Dans un contexte d'intégration toujours plus poussée et d'augmentation des domaines de<br />fonctionnement des systèmes électroniques à bord des satellites, la conception de systèmes de<br />refroidissement compacts et performants permettant la gestion de puissance de densités de<br />plusieurs W/cm^2 est nécessaire. Ce travail de thèse effectué au laboratoire d'électrotechnique<br />de Grenoble (LEG) et utilisant l'expertise technologique du CEA-LETI se propose d'étudier<br />l'emploi de systèmes à changement de phase en silicium utilisant l'eau comme fluide pour le<br />refroidissement de l'électronique embarquée selon un cahier des charges défini par le CNES.<br />S'appuyant sur les techniques de la microélectronique (notamment celles de la gravure<br />profonde), les avantages intrinsèques du silicium pour l'application spatiale (faible masse<br />volumique, bonnes propriétés mécaniques, compatibilité avec l'environnement électronique)<br />et une première expérience de réalisation de systèmes diphasiques, le dimensionnement<br />hydrauliques, mécanique et thermique de répartiteurs de chaleur carrés 5 cm x 5cm de<br />compacité réduite (1 mm) capables de fonctionner en microgravité et la réalisation de<br />démonstrateurs ont été effectués. La caractérisation des performances thermiques et<br />hydrauliques de ces derniers permettent de prévoir à terme la dissipation de densités de<br />puissance au delà de 76 W/cm^2 avec une conductivité équivalente de 800 W/(m.K) selon le<br />domaine de fonctionnement en température considéré.<br />Une réflexion sur la problématique de l'injection du fluide dans la structure et son<br />confinement hermétique dans le dispositif a également été menée et a donné lieu à<br /> une proposition de solution originale et brevetée.

Cette thèse traite des dégradations induites par la pompe (photo-noircissement) et les radiations ionisantes externes (radio-noircissement) dans les fibres optiques en silice dopées ytterbium (FDY) utilisées en environnement sévère. Au travers de caractérisations expérimentales et de modélisations inédites, elle analyse leur interaction et en tire les conséquences quant à la tenue des FDY aux radiations sous pompe. La première partie porte sur l’identification des défauts induits (centres colorés) et leurs mécanismes de formation/guérison. Elle s’appuie sur un ensemble de caractérisations post-irradiation (RPE, ARI, TL) réalisées sur des échantillons de préformes et sur leur corrélation originale (guérison thermique, couplage TL et ARI). L’étude systématique en fonction de la composition met en évidence l’influence des co-dopants (Al, Ce) sur la capture des charges libérées lors des processus d’ionisation. La seconde partie analyse le noircissement se développant sous l’effet simultané de la pompe et de l’irradiation ionisante. A partir d’un banc de mesures autorisant le suivi de la dégradation en temps réel, on montre que photo- et radio-noircissements résultent des mêmes centres colorés blanchis par la pompe. Ce résultat, ajouté aux mécanismes préalablement identifiés, permet de proposer un modèle physique local de la dégradation photo-radio-induite. La confrontation des simulations issues de ce modèle à une large variété d’observations originales faites « en ligne » conduit à sa validation. Il est ainsi démontré que, pour des débits de dose inférieurs à une valeur critique, la dégradation des FDY pompées et irradiées ne peut excéder leur niveau de photo-noircissement. / This thesis deals with the degradation induced by the pump (photodarkening, PN) and ionizing radiations (radiodarkening, RN) in ytterbium-doped optical fiber (YDF) used in harsh environments. Through original experimental characterizations and modeling, it analyses the interplay between PN and RN and reveals important and novel properties of the radiation resistance of pumped YDF. The first part investigates induced defects (color centers) together with their creation/recovery mechanisms. It used a set of post-irradiation characterizations (ESR, RIA, TSL) conducted on preform samples and benefited from their original correlation (thermal recovery protocols coupling TSL and RIA). A systematic study as a function of composition reveals the influence of co-dopants (Al, Ce) on the trapping of carrier freed during ionization processes. The second part examines the darkening build-up under the simultaneous action of the pump and an ionizing irradiation. By using a measurement bench that allowed us to follow the real-time “on line” degradation of fiber samples, we showed that photo- and radio-darkening both arise from the same color centers that can be bleached by the pump. On the basis of this finding and of the preceding identified mechanisms, we propose a local physical model of the photo-radio-induced darkening. The latter is thoroughly validated by further successful comparisons of simulated degradation with a wide variety of “on line” original observations. Then, we notably demonstrate that for dose rates lying below a critical value (explicited by our theory), the degradation of pumped and irradiated YDF never exceeds the photo-darkening level.

L'utilisation de filtre mosaïque hyperspectral semble être la solution idéale pour alléger les imageurs spectraux utilisés lors des missions spatiales. Les contraintes liées à ce type d'utilisation imposent l'emploi de filtres interférentiels multicouches. Ces travaux ont pour but de trouver des solutions pour réaliser un filtre mosaïque hyperspectral avec des filtres interférentiels et non avec les résines colorées traditionnellement utilisées. Pour ce faire une étude théorique sur la simplification des designs des empilements interférentiels a été effectuée. Il en ressort que les empilements restent épais, ce qui complique leur structuration. Plusieurs méthodes de structurations ont été étudiées. En particulier le lift-off qui est la technique actuellement utilisé aujourd'hui et le lift-up. Cette dernière présente l'avantage de ne pas mettre en série le risque technologique associé à chaque réalisation de filtre. Un trade-off entre ces deux techniques a été fait ainsi que des réalisations expérimentales. Celles-ci ont ensuite été caractérisées par un banc de mesure développé dans ce but qui a permis de valider expérimentalement la technique utilisée. / Hyperspectral mosaic filter appears to be the perfect solution to lighten the spectral imagers used in space missions. Such applications require the use of multilayer interference filters. This work aims to find solutions to achieve hyperspectral mosaic filter with interference filters rather than the conventionally used coloured resins. In order to achieve this, a theoretical study on the simplification of multilayer designs was performed. It appears that the stacks are thicker, which makes them difficult to pattern. Several methods of patterning were studied, especially the lift-off technique which is traditionally used and the lift-up. The latter has the advantage to avoid adding the technological risk associated with each filter production. A trade-off between these two techniques was done as well as experimental productions. These were then characterized by a bench developed for this purpose which has experimentally validate the technique used.

La démarche actuelle des industries aérospatiales est de diminuer le coût de lancement des engins spatiaux par une réduction de la masse des composants. Dans l’optique de cette démarche, de nouveaux matériaux sont élaborés et permettent de satisfaire aux exigences de densification, de dissipation thermique et de réduction de masse des équipements électroniques embarqués dans les satellites. Cette thèse est une contribution à l’étude de deux de ces matériaux, l’AlSi CE9F et une nuance d’alumine cofrittée à température, destinés à réaliser des boitiers hybrides de protections de composants électroniques, initialement conçus en Kovar. Les objectifs sont d’affiner les connaissances sur propriétés mécaniques des deux matériaux et de mettre en place des règles de conceptions propres à leurs comportements mécaniques. En effet, l’AlSi CE9F et l’alumine ont un comportement à rupture fragile. La détermination de leurs résistances à la rupture est alors réalisée dans le cadre de la théorie de Weibull. Des séries d’essais de flexion quatre points et trois points sont effectués. Elles permettent d’identifier les paramètres de Weibull des deux matériaux à température ambiante et de mettre en évidence les effets de volume. L’étude expérimentale est poursuivie sur l’AlSi CE9F afin de déterminer l’influence de la température sur ses propriétés mécaniques à travers deux approches. La première s’intéresse à une variation monotone de la température et la seconde à des cycles thermiques entre -50 et 125°C. Si la première étude ne montre qu’une faible évolution du module d’élasticité, la seconde démontre que les cycles thermiques contribuent à l’amélioration de la résistance à la rupture de l’AlSi CE9F. Cette augmentation de la contrainte à la rupture se traduit également par une évolution de sa microstructure. Dans un second temps, un modèle de Weibull est numériquement mis en place à partir des paramètres identifiés et du critère de la contrainte équivalente de Freudenthal. Ce critère est analysé et validé à travers l’étude de trois éprouvettes en AlSi CE9F à chargements complexes. Le modèle validé est enfin utilisé pour décrire le comportement mécanique de deux composants dans différentes configurations de sollicitation, réalisés respectivement en alumine HTCC et en AlSi CE9F. Une méthodologie de dimensionnement est alors mise en place et permettra de disposer de nouvelles règles de conception équivalentes à celles existant sur les matériaux classiques. / The aerospace companies currently want to decrease the price of spacecraft launching with a reduction of the mass components. New materials were recently developed to satisfy the rising requirements of thermal dissipation, densification and weight decrease of on-board electronic equipment intended to satellite. This thesis is a contribution to the characterization of two of these innovative materials: AlSi CE9F and a grade of alumina HTCC. These materials are designed to manufacture hybrid boxes for computing chips, originally made in Kovar. The objectives are to improve the mechanical properties knowledge of these materials and to develop a know-how design specific to their mechanical behaviours. Indeed, AlSi CE9F and alumina have brittle fracture behaviour. The strength analysis is also realized in connection with the Weibull theory. The Weibull’s parameters are identified from the four points and three points bending strength and the volume effects are highlighted. The experimental study is completed by the analysis of the temperature influence on the mechanical properties of AlSi CE9F through two approaches. The first one considers a monotonic variation of temperature and shows a minor evolution of the elastic modulus. The second one proves that thermal cycles between -50 and 125°C improve the strength value of AlSi CE9F. This increase is also reflected by an evolution of its microstructure. Secondly, a Weibull’s model is numerically established based on identified parameters and the Freudenthal’s equivalent stress criterion. The Freudenthal’s criterion is analysed and confirmed through the study of complex loading samples made in AlSi CE9F. The confirmed model is finally used to describe the mechanical behaviours of two components respectively made in AlSi CE9F and alumina HTCC, thoroughly in several loading configurations. A design methodology is developed and will bring new rules in modelling and design, closed to those existing in conventional materials.

Les fibres dopées aux terres rares (REDFs) représentent un composant clef dans la fabrication de sources laser et d’amplificateurs optiques (REDFAs). Leurs hautes performances rendent cette technologie particulièrement attractive pour les applications spatiales en tant que partie active des gyroscopes à fibres optiques, pour le transfert de données et les applications LIDARS. Cependant, la grande sensibilité de ces fibres actives limite l’intégration des REDFAs au sein des missions spatiales. De nombreuses études ont été menées pour dépasser ces limitations et différentes techniques de mitigation ont été identifiées telles que le co-dopage au Cérium ou le chargement en hydrogène de ces fibres optiques. Toutes ces solutions interviennent au niveau du composant sensible et sont classées parmi les stratégies de durcissement par composant permettant la fabrication de fibres dopées aux terres rares résistantes aux radiations adaptées aux besoins des missions spatiales actuelles associées à de faibles doses d’irradiation. Cependant, l’avènement de nouveaux programmes, de nouvelles missions invitent à considérer des doses d’irradiation plus importantes, nécessitant des REDFs et des RDFAs encore plus tolérants aux radiations. A cette fin, une optimisation de l’amplificateur optique au niveau système est étudiée dans le cadre de ce doctorat en exploitant une approche couplant simulation et expériences dont les avancées pourront venir en appui des techniques de durcissement plus conventionnelles. Après la présentation du contexte, des objectifs de ce travail (Chapitre I), les mécanismes fondamentaux de l’amplification et des effets des radiations sont brièvement décrits dans le Chapitre II. Les outils de simulation basés sur l’enrichissement d’un code à l’état de l’art et ses nouvelles fonctionnalités, décrites au Chapitre III, permettent non seulement l’évaluation des performances optiques du REDFA mais aussi de prédire leurs évolutions sous irradiation. De nombreuses études expérimentales ont été réalisées sur différents REDFAs développés durant la thèse et présentés dans le chapitre IV, leurs résultats comparés à ceux issus de la simulation afin de valider nos outils de simulation. Une fois validé, le code a été utilisé pour montrer comment l’optimisation de l’architecture du REDFA permet de mitiger les effets des radiations sur ses performances (Chapitre V). Finalement, le Chapitre VI présente l’étude de l’implémentation dans le code de nouveaux effets, tels que les effets thermiques, le multiplexage du signal d’entrée à travers un couplage théorie/expérience / Rare earth doped fibers (REDFs) are a key component in optical laser sources and amplifiers (REDFAs). Their high performances render them very attractive for space applications as the active part of gyroscopes, high data transfer links and LIDARs. However, the high sensitivity of these active fibers to space radiations limits the REDFA integration in actual and future missions. To overcome these issues various studies were carried out and some mitigation techniques were identified such as the Cerium co-doping or the hydrogen loading of the REDFs. All these solutions occur at the component level and are classified as a hardening by component strategy allowing the manufacturing of radiation hardened REDFAs with adapted performances for low doses space mission. However, with the new space research programs, more challenging space missions are targeted with higher radiations doses requiring even more tolerant REDFs and REDFAs. To this aim, an optimization of the REDFA at the system level is investigated in this PhD thesis exploiting an approach coupling simulations and experiments offering the opportunity to benefit from the outputs of this hardening by system strategy in addition to other state-of-the-art approaches. After presenting the context, objectives of this work, the basic mechanisms about amplification and radiation effects as well as the architectures of REDFAs are described in chapters I and II. After that, we update a state of art REDFAs simulation code described in Chapter III, to consider not only the REDFA optical performances but also their evolutions when exposed to radiations. Several experiments on dedicated home-made REDFA have been performed using accelerated irradiation tests (Chapter IV) and the comparison between these data and those obtained through the new code validated the simulation tools. Thereafter, we exploit the validated code to highlight how the optimization of the REDFA architecture can participate to the mitigation of the radiation effects on the amplifier performances (Chapter V). Finally, in chapter VI the implementation in the code of several other effects, such as thermal effects, input signal multiplexing was investigated both from experimental and calculation point of views