Plusieurs catégories de MEMS nécessitent un environnement sous vide pour fonctionner de manière optimale, tel le micro-bolomètre. Le fonctionnement optimal de ce détecteur, à la base des imageurs infrarouge non refroidis, nécessite qu’il soit thermiquement isolé, et donc qu’il évolue dans une atmosphère raréfiée (< 10-2 mbar). Le maintien sous vide d’une matrice bolométrique durant la durée de vie d'une dizaine d’années du composant est réalisé par une encapsulation dans un boîtier de très faible volume (de 0,5 à 30 µL).Cette encapsulation sous vide fait appel à deux techniques complémentaires : le scellement hermétique sous vide et l’intégration d’un dispositif d’absorption du gaz dans la cavité, appelé getter. La technique de scellement donnant un joint de scellement suffisamment hermétique (<10-14 atm.cm3.s-1) est la soudure métallique. Le getter est un film mince métallique à base de métaux de transition. Il acquiert une activité de sorption lorsqu’il est chauffé.Les procédés d’encapsulation sous vide de l’état de l’art permettent l’encapsulation de micro-bolomètres à des températures de 300°C. Mais il est fort probable que les futurs matériaux micro-bolométriques en cours de développement ne supporteront pas des températures de recuit supérieures à 280°C. Leur encapsulation demande donc la mise à disposition d’un nouveau procédé de scellement sous vide à plus basse température et d’un nouveau film getter s’activant aussi à basse température.Ces deux techniques ont par conséquent été développées, au moyen de caractérisations en laboratoire et de tests sur composants industriels. / Some kinds of MEMS like micro-bolometers require vacuum to operate optimally. This IR sensor is the cornerstone for uncooled infrared detection. Its best sensing capacity is achieved by thermal insulation, which is realized by placing it under vacuum (< 10-2 mbar). The vacuum is maintained throughout the camera lifetime thanks to a microvolume packaging (0.5 to 30 µL).The MEMS vacuum packaging implies the combination of two complementary technical solutions: first hermetic sealing, then getter device integration absorbing internal gas. The sealing technique retained (which enables leak rate <10-14 atm.cm3.s-1) is the metallic bonding. The getter is a thin transition metal film. When activated by an annealing, its surface traps gaseous molecules. The sorption process of the getter is ideally activated during the sealing process of the bonding.The typical temperature packaging process for micro-bolometers is 300°C. It is expected that sensibility of new types of micro-bolometers materials will be degraded if they are exposed to temperatures higher than 280°C. Consequently, their encapsulation require the elaboration of a new low temperature packaging technology.Such a technology has been developed based on experimental studies in laboratory and tests under industrial conditions.

QUBIC est une expérience au sol en cours de construction dont le but est de mesurer les modes-B primordiaux du fond diffus cosmologique en utilisant la technique innovante de l’interférométrie bolométrique. Grace à la fusion entre interférométrie et imagerie,QUBIC a une très bonne sensibilité et un excellent contrôle des effets systématiques instrumentaux. De plus, du fait de la dépendance en fréquence du lobe synthétique,QUBIC peut être utilisé comme un spectre-imageur. Ces points pris en compte, la sensibilité globale de QUBIC au rapport tenseur/scalaire est 0.012. L’objectif de cette thèse est de d´écrire le code d’analyse de données de QUBIC, depuis la fabrication de cartes`a partir des données temporelle jusqu’`a la séparation de composantes astrophysique, l’estimation du spectre de puissance angulaire et celle des paramètres cosmologiques.Les aspects essentiels de ce travail sont les suivants: la fabrication de carte qui est très inhabituelle vis à vis des autres projets du domaine et le développement de la stratégie de couverture du ciel pour QUBIC. / QUBIC is a ground-based experiment aiming to measure the primordial B-modes, currently under construction, that uses the novel bolometric interferometry technique. Thanks to the fusion nature of QUBIC, it has very good sensitivity and excellent control of systematics. Moreover, the fact that the synthesized beam depends on the wavelength allows us to treat QUBIC as a spectro-polarimeter. These factors together give sensitivity on tensor-to-scalar ratio r 0.012. The goal of this thesis is to describe the pipeline of data analysis for QUBIC, from map-making of CMB from raw time-ordered data, through component separation and power spectra estimation to cosmological parameter estimation. The main accents of this work are: map-making, which is very unusual in comparison with other experiments in the field, and the development of scanning strategy for QUBIC.

Cette habilitation a' diriger des recherches de ́crit les travaux de recherche que j'ai effectue ́s depuis ma soute- nance de the'se qui en 1999. Elle s'articule autour de deux parties correspondants aux deux the'mes scientifiques sur lesquels j'ai travaille ́ ces dernie'res anne ́es : les rayons cosmiques d'ultra-haute e ́nergie et l'e ́tude du fond diffus cosmologique. C'est au sein de la collaboration Pierre Auger que j'ai travaille ́ sur la the ́matique des rayons cosmiques ultra- e ́nerge ́tiques entre fin 2002 et fin 2006. Il s'agit la' du plus grand de ́tecteur jamais construit par l'homme destine ́ a' eclaircir un myste're vieux de plus d'un sie'cle : quelle est la nature, ou' sont produits, et comment se propagent lesrayonscosmiquesquel'onobservea'dese ́nergiesdequelques1019eV?enexiste-t-ilau-dela'delafameuse coupure GZK qui, du fait le la perte d'e ́nergie des rayons cosmiques aux plus hautes e ́nergies par inte ́raction avec le fond diffus cosmologique limite l'horizon a' quelques centaines de Mpc a' ces e ́nergies? Je de ́cris dans cette habilitation mes travaux d'analyse de donne ́es concernant d'une part la recherche d'e ́ventuelles aniso- tropies dans la distribution sur le ciel des rayons cosmiques (des anisotrpies aux petites e ́chelles permettant d'identifier les sources, et aux plus grandes e ́chelles pouvant signer divers sce ́narios, par exemple top-down si l'on observe un exce's en provenance du centre Galactique) et d'autre part sur sur la recherche de photons aux plus hautes e ́nergies, une des signatures les plus claires d'une origine top-down pour les rayons cosmques les plus e ́nerge ́tiques. Les re ́sultats ne ́gatifs de cette recherche de photons, ajoute ́s a' l'observation claire de la cou- pure GZK ont permis a' l'Observatoire Pierre Auger de trancher en faveur d'une origine bottom-up, c'est a' dire issue d'acce ́le ́rateurs cosmiques, pour les rayons cosmiques les plus e ́nerge ́tiques. Par ailleurs, aucune aniso- tropien'estpourl'heureobserve ́eauxplusgrandese ́chellesalorsquelesrayonscosmqieslespluse ́nerge ́tiques montrent une autocorre ́lation significative aux petites e ́chelles, en corre ́lation avec un catalogues d'AGN (dont la distribution spatiale est elle-meˆme corre ́le ́e au reste de la matie're, cela' ne signe donc pas les AGN comme sites d'acce ́le ́ration). J'ai commence ́ a' aborder la the ́matique des anisotropies du fond diffus cosmologique au cours de mon post- doctorat et de ma premie're anne ́e au CNRS au sein de l'e ́xperience Archeops, un projet ballon d'observation de latempe ́ratureetdelapolarisationdecerayonnementsavecuneinstrumentationsimilairea'celledePlanck-HFI. J'ai travaille ́ a' l'e ́laboration des cartes du ciel et a' l'extraction du spectre angulaire de puissance des fluctuations de tempe ́rature, permettant l'observation pre ́cise, avant WMAP, du premier pic acoustique, et la de ́termination des parame'tres cosmologiques. J'ai rejoint a' nouveau cette the ́matique fin-2006 au sein de la collaboration QU- BIC dont l'objectif est de ́tecter les modes-B de polarisation du fond diffus cosmologique. Ces derniers sont la signature d'ondes gravitationnelles primordiales, c'est a' dire de modes tenseurs engendre ́s par l'inflation. Leur de ́tection et la mesure de leur spectre est conside ́re ́e comme le Graal de la cosmologie contemporaine tant ont apprendrait sur les processus a' l'oeuvre dans l'Univers primordial : mesure de l'e ́chelle en e ́nergie de l'inflation, de ́termination de la forme du potentiel de l'inflaton, tests de cohe ́rence interne du mode'le inflationnaire. Ces modes-b de polarisation sont d'une amplitude si faible (en dessous du micro-Kelvin) qu'une nouvelle ge ́ne ́rtion d'intrumentsestrequisepourlesobserver:largesmatricesdebolome'tres(limite ́sparlebruitdephotons),design instrumental minimisant l'impact des effets syste ́matiques qui pourraient devenir dominants pour des de ́tecteurs aussi sensibles. Le projet QUBIC est base ́ sur le concept d'interfe ́rome ́trie bolome ́trique, combinant les avan- tages des bolome'tres en terme de sensibilite ́ et ceux des interfe ́rome'tres en terme de faible contamination par les effets syste ́matiques. Depuis pre's de trois ans, je travaille au de ́veloppement du concept instrumental d'un interfe ́rome'tre bolome ́trique : reconstruction des visibilite ́s de manie're optimale graˆce a' des modulateurs de phases, calcul de la sensibilite ́s et comparaison avec un imageur et un interfe ́rome'tre classique (montrant que nous avons en effet un interfe ́rome'tre plus sensible graˆce aux de ́tecteurs bolome ́triques) et enfin de ́termination du design optimal de l'instrument QUBIC afin d'atteindre notre objectif scientifique d'eˆtre en mesure d'exclure un rapport entre les modes tenseurs et scalaires de 0.01 a' 95% de niveau de confiance en un an. L'instrument ne ́cessaire est typiquement un ensemble de 6 modules d'interfe ́rome'tres comprenant chacun 144 cornets, une feneˆtre de 40 cm de diame'tre et un plan focal comprenant 900 bolome'tres avec une largeur de bande de 25%.

La mesure du fond diffus cosmologique est depuis les années 1980 au centre des préoccupations majeures de la cosmologie observationnelle. Aujourd'hui, le défis est la détection des modes B de polarisation de ce rayonnement. Ceux-ci constituent une signature des ondes gravitationnelles primordiales. Afin de pouvoir atteindre cet objectif, nous avons besoin d'instruments offrant des performances exceptionnelles autant au niveau des composants que de l'architecture. Cette thèse s'intéresse de près à des composants planaires supra-conducteurs conçus pour être intégrés dans ces instruments : en particulier des filtres, des diplexeurs de polarisation et des modulateurs de phase. Ces composants pourront être utilisés dans l'interférométrie bolométrique, une architecture de détection particulièrement novatrice. L'expérience QUBIC dédié à l'observation des modes B est basé sur une telle architecture.