Les étalons atomiques de fréquences jouent aujourd'hui un rôle clé en physique fondamentale mais se retrouvent aussi dans des applications "grand public" telles que les satellites de positionnement. Les contraintes de compacité posées sur ces horloges embarquées sont évidemment très grandes mais les besoins actuels poussent vers des horloges toujours plus performantes. Le projet HORACE (HOrloge à Refroidissement d'Atomes en CEllule) permet, grâce à l'utilisation d'atomes refroidis par laser et à une géométrie originale où toutes les interactions ont lieu directement dans la cavité micro-onde, d'obtenir d'excellentes performances en fréquence tout en préservant la compacité et la simplicité globale du dispositif. Ce mémoire expose les concepts fondateurs du projet HORACE. Il décrit par la suite la réalisation expérimentale du premier prototype à vocation métrologique de l'horloge HORACE. Il présente l'évaluation expérimentale et l'optimisation de la stabilité court-terme de l'horloge réalisée au laboratoire. L'étude de la séquence de refroidissement d'atomes en lumière isotrope a montré qu'environ $2~10^8$ atomes à une température de $35~\mu K$ pouvaient être obtenus. Par ailleurs, la très grande stabilité de cette technique permet d'observer que les fluctuations cycle à cycle du nombre d'atomes froids sont principalement limitées par le bruit de grenaille atomique, et ce jusqu'au niveau de $2~10^{-4}$. Cette grande stabilité a conduit à une simplification notable de la séquence expérimentale (refroidissement et détection) tout en préservant un rapport signal à bruit proche de 1000 en fonctionnement. L'horloge a montré une stabilité relative de fréquence de $2.2~10^{-13}~\tau^{-1/2}$ s'intégrant comme du bruit blanc jusqu'à quelques milliers de secondes. C'est à ce jour une des meilleures stabilités obtenues sur une horloge compacte. Ce résultat a pu être obtenu grâce à un fonctionnement où une partie des atomes froids sont recapturés d'un cycle à l'autre. Ceci permettant de réduire la durée de la phase de refroidissement jusqu'à 40~ms et d'obtenir \emph{in fine} un rapport cyclique proche de 50\%. La possibilité de faire fonctionner l'horloge à un taux de répétition élevé (12~Hz) relâche aussi les contraintes sur les spécifications en bruit de fréquence de l'oscillateur à quartz utilisé à terme. Enfin, les conclusions de cette étude sont extrapolées afin de prédire les performances attendues pour un fonctionnement en micro-gravité.

Du fait de leur grande exactitude, les comparaisons de fréquences atomiques permettent de réaliser des tests très contraignants des lois fondamentales de la physique. Les développements récents liés à l'utilisation d'atomes froids, aux progrès des étalons optiques de fréquence et au perfectionnement des méthodes de mesure des fréquences optiques, permettent de prévoir une amélioration très significative de ces tests. Dans ce mémoire, on montre d'abord comment des comparaisons de fréquences atomiques permettent de tester le Principe d'équivalence qui est à la base de la Relativité Générale. Plus précisément, ces comparaisons constituent des tests de la stabilité de certaines constantes fondamentales comme la constante de structure fine. La suite du mémoire décrit le développement d'une fontaine à atomes froids de césium 133 et de rubidium 87 permettant de comparer les fréquences hyperfines de ces deux atomes. L'amélioration de l'exactitude des horloges passe par la compréhension des effets systématiques qui influent sur leur fréquence. Dans ce mémoire, l'accent est mis sur l'étude des effets dépendant du nombre d'atomes qui fait l'objet de la troisième partie. Suit une description détaillée du montage de la fontaine puis des méthodes de comparaisons entre horloges atomiques de ce type. Les résultats expérimentaux sont regroupés dans une dernière partie. Ce travail a permis de mesurer les effets dépendant du nombre d'atomes dans le cas du rubidium avec une résolution relative de 4*10^-16. Les exactitudes obtenues avec le rubidium et le césium sont de 2*10^-15} et 1*10^-15 respectivement. La meilleure stabilité de fréquence obtenue est de 3.5*10^-14*tau^-1/2. Les comparaisons de fréquences réalisées conduisent à un test de stabilité de la constante de structure fine au niveau de 7.3*10^-15 par an, une résolution 5 fois meilleure que celle des précédents tests du même type.

Cette thèse a deux parties. La première traite des jeux stratégiques non-atomiques, la seconde propose des applications de la théorie des jeux aux réseaux de télécommunications. Dans la première partie, les modèles de jeux non-atomiques proposés par Schmeidler (1973) et par Mas-Colell (1984) sont décrits et comparés. Nous montrons alors que ces jeux non-atomiques sont de bonnes approximations de jeux avec un nombre finis de joueurs et dans lesquels l'influence de chacun sur le paiement des autres joueurs est évanescente. Nous proposons ensuite une extension et des variations du modèle de Mas-Colell afin d'obtenir un cadre unificateur pour diverses applications des jeux non-atomiques, telles les jeux de routage, les jeux de foule et les jeux évolutionnaires. Ces trois types de jeu sont étudiés. Enfin nous étendons le concept de stratégie évolutionnairement stable au modèle de Schmeidler, ce qui donne un critère de sélection des équilibres. La deuxième partie traite de problèmes de routage dans les réseaux. Tout d'abord nous modélisons des situations où deux types de joueur partagent un réseau, des joueurs ayant une influence certaine sur la répartition des paquets dans le réseau et des joueurs n'en ayant pas. Puis, nous étudions la convergence de dynamiques de meilleures réponses dans des réseaux d'architecture simple. Finalement, nous modélisons le problème du routage mutipoint-à-multipoint.

Le Service Transactionnel Guide (STG) défini dans le cadre de cette thèse a été implanté sur une plate-forme système (Guide) fournissant des objets persistants et répartis ainsi qu'un environnement de développement d'applications réparties. Le STG est basé sur une extension du modèle des transactions emboitées qui permet plusieurs formes de parallélisme au sein des transactions (par exemple entre transaction mère et transaction filles) et hors transaction. Par ailleurs, le modèle rend possible l'utilisation des objets atomiques par les transactions, mais aussi dans un contexte non-transactionnel. Si le modèle de concurrence vise principalement la souplesse du service, le modèle d'atomicité aux pannes doit prendre en compte les contraintes imposées par le système sous-jacent. L'atomicité aux pannes des transactions emboitées réparties est basé sur la mise en oeuvre du concept de représentant et d'un protocole de terminaison original qui ne nécessite qu'une phase pour assurer la validation d'une sous-transaction répartie. Le STG est composé de classes spécialisées qui constituent son interface, et qui repose sur des mécanismes systèmes spécifiques implantés dans le noyau du système Guide.

La mesure des masses des noyaux permet d'obtenir l'énergie de liaison qui reflète toutes les interactions régnant au sein du noyau atomique. Pour les noyaux N=Z, l'énergie de liaison présente une singularité qui peut être reproduite par l'ajout d'un terme de Wigner dans les formules de masses. Cet effet est étudié par l'intermédiaire de l'interaction neutron-proton qui présente un excédent pour les noyaux N=Z qui tend à disparaître pour les noyaux pair-pair lorsque le nombre de masse A augmente. Cependant, pour les noyaux N=Z impair-impair, l'interaction neutron-proton tend à se stabiliser au delà de A=40 avec un excédent d'environ 2 MeV. Une mesure de la masse atomique du noyau N=Z=37 74Rb a été réalisée avec le spectromètre à radiofréquence MISTRAL qui est installé au CERN. La fréquence cyclotron du 74Rb à l'intérieur d'un champ magnétique est mesurée en la synchronisant avec la fréquence d'un champ électrique, qui module l'énergie cinétique des ions. Cette fréquence cyclotron est comparée à celle d'un noyau de référence, de masse bien connue, à l'intérieur du même champ magnétique et le rapport des deux fréquences donne le rapport des deux masses atomiques. Cette mesure dont la précision obtenue est de 116 keV, a confirmé la stabilisation de l'interaction neutron-proton pour les noyaux N=Z impair-impair. Différentes formules de masses ont été étudiées et l'interaction neutronproton a été calculée à partir des masses prédites par ces formules puis comparée aux valeurs expérimentales. En particulier, le modèle IBM-4, basé sur la symétrie SU(4) a été utilisé pour calculer les masses des noyaux N=Z et des noyaux pair-pair et ainsi en déduire l'interaction neutron-proton pour les noyaux N=Z pair-pair. Un autre point intéressant du 74Rb est sa décroissance super-permise vers le 74Kr dont l'énergie et la demi-vie permettent de calculer la constante de couplage vecteur de la théorie électrofaible, qui est supposée indépendante du noyau par l'hypothèse CVC.

L'exploration de la vallée de stabilité dans la direction des isospins est actuellement un enjeu très important en physique nucléaire. Dans ce cadre, les mesures de masses sont de très bonnes indications des changements de structures nucléaires et permettent la contrainte, loin de la stabilité, des modèles existants. Ce travail est consacré à l'étude de la région riche en neutrons autour de ^32_12Mg_20, nucléide radioactif de très courte durée de vie (95 ms). MISTRAL est un spectromètre à radiofréquence et à transmission en ligne installé au CERN à ISOLDE au cours de l'été 1997. La mesure de masse s'effectue par la mesure de la fréquence cyclotron de l'ion tournant dans un champ magnétique homogène comparée à celle d'un ion de référence. Cette méthode permet des mesures de masse très rapides et très précises (quelques 10−7). Des mesures de la masse de 25,26Ne et 32Mg ont été effectuées en 1999. L'analyse a été rendue complexe par la présence de nombreux isobares dans le faisceau radioactif. La masse de 32Mg a été trouvée plus liée de 280 keV par rapport aux tables. Les valeurs de MISTRAL pour les trois nucléides sont plus précises et ont donc le plus grand poids dans la nouvelle évaluation. La zone de déformation de la région étudiée est renforcée. La fermeture de couche à N = 20 semble disparaître pour ces nucléides. Une nouvelle méthode de mesure de masse avec le spectromètre MISTRAL ainsi que des comparaisons à des modèles classiques en physique nucléaire (modèle en couche, modèle de champ moyen, etc.) ont également été étudiées.

Cette thèse présente la réalisation d'un dispositif expérimental pour la détection d'atomes, sur une puce atomique, avec une micro-cavité optique. La puce atomique est un substrat sur lequel des fils et la cavité optique sont fabriqué par des techniques de lithographie. La puce permet de piéger, de manipuler et de transporter des atomes grâce aux potentiels magnétiques générés par les courants électriques qui traversent ces fils. La puce permettra à terme de transporter les atomes vers la microcavité optique où ils peuvent être en interaction forte avec la lumière de la cavité. Le résonateur est construit à partir d'un guide d'onde sur lequel des miroirs sont déposés aux extrémités. Une tranchée est creusée dans le guide d'onde pour que les atomes puissent interagir avec le champ électromagnétique. Ce manuscrit présente la fabrication et la caractérisation d'une telle cavité. Une étude théorique du résonateur a permis d'estimer la finesse et la figure de mérite du système atome-cavité. Les calculs montrent que la microcavité peut permettre dans certains cas de détecter des atomes uniques.

Th--Phys. théor.--Toulouse 3, 1979. N°: 895.

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Cette thèse porte sur deux sujets principaux: l'évaluation de la stabilité d'une horloge sur microcircuit utilisant des atomes piégés (Trapped Atom Clock on a Chip - TACC) et l'extension de cette technologie vers la réalisation d'un interféromètre atomique sur la même puce. Cette combinaison constitue la base pour la réalisation de capteurs inertiels intégrés pour la navigation. Des travaux antérieurs ont installé l'horloge et ont découvert, entre autres, des temps de cohérence très longs, qui permettent une interrogation Ramsey jusqu'à 5 s, une condition préalable pour le fonctionnement à grande stabilité. Je présente ici la première évaluation approfondie de la stabilité de l'horloge. Avec mon prédécesseur, nous avons démontré les fluctuations de fréquences relatives de 5.8 10-13 à 1 s intégrant jusqu'à 6 10-15 à 30000 s.La deuxième partie de cette thèse vise à étendre la polyvalence de notre puce atomique pour créer un interféromètre. J'ai étudié divers régimes d'interféromètres en utilisant des potentiels habillés par microondes. Le premier régime consiste à déplacer l'un des états d'horloge verticalement pendant une séquence d'horloge Ramsey. Ceci permet la mesure de gradients de potentiel en exploitant la différence de fréquences entre les deux états. Le second régime utilise des champs microondes pour générer un potentiel de double puits dans l'un des états d'horloge et un seul puits dans l'autre.À partir du seul puits, un pulse-π sur la transition d'horloge constitue la séparatrice de l'interféromètre et conduit une séparation spatiale tout en préservant le même état interne pour les deux bras de l'interféromètre. / This thesis covers two main subjects: the evaluation of the stability of a Trapped Atom Clock on a Chip (TACC) and the expansion of this technology towards creating an atom interferometer on the same chip. The combination of a clock and an interferometer on the same chip constitutes the basis for the realization of atom-based integrated inertial navigation units. Previous work installed the clock operation and discovered, among others, very long coherence times, which allow Ramsey interrogations of up to 5 s, a prerequisite for high stability operation. I present the first thorough evaluation of the clock stability. Together with my predecessor we have demonstrated relative frequency fluctuations of 5.8 10-13 at 1 s integrating down to 6 10-15 at 30,000 s. The second part of this thesis aims to expand the versatility of our atom chip to create an atom interferometer. I have studied various interferometer schemes using microwave dressed potentials and implemented these to the set-up. The first scheme, following work by P. Treutlein et al., involves displacing one of the clock states vertically during a Ramsey clock sequence thereby allowing the measurement of potential gradients by exploiting the differential frequency shift accumulated between the two states. Ramsey fringes where recorded for different durations of the splitting, resulting in a clear signal of the wavepacket separation. The second scheme uses microwave dressing to generate a double well potential in one of the clock states and a single well in the other. Starting in the single well, a π-pulse on the clock transition constitutes the beam splitter and leads to a spatial separation for the same internal state.