculés à partir de ces deux bases de données a permis de mettre en évidence une variabilité climatique dans la région Arctique-subarctique s’exprimant depuis les échelles multi-décennales à millénaire. En particulier, les variabilités multi-décennales sont en lien avec la variabilité interne du système climatique. Les variations hydroclimatiques et de températures s'exprimant aux échelles multi-décennales dans la région sont en effet caractérisées par des fréquences spécifiques aux oscillations climatiques régionales (oscillation Atlantique Nord et oscillation Pacifique décennale), en particulier sur les derniers 200 ans. Les travaux réalisés sur la base de données de températures et la réflexion autour de la création et l’exploitation de la base de données hydroclimatiques ont également conduit à la définition d’une méthodologie de travail avec une base de données paléoclimatiques, depuis sa construction jusque la définition de ses limites, notamment en termes de représentativité spatiale des séries contenues dans la base de données et de l'assimilation de données avec des saisonnalités différentes. / The temperature increase during the 1850-2012 period is not uniform globally and the Arctic is warming twice as much as the average. However, the short time coverage of instrumental data makes it difficult to distinguish natural climate variability and anthropogenic forcing. The study of climatic variability "free" of human influence requires the use of proxies data measured in continental and marine palaeoclimatic archives. In the Arctic-subarctic region, high resolution records have been centralized in the Arctic 2k PAGES database. The objectives of this work are to improve the characterization and interpretation of climatic variability over the last 2000 years, going beyond the millennial trend and the major climatic periods, but also by focusing on the role and spatial expression of the internal variability of the climate system. This thesis is based on the Arctic 2k PAGES database, which allows the study of temperature variations in the Arctic-subarctic region, as well as a new database to reconstruct hydroclimatic variations (precipitation and humidity) in the region and created during this study. The use of climate signal analysis methods on regional records calculated from these two databases has highlighted climate variability in the Arctic-subarctic region from the multi-decadal to millennial scales.In particular, multi-decadal variability is related to the internal variability of the climate system. The hydroclimatic and temperature variations expressed at multi-decadal scales in the region are characterized by frequencies specific to regional climate oscillations (North Atlantic oscillation and decadal Pacific oscillation), particularly over the last 200 years. The work done on the temperature database and the reflection on the creation and exploitation of the hydroclimatic database have also led to the definition of a working methodology with a palaeoclimatic database, from its construction to the definition of its limits, in particular in terms of the spatial representability of the series contained in the database and the assimilation of data with different seasonings.

La tribologie et l'analyse non-linéaire du signal est le sujet de mon travail de thèse. Dans la nature, les phénomènes linéaires sont l'exception ; rares sont les systèmes réels qui obéissent exclusivement à des lois linéaires. A l'opposée, les non-linéarités sont impliquées dans tous les processus naturels (réactions chimiques, mécanique, économie, etc.). Les systèmes frottant en sont un des exemples les plus courants, avec des applications très variées. Dans les systèmes de freinage, le frottement se trouve être à l'origine de nombreux problèmes d'instabilités. Les types d'instabilités auxquelles on a affaire dans ce cas sont celles des vibrations induites par le frottement. C'est justement sur ces instabilités que repose le principe Modalsens; un capteur- une lamelle- vient frotter sur un échantillon et ce frottement génère la vibration de celui-ci : le post-traitement par analyse de Fourier du signal vibratoire permet de distinguer des composantes liées au relief, au frottement et à la compressibilité des aspérités. Dans le cas de la méthode Modalsens, l'analyse de Fourier, qui est un outil linéaire, agit comme des lunettes aux travers desquelles est observé le signal et qui filtrerait toutes les composantes non-linéaires. Notre contribution s'inscrit dans cette optique: mettre en place une méthode performante d'analyse non-linéaire pour permettre de mieux appréhender l'analyse du comportement dynamique de Modalsens et de dégager de nouveaux estimateurs pour la caractérisation des surfaces textiles. Partant de là, les résultats obtenus nous serviront à proposer une modélisation du contact sur matériaux fibreux. / Tribology and nonlinear time series analysis are the main subject of my thesis. In nature, the Iinear events are the exception; few real systems follow linear laws exclusively. At the opposite, nonlinearities are involved in all natural processes (chemical reactions, mechanical engineering, economies, etc.). Systems involving dry friction are one of the most common examples, with a variety of applications. In braking systems, friction is found to cause many problems of instability. Types of instabilities addressed in this case are those of friction induced vibrations. The Modalsens method is precisely based on the exploitation of those instabilities: a sensor- a thin blade- rubs on a sample and friction induces its vibrations. Post-processing by Fourier analysis of the vibration signal can separate several components of the sample related to the relief, friction and compressibility of asperities. However, in the case of Modalsens method, Fourier analysis, which is a linear tool, acts like eyeglasses through which the signal is observed and that filters out all non-linear components. Our contribution is in this perspective: the establishment of an efficient method of nonlinear signal analysis to better understand the dynamic behavior of Modalsens and also generate new estimators for the characterization of textile surfaces. Hence, a model of contact on fibrous surface is proposed based on the obtained results.

Ce travail de thèse porte sur l'analyse et le traitement des signaux ultrasonores pour la caractérisation de l'os cortical. La première partie est dédiée à l'analyse des signaux acquis par un prototype de sonde de transmission axiale à 1 MHz. Nous montrons qu'une contribution arrivant après le premier signal présente un intérêt pour la caractérisation ultrasonore de l'os cortical. En effet, cette contribution évaluée sur des radius humains in vitro est associée à une onde de flexion propagée dans l'os qui est dépendante de l'épaisseur corticale. L'analyse de cette contribution a nécessité le développement d'une technique de séparation d'ondes. Cette contribution étant plus basse fréquence que le premier signal et associée à un mode de propagation différent, nous montrons ainsi qu'une analyse plus poussée du signal peut permettre une approche multi-modes/multi-fréquences. Dans une seconde partie, nous montrons l'intérêt de l'évaluation de l'atténuation ultrasonore pour la caractérisation de l'os cortical. Lors d'une étude expérimentale in vitro sur des échantillons corticaux bovins, nous montrons la dépendance d'un paramètre d'atténuation aux propriétés osseuses et à la micro-structure. De plus, ce paramètre semble plus sensible aux propriétés osseuses que ne l'est la vitesse de l'onde longitudinale. Ainsi, l'atténuation évaluée en complément de la vitesse pourrait permettre de caractériser de manière plus complète l'os cortical

Ce travail de thèse porte sur l’analyse et le traitement des signaux ultrasonores pour la caractérisation de l’os cortical. La première partie est dédiée à l’analyse des signaux acquis par un prototype de sonde de transmission axiale à 1 MHz. Nous montrons qu’une contribution arrivant après le premier signal présente un intérêt pour la caractérisation ultrasonore de l’os cortical. En effet, cette contribution évaluée sur des radius humains in vitro est associée à une onde de flexion propagée dans l’os qui est dépendante de l’épaisseur corticale. L’analyse de cette contribution a nécessité le développement d’une technique de séparation d’ondes. Cette contribution étant plus basse fréquence que le premier signal et associée à un mode de propagation différent, nous montrons ainsi qu’une analyse plus poussée du signal peut permettre une approche multi-modes/multi-fréquences. Dans une seconde partie, nous montrons l’intérêt de l’évaluation de l’atténuation ultrasonore pour la caractérisation de l’os cortical. Lors d’une étude expérimentale in vitro sur des échantillons corticaux bovins, nous montrons la dépendance d’un paramètre d’atténuation aux propriétés osseuses et à la micro-structure. De plus, ce paramètre semble plus sensible aux propriétés osseuses que ne l’est la vitesse de l’onde longitudinale. Ainsi, l’atténuation évaluée en complément de la vitesse pourrait permettre de caractériser de manière plus complète l’os cortical / This work deals with the ultrasonic characterization of cortical bone. In a first part, the signals acquired with a 1-MHz axial transmission device are analyzed. A later contribution occuring after the first arriving signal is studied after the application of a wave separation procedure. This contribution is shown to be of interest for the ultrasonic characterization of cortical bone. Indeed, experiments performed in vitro on human radii show that this contribution is associated with a flexural wave guided which is dependent on the cortical thickness. In addition, this contribution has a lower frequency content than the first arriving signal and is associated with a different propagation mode. Therefore, a more thorough analysis of the ultrasonic signals enables a multi-modal/multi-frequency approach. In a second part, the ultrasonic attenuation is evaluated in an in vitro experimental study on bovine cortical bone samples. Ultrasonic attenuation is shown to be dependent on bone properties and micro-structure. Furthermore, this parameter seems to be more sensitive than the longitudinal wave velocity to bone parameters. Attenuation, in combination with ultrasonic wave velocity, is of interest and may provide a more comprehensive characterization of cortical bone

The band around 60 GHz is interesting for BAN applications mainly for lowerinterference than at microwave frequencies, wide available band adapted to On-Off Keying(OOK) modulation for low energy consumption and low data rate communication (under10 Mbps), antenna miniaturization. Nevertheless, due to high attenuation at this frequency,the design of a reliable and energy-effective communications for BANs requires a detailedanalysis of the body channel. A planar and compact SIW horn antenna was designed and usedfor body channel measurements at 60 GHz. The main contribution in the antenna design is thebandwidth enhancement covering the whole available band around 60 GHz compared to thesame antenna type available at this frequency. The on-body measurements with this antennashow that short-distance and LOS (Line Of Sight) links are possible at 60 GHz. The bodydynamic is taken into account by statistical off-body channel measurements. For the firsttime, measurements are done for the same scenarios at 60 GHz and another frequency in theUltra WideBand suitable with OOK impulse radio modulation. By taking into accounttransmission power standards and low power consumption receivers sensitivity in theliterature, the potentiality of 60 GHz for BAN is shown with an outage probability lower than8 % whereas this parameter is lower than 15 % at 4 GHz. When characterizing antenna onbody, difficulties arise for antenna de-embedding due to the antenna-body coupling. In fact,the antenna gain depends on transmitter-receiver distance on body. For the first time, aformulation of the vertical dipole gain on body is given. Also a new theoretical approachbased on the complex images method is proposed to compare two types of canonical antennaradiating on body. A vertical dipole and different rectangular apertures are normalizedthrough their input impedance with the same accepted power. The aperture input impedanceformulation has been developed during this study. The aperture efficiencies are 10% higherwhen antennas are at a height lower than 3 mm above the body phantom. The received powerincreases with the antenna size only for phantom direct touch, the difference among antennasis lower than 4 dB for the considered antennas limited with a monomode configuration. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse porte sur l'étude des processus d'excitation, d'ionisation et de fragmentation d'agrégats de carbone monochargés C^+_n (n \leq 10) lors de collisions avec un atome d'hélium. Les collisions ont lieu à haute vitesse (2.6ua) pour laquelle le mécanisme d'excitation électronique et d'ionisation de l'agrégat domine. Les processus collisionnels (excitation électronique, ionisation simple et multiple, fragmentation) sont étudiés par le biais d'une nouvelle technique basée sur l'analyse de la forme des signaux de courant délivrés par des détecteurs à semi-conducteur sous l'impact des fragments rapides. Elle permet de résoudre sans ambiguïté les empilements de masses dans les détecteurs. La détection en coïncidence sur plusieurs voies permet de collecter tous les fragments issues de la collision (100% d'efficacité). Ainsi, le processus électronique survenu est identifié, la voie de fragmentation aussi. Les sections efficaces absolues d'excitation électronique, de simple, double, triple et quadruple ionisation sont mesurées et comparées aux prédictions d'un modèle à atomes et électrons indépendants (AEI). Les rapports de branchement de toutes les voies de fragmentation des agrégats C_n^q+ (n=5-10, q=0-4) sont mesurés et interprétés dans le cadre de la théorie statistique MMMC (Microcanonical Metropolis Monte Carlo).

Ce travail est une contribution à la conception et à la réalisation d'oscillateurs intégrés monolithiques micro-ondes (MMIC) à base de Transistor à Effet de Champ à Grille Schottky (MESFET) GaAs ou de Transistor Bipolaire à Hétérojonction (TBH) GaAlAs/GaAs. Nous faisons tout d'abord un rappel sur les principales notions caractéristiques de la fonction oscillateur (notamment conditions d'oscillation et bruit de phase) suivi d'un état de l'art de cette fonction en technologie MMIC. Dans la deuxième partie, nous présentons les différentes techniques de CAO linéaires et non-linéaires utilisées pour la conception des oscillateurs. Avantages et inconvénients sont dégagés. Ceci nous conduit à définir une procédure générale de conception d'oscillateurs en régime de forts signaux basée sur la méthode d'équilibrage harmonique. L'oscillateur est traité sous la forme d'un amplificateur en réflexion avec optimisation du cycle de charge intrinsèque au transistor et de l'impédance de charge. Cette méthodologie est ensuite appliquée à la conception d'un oscillateur MMIC à base de MESFET. La comparaison simulation-mesure nous conduit à constater les limites des techniques de caractérisation habituellement utilisées permettant l'extraction de modèle non linéaire de FET. Elle permet de montrer également l'inadéquation des modèles non-linéaires classiques de FET ne prenant pas en compte le phénomène d'autopolarisation et la nature distribuée de la grille. Une caractérisation complète des oscillateurs est réalisée incluant mesure et simulation du bruit de phase. La dernière partie présente la conception et la réalisation d'oscillateurs MMIC à base de TBH. L'objectif est d'évaluer ici par rapport à la fonction oscillateur, une technologie MMIC à TBH GaAlAs/GaAs