Ce mémoire présente une étude de l’effet d’une pression hydrostatique sur la reconstruction de la surface de Fermi dans le cuprate supraconducteur La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4]. Des mesures de la résistivité et de l’effet Hall ont été effectuées à Sherbrooke ainsi qu’au National High Magnetic Field Laboratory de Tallahassee sur des échantillons de La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] à deux dopages d’intérêt. Une revue de la littérature pertinente à la mise en contexte des résultats est d’abord présentée, portant notamment sur les études de pression déjà publiées dans le domaine. Quelques notions théoriques sur le transport électrique et sur les signatures des fluctuations quantiques associées à la présence d’un point critique quantique sont ensuite amenées. La méthode expérimentale est décrite en détail et le fonctionnement des cellules de pression est expliqué. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux sont ensuite présentés. Finalement, une discussion propose quelques pistes d’interprétation pour ces résultats. Les mesures d’effet Hall sous pression ont permis de montrer que la reconstruction de la surface de Fermi est supprimée à p = 0.20. Les données de résistivité témoignent d’un déplacement de la ligne T∗ associée au pseudogap et montrent qu’une pression de 20 kbar suffit à révéler un intervalle de dopage où la résistivité est linéaire jusqu’à très basse température. Ces résultats font état d’une grande ressemblance entre La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] sous pression et La[indice inférieur 2−x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4], le composé parent. Ils appuient de plus la thèse que la pression supprime l’ordre de charge associé à la reconstruction de la surface de Fermi.

L’observation de la double désintégration bêta sans neutrinos (0ν2β) impliquerait la violation de la conservation du numéro leptonique, signe d’une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard, et permettrait d’établir la nature de Majorana des neutrinos. Les bolomètres scintillants cryogéniques sont parmi les détecteurs les plus prometteurs pour rechercher ce processus nucléaire extrêmement rare dans des noyaux qui sont théoriquement entre les plus favorables.Des scintillateurs de ZnMoO₄ ayant une masse de ∼ 0.3 kg, ainsi que des cristaux de Zn¹⁰⁰ MoO₄ enrichi dans l’isotope ¹⁰⁰Mo, ont été produits pour la première fois en utilisant la technique de Czochralski à faible gradient thermique. Les propriétés optiques et de luminescence des cristaux produits ont été étudiées pour évaluer le progrès de la qualité de la croissance des cristaux. Des tests à basse température avec un scintillateur de 313 g de ZnMoO₄et deux scintillateurs de Zn¹⁰⁰ MoO₄ enrichis ont été réalisées en surface au Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière. On a aussi mené des mesures à faible fond radioactif avec trois cristaux de ZnMoO₄ naturels et deux détecteurs enrichis, installés dans le setup d’ EDELWEISS au Laboratoire Souterrain de Modane.Pour optimiser la collecte de la lumière dans des bolomètres scintillants cryogénique de ZnMoO₄, nous avons simulé par une méthode Monte Carlo la collecte des photons de scintillation dans un module de détection pour différentes géométries, en utilisant le logiciel GEANT4. La réponse à la désintégration 2ν2β de ¹⁰⁰Mo a été simulée pour des détecteurs enrichis de Zn¹⁰⁰ MoO₄ avec forme et masse différente, avec le but de comprendre la structure des spectres 2ν2β en fonctionne de la forme des cristaux. Nous avons simulé aussi la performance de 48 cristaux de Zn¹⁰⁰ MoO₄ ayant une taille de Ø60 × 40 mm et installés dans le cryostat d’EDELWEISS. La contribution au fond de la contamination radioactive interne des cristaux, l’activation cosmogénique et la contamination radioactive du setup ont été simulées.Tenant compte de la modeste résolution temporelle des bolomètres à basse température, nous avons également étudié la contribution au fond à l'énergie Q₂β déterminé par des coïncidences aléatoires de signaux, en particulier du à la décroissance 2ν2β, qui est l'une des sources de fond les plus dangereuses dans les bolomètres cryogéniques. Des méthodes pour le rejet d’événements coïncidant par hasard ont été développées et comparées. Nous avons également analysé la dépendance de l'efficacité de rejet à l’égard des performances du détecteur cryogénique. / Observation of neutrinoless double beta (0ν2β) decay would imply the violation of lepton number conservation and definitely new physics beyond the Standard Model, establishing the Majorana nature of neutrinos. Cryogenic scintillating bolometers look the most promising detectors to search for this extremely rare nuclear process in a few theoretically the most favorable nuclei.ZnMoO₄ scintillators with a mass of ∼ 0.3 kg, as well as Zn¹⁰⁰ MoO₄ crystals enriched in the isotope ¹⁰⁰Mo were produced for the first time by using the low-thermal-gradient Czochralski technique. The optical and luminescent properties of the produced crystals were studied to estimate the progress in crystal growth quality. The low-temperature tests with a 313 g ZnMoO₄ scintillator and two enriched Zn¹⁰⁰ MoO₄ were performed aboveground in the Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière. The low background measurements with a three ZnMoO₄ and two enriched detectors installed in the EDELWEISS set-up at the Laboratoire Souterrain de Modane were carried out.To optimize the light collection in ZnMoO₄ cryogenic scintillating bolometers, we have simulated the collection of scintillation photons in a detector module for different geometries by Monte Carlo method using the GEANT4 package. Response to the 2ν2β decay of ¹⁰⁰Mo was simulated for the enriched Zn¹⁰⁰ MoO₄ detectors of different shape and mass to understand the dependence of 2ν2β decay spectra on crystal shape. We have simulated 48 Zn¹⁰⁰ MoO₄ crystals with a size of Ø60 × 40 mm installed in the EDELWEISS cryostat. The contribution to background from the internal radioactive contamination of the crystals, cosmogenic activation and radioactive contamination of the set-up were simulated.Taking into account the poor time resolution of the low temperature bolometers, we also studied contribution to background at the Q₂β energy of random coincidences of signals, in particular of 2ν2β decay, which is one of the most valuable sources of background in cryogenic bolometers. Methods of the randomly coinciding events rejection were developed and compared. We have also analyzed dependence of the rejection efficiency on a cryogenic detector performance.

Le développement des lasers de fortes puissances réalisé au cours des dix dernières années a ouvert de nouveaux champs de recherche dans de nombreux domaines tels que la production de faisceaux de particules chargées. Lors de l'interaction d'un faisceau laser avec une cible, il est en effet possible de générer un faisceau d'ions ou d'électrons d'une large gamme énergétique dépendant de la puissance du laser et de la nature de la cible.Les physiciens qui étudient les interactions laser-matière montrent un grand intérêt à pouvoir réaliser des expériences avec une cible d'hydrogène pure de l'ordre d'une dizaine de micromètres d'épaisseur. Lors d'une telle interaction, un faisceau constitué uniquement de protons accélérés est produit. La protonthérapie est l'une des applications phares qui utilise les propriétés particulières des protons accélérés pour détruire des tumeurs cancéreuses. Cette technique, plus légère et moins coûteuse, pourrait remplacer dans les années à venir les gros accélérateurs de particules, situés en sous-sol des hôpitaux. Les travaux menés durant cette thèse ont permis de développer un moyen d'obtenir et de caractériser de telles cibles, et ce en utilisant un nouveau procédé d'extrusion.L'extrusion d'hydrogène solide requiert des fortes pressions (100 à 400 bar) et des basses températures (inférieures à 13 K). Les fortes pressions sont obtenues à l'aide des propriétés thermodynamiques du fluide. Dans un premier temps, de l'hydrogène est introduit puis solidifié dans la cellule expérimentale jusqu'à remplir celle-ci. La cellule est alors fermée et chauffée en partie haute afin de liquéfier l'hydrogène qui s'y trouve. La dilatation qui résulte du changement de phase, génère une pression sur l'hydrogène solide qui est situé sous le liquide. Cette pression permet d'obtenir la force nécessaire à l'extrusion qui est réalisée au travers d'une buse se situant à l'extrémité basse de la cellule. La principale différence avec un procédé classique d'extrusion est l'absence de parties mobiles.Des premiers rubans d'hydrogène d'une largeur de 1 mm et d'une épaisseur de 100 µm ont été obtenus et ont donné lieu à publication en mars 2014. Une évolution de la cellule et du cryostat a ensuite été réalisée dans le but d'atteindre des épaisseurs de rubans plus faibles (25 et 50 µm).Une buse cylindrique d'un diamètre de 140 µm a également permis d'obtenir de longs cylindres d'hydrogène solide et de comprendre le comportement de l'écoulement dans des géométries simples. En parallèle, de nombreuses simulations numériques ont été réalisées dans le but de caractériser ce comportement. Un modèle dédié a ainsi été établi, pour lequel les résultats expérimentaux et les simulations sont en bon accord.Un algorithme de mesure de vitesses d'écoulement, basé sur le suivi de défauts présents dans le film d'hydrogène a également été développé. Celui-ci est basé sur une technique d'inter-corrélation d'images. L'épaisseur du ruban est également obtenue par analyse d'images acquises. Ces résultats sont en adéquation avec la mesure du débit d'hydrogène pompé, réalisée en aval du cryostat.De nombreux laseristes ont alors manifesté leur intérêt autour de ce nouveau procédé et une collaboration a été mise en place avec l'équipe du laser PALS, à Prague, dans le but d'installer une nouvelle version du cryostat, capable de se fixer sur la chambre à vide de leur laser. Cette équipe, qui sera la première à tirer sur des cibles d'hydrogène solide courant novembre 2015, souhaite valider certaines théories et accélérer des protons en utilisant le principe de la TNSA (Target Normal Shealth Acceleration). Les laseristes du LULI (situés à Palaiseau, en France) sont également intéressés pour utiliser de telles cibles et une installation sur leur chambre laser a été planifiée au mois de janvier 2016. En parallèle, des physiciens de l'Institut Lumière Matière du CNRS de Lyon souhaitent également utiliser ces cibles pour générer des rayons X-UV. / The development of very high power lasers in the latest decade opened up new horizons in a various field, such as the production of accelerated ion beams. When a laser beam interacts with a target, the generated beam can contain energetic ions or electrons with a large energy spectrum (1–200 MeV). This energy distribution depends on the laser power and the nature of the target.Physicists studying the interaction between laser and materials are really interested in having very thin (10 µm) ribbons of solid hydrogen that could be used as a target. Indeed, during the interaction between a laser and such a target, a pure proton beam can be created. Protontherapy is one of the main potential applications which uses the special properties of accelerated protons to destroy cancerous tumor. This technique, lighter and cheaper, could replace in the next years huge particle accelerators situated underground the equipped hospitals. This PhD thesis was about developing a way to get and characterize such ribbons, using a new extrusion process.Extrusion of solid hydrogen requires a high pressure (10 MPa to 40 MPa) and a low temperature (below 13K). This is achieved by using the thermodynamic properties of the fluid. First, the cell is filled in with solid H2, then closed. Afterward, the upper part is heated to liquefy the solid. The expansion, resulting from the phase change creates a pressure on the solid hydrogen, located below the liquid. The extrusion is realized through a micron-sized hole at the bottom of the cell. The main difference with a classic extrusion process is the absence of moving parts.First solid hydrogen ribbons (1mm large and 100 microns of thickness) have been obtained in March 2014, leading to an article in a peer review (laser and particle beams (2014) 32,569-575, Continuous production of a thin ribbon of solid hydrogen). The use of a 50 micron nozzle was satisfying but it showed the limitation in the design of the cell, leading to an upgraded one, which will enable to extrude thinner ribbons.A cylindrical nozzle (140 microns diameter) has also been used to obtain long cylinders of solid hydrogen and to be able to understand the solid hydrogen flow in simple geometries. In parallel, several numerical simulations have been carried out to establish the flow behavior of solid hydrogen during the extrusion process. An “home made” model has been developed for which experimental results and numerical calculations fit quite well for different nozzles' geometries.Using small ribbon defaults as velocity tracers, cross-correlation algorithm has also been developed to measure the velocity during the extrusion process. The ribbon thickness is also extracted from image analysis. These results are also correlated by flowmeter measurements and appeared to be accurate.Several laser teams have shown a great interest for these results and a collaboration contract has been signed with the laser PALS team (Prague) to install an updated version of this cryostat, able to be plugged in their vacuum chamber. The team wants to shoot the solid hydrogen target to understand the laser/matter interaction and accelerate proton through the TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) principle. It will be the first time such target will be shot. The installation of the cryostat is scheduled by the end of august and the first experiments are planned during november 2015. LULI's laser team at Palaiseau in France is also interested in using these targets and is planning to shoot them in January 2016. In parallel, CNRS physicists of the ILM (Institut Lumière Matière de Lyon) would like to use these targets to generate X-UV radiation.

Pour la recherche de la matière noire sous forme de WIMPs l'expérience EDELWEISS utilise des détecteurs ionisation-chaleur qui permettent de les discriminer du fond radioactif. Cette méthode est limitée par les événements à collecte incomplète de charge qui ont lieu près des électrodes. Dans le but d'identifier et rejeter ces événements, des détecteurs équipés de couches minces servant à la fois de thermomètres, sensibles au régime thermique transitoire (régime athermique), et d'électrodes de collecte sont développés. Leur optimisation en terme de rejet des événements de surface et la modélisation des processus physiques permettant cette identification font l'objet de cette thèse. L'optimisation doit conserver une résolution en énergie qui conduise à un seuil de l'ordre de 30 keV et un volume fiduciel de détecteur maximal. Ce travail explore quatre générations de détecteurs qui correspondent à des évolutions successives de leur conception. Dans tous les cas l'électrode-thermomètre est une couche mince de NbSi amorphe de type isolant d'Anderson polarisée par deux peignes interdigités en Niobium. En dépit des progrès réalisés la génération la plus aboutie ne présente pas les performances requises pour l'expérience EDELWEISS II. L'étude menée a montré la difficulté de la modélisation des signaux thermique transitoires car la collecte des charges y apporte des contributions complexes. Des pistes émergent de ce travail pour explorer de nouvelles configuration de ces détecteurs afin d'exploiter mieux le régime athermique pour améliorer le pouvoir de rejet et la résolution.

La présence de grandes quantités de matière noire invisible, c'est-à-dire non lumineuse, donc sans couplage avec les photons, autour des galaxies et à l'intérieur de leurs amas, a été confirmée par toute une série d'observations indépendantes au niveau galactique, extragalactique et cosmologique. De quoi cette matière noire est composée représente un des mystères de l'Univers qui intrigue cosmologistes et physiciens des particules. Les modèles supersymétriques proposent des candidats naturels : les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particle). Dans la plupart des cas de figure, l'Univers est suffisament rempli de WIMPs pour qu'il soit possible de les détecter indirectement ou directement. Pendant mon doctorat, je me suis intéressée â la recherche directe de matière noire au sein de la collaboration EDELWEISS. EDELWEISS est une expérience de recherche directe de matière noire, cette dernière interagissant avec la matière baryonique par diffusion élastique. Dans le but de mesurer les énergies des reculs nucléaires dus à ces rares interactions, EDELWEISS emploie des détecteurs cryogéniques à double composante chaleur et ionisation (de type Ge-NTD). Chacun de ces détecteurs est constitué d'un cristal de Germanium de 320g, refroidi à une température de 20 mK. La mesure simultanée de deux signaux chaleur et ionisation permet la discrimination entre les reculs électroniques et les reculs nucléaires, ces derniers étant principalement induits par des WIMPs ou des neutrons. Le coeur de mon travail de thèse a été l'analyse des données du run 8 de physique comportant 11 bolomètres caractérisés par une très bonne stabilité en terme de résolution ligne de base et correspondant à une exposition fiducielle de 93.5 kg.j. Les différentes étapes de l'analyse sont détaillées ci-dessous. J'ai commencé par l'étalonnage des détecteurs cryogéniques avec des sources gamma 133Ba et neutron Am-Be dans le but d'évaluer leurs performances dans l'environnement du nouveau cryostat EDELWEISS-II et de la nouvelle chaîne d'acquisition. Ensuite j'ai traité l'optimisation des méthodes d'analyse et des paramètres de la chaîne de lecture des données. Enfin les résultats sont interprétés en terme de limite sur la section efficace d'interaction d'un WIMP avec un nucléon en fonction de la valeur de sa masse. Pour un seuil en énergie de recul de 30 keV (choisi a priori), 3 événements ont été enregistrés dans la bande de reculs nucléaires, correspondant à une sensibilité de 5*10^-7 pb pour une masse de WIMP de 80 GeV/c^2. J'ai également mené une étude pour comprendre le bruit de fond radioactif résiduel, regardant avec attention le fond gamma et le fond beta provenant du 210Pb. Pour ce dernier, un bolomètre Ge-NTD a été equipé avec une source de 210Pb. Le fond gamma pour des énergies supérieures à 100 keV montre une réduction globale et uniforme d'un facteur deux par rapport à la première phase de l'expérience, EDELWEISS-I, arrêtée en 2004. La comparaison entre les données expérimentales et les simulations des contaminations radioactives des matériaux proches des détecteurs comme le cuivre (pour les chaînes de désintégration U/Th, l'activation du 60Co et la contamination en 40K) faites avec GEANT4, m'a permis une évaluation de la contamination radioactive du cuivre. Il en résulte qu'elle est de 2 à 5 fois inférieure aux limites supérieures mesurées en spectrométrie HPGe. Ceci indique une plus grande propreté du Cuivre proche par rapport à EDELWEISS-I.Sachant que l'expérience peut être contaminée par une pollution en plomb due au Radon, l'étude du détecteur équipé avec une source de 210Pb m'a permis une investigation des betas de basse énergie qui tombent dans la bande de recul nucléaire et peuvent être interprétés comme un événement WIMP. Cette étude a permis de prédire le nombre de betas de basse énergie attendus pour le run de physique. Cette prédiction se révèle compatible avec le spectre expérimental de trois événements observés dans la zone des reculs nucléaires. Néanmoins cela n'est pas suffisant pour permettre une soustraction du fond, du fait des grandes incertitudes liées au profil de collection de charge et au profil d'implantation du Pb.

Ce Mémoire traite des aspects expérimentaux de la réalisation de résonateurs supraconducteurs pour le transport de l’information quantique. Les avancées technologiques des dix dernières années et le développement de l’électrodynamique quantique en circuit ont permis de démontrer que les bits quantiques (qubits) supraconducteurs couplés à des résonateurs supraconducteurs sont capables d'effectuer des opérations quantiques très rapidement. Il y a maintenant un intérêt pour l’intégration de qubits de spin aux résonateurs afin de combiner leurs avantages avec ceux des qubits supraconducteurs. Dans ce contexte, il est nécessaire de fabriquer des résonateurs avec un champ magnétique critique élevé. Des couches minces de niobium ont été déposées par pulvérisation cathodique DC. On présente la caractérisation de la température critique et du champ magnétique critique à l’aide de mesures de résistivité et de susceptibilité magnétique. Une corrélation entre la résistivité, la température critique et le facteur de qualité des résonateurs fabriqués a été observée. Une analyse par spectroscopie de photoélectrons X d’un des échantillons a confirmé une quantité élevée d'impuretés dans le niobium. Des résonateurs en niobium avec des facteurs de qualité de 200 à ~4400 ont été fabriqués sur silicium et GaAs. À partir de la dépendance en température de la résonance, l’impédance de surface est décrite par le modèle Mattis-Bardeen et le modèle deux fluides. Les pertes observées à basse température sont attribuées à la résistance de surface résiduelle du niobium causée par la présence d’impuretés. On caractérise également la variation du facteur de qualité des résonateurs en fonction de l’intensité du champ magnétique et la puissance d'excitation. Les pertes et l’hystérésis observées sont décrites par la dynamique des vortex de flux magnétique dans le niobium. On détermine un champ magnétique critique pour le fonctionnement des résonateurs se trouvant entre 0.2 T et 0.6 T. Ces résultats montrent que les résonateurs fabriqués sont adéquats pour l’intégration de qubits de spins.

L'observation spatiale exige l’utilisation de systèmes à très haute résolution avec de grandes dimensions. La conception de ces systèmes implique la détection et associe des systèmes d'actuation pour assurer un positionnement très stable de composants optiques. Toutefois, les matériaux actuellement utilisés pour l’actionnement piézoélectrique (PZT) montrent des propriétés fortement diminuées à très basse température. Ce travail explore les performances de composés piézoélectriques PMN-xPT à des températures cryogéniques. La dépendance en température des céramiques PMN-xPT est comparée à la dépendance thermique de PZT dur (PZT-4) et doux (PZT5H) sous forme de céramiques de la température ambiante à 10 K. Les compositions en PMN-PT de structure quadratique présentent des constantes piézoélectriques stables dans la plage de température 250 - 100 K. Les plus hautes valeurs de constantes piézoélectriques sont observées pour le composé PMN-38PT dans la gamme de température 200 à 50 K. Toutes les céramiques présentent des performances décroissantes en fonction de la température. Ce comportement est attribué à un «freezing out» des contributions extrinsèques du phénomène de piézoélectricité, mais est également dû à une contribution d’effets quantiques. Le facteur de qualité mécanique (Qm) augmente très rapidement à partir de 50 K pour tous les composés. Ceci pourrait être dû à de faibles processus de relaxation à très basses températures. Les transducteurs acoustiques actuels fonctionnent avec des céramiques à base de plomb, et plus particulièrement avec des céramiques PZT. Ce matériau a de fortes propriétés électromécaniques. Cependant à cause de la toxicité du plomb, nous devons trouver des composés sans plomb afin de remplacer le PZT. Dans ce travail de recherche, un oxyde mixte synthétisé par voie classique, (K, Na, Li) (Nb, Ta, Sb) O3 sous forme de céramiques est étudié. Ce composé possède d’excellentes densités (98% dth) et de bonnes propriétés électromécaniques à température ambiante. L’étude de la texturation de ce composé montre que par la méthode de coulage en bande, nous pouvons obtenir une certaine orientation des céramiques (60%). / Space borne observation requires extremely high resolution systems with large dimensions. The design of such systems implies associating sensing and actuation systems to insure a highly stable positioning of optical components. However, the currently used PZT materials for piezoelectric actuation show strongly diminished strain at cryogenic temperatures. This work explores the performances of PMN-xPT piezoelectric materials at cryogenic temperatures. Temperature dependence of PMN-xPT ceramics is compared with hard PZT (PZT-4) and soft PZT (PZT5H) ceramics from RT to 10 K. PMN-PT tetragonal compositions exhibit stable piezoelectric constant in the 250-100 K range. The highest values of piezoelectric constant are observed for PMN-38PT in the 200-50 K range. All ceramics exhibit decreasing performances versus cooling temperature. This behaviour is attributed to a “freezing out” of extrinsic contributions to piezoelectricity [12] but is also due to a contribution of quantum effects [13, 14]. The mechanical quality factor (Qm) increases very quickly from 50 K to 10 K for all samples. This fact could be due to low relaxation processes at very low temperatures. Today acoustic transducers operate with lead-based ceramics, and more particularly lead–zirconate–titanate (PZT). This material is very powerful thanks to these high electromechanical properties. However cause of lead toxicity we have to find new materials without lead in order to replace PZT. In this paper, main guidelines to develop lead-free ceramics are given specially for acoustic transducer. A conventional mixed oxide and carbonate route to synthesis (K,Na,Li)(Nb,Ta,Sb)O3 lead-free ceramics is presented. Excellent density (98% dth) and good electromechanical properties were observed at room temperature.

Les alliages métalliques amorphes possèdent une structure désordonnée sansordre atomique local à longue distance contrairement aux alliages cristallins. Cettestructure leur confère des propriétés particulières, ouvrant la voie à de nombreusesapplications industrielles. En particulier, leur conductivité thermique est faiblecomparée aux autres matériaux métalliques du fait de l'absence de réseau cristallin.Ces alliages possèdent ainsi des propriétés isolantes permettant de minimiser lespertes thermiques par conduction. Ce travail de thèse porte d'une part sur lacompréhension des mécanismes intervenant dans la conductivité thermique desalliages métalliques amorphes, permettant d'identifier des compositions adaptées.Différentes méthodes d'optimisation des propriétés thermiques ont été étudiées etont permis de développer une composition optimisée à faible conductivité thermique.D'autre part, la capacité à être assemblé a été étudiée dans l'objectif d'intégrer ces alliages dans un dispositif industriel. Deux techniques d'assemblage ont étéconfrontées permettant de développer une solution à court et à long terme. Deuxbrevets protégeant l'utilisation de compositions avantageuses obtenus grâce auxrésultats de ce travail ont été déposés. Par ailleurs, des prototypes ont été réalisés en utilisant les procédés étudiés dans ce travail et présentent des performances augmentées par rapport à la solution actuelle. / Bulk metallic glasses possess an amorphous structure without any atomic longrange ordering unlike their crystalline counterparts. They exhibit particularproperties due to this amorphous structure, which is very promising for futureindustrial applications. In particular, their thermal conductivity is very low compared to other metallic materials due to the absence of crystalline lattice. Thus, these alloys show some insulating properties, leading to low heat losses. This PhD work focuses on understanding the mechanisms that occur in thermal conductivity of bulk metallic glasses in order to identify suitable compositions. Several optimization methods have been carried out to minimize the thermal properties and resulted in the development of an optimized composition showing low thermal conductivity. Secondly, their joining ability has been studied with the aim to implement these alloys in an industrial device. Two different joining techniques have been faced to provide a short and a long term solution. Eventually, two patents which protect the use of beneficial compositions developed in this work have been filed. Besides, prototypes have been produced using the two processes studied in this work and show enhanced performances compared to the current solution.

La présence de grandes quantités de matière noire invisible, c'est-à-dire non lumineuse, donc sans couplage avec les photons, autour des galaxies et à l'intérieur de leurs amas, a été confirmée par toute une série d'observations indépendantes au niveau galactique, extragalactique et cosmologique. De quoi cette matière noire est composée représente un des mystères de l'Univers qui intrigue cosmologistes et physiciens des particules. Les modèles supersymétriques proposent des candidats naturels : les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particle). Dans la plupart des cas de figure, l'Univers est suffisamment rempli de WIMPs pour qu'il soit possible de les détecter indirectement ou directement. Pendant mon doctorat, je me suis intéressée à la recherche directe de matière noire au sein de la collaboration EDELWEISS. EDELWEISS est une expérience de recherche directe de matière noire, cette dernière interagissant avec la matière baryonique par diffusion élastique. Dans le but de mesurer les énergies des reculs nucléaires dus à ces rares interactions, EDELWEISS emploie des détecteurs cryogéniques à double composante chaleur et ionisation (de type Ge-NTD). Chacun de ces détecteurs est constitué d'un cristal de Germanium de 320g, refroidi à une température de 20 mK. La mesure simultanée de deux signaux chaleur et ionisation permet la discrimination entre les reculs électroniques et les reculs nucléaires, ces derniers étant principalement induits par des WIMPs ou des neutrons. Le coeur de mon travail de thèse a été l'analyse des données du run 8 de physique comportant 11 bolomètres caractérisés par une très bonne stabilité en termes de résolution ligne de base et correspondant à une exposition fiducielle de 93.5 kg.j. Les différentes étapes de l'analyse sont détaillées ci-dessous. J'ai commencé par l'étalonnage des détecteurs cryogéniques avec des sources gamma 133Ba et neutron Am-Be dans le but d'évaluer leurs performances dans l'environnement du nouveau cryostat EDELWEISS-II et de la nouvelle chaîne d'acquisition. Ensuite j'ai traité l'optimisation des méthodes d'analyse et des paramètres de la chaîne de lecture des données. Enfin les résultats sont interprétés en termes de limite sur la section efficace d'interaction d'un WIMP avec un nucléon en fonction de la valeur de sa masse. Pour un seuil en énergie de recul de 30 keV (choisi a priori), 3 événements ont été enregistrés dans la bande de reculs nucléaires, correspondant à une sensibilité de 5*10^-7 pb pour une masse de WIMP de 80 GeV/c^2. J'ai également mené une étude pour comprendre le bruit de fond radioactif résiduel, regardant avec attention le fond gamma et le fond beta provenant du 210Pb. Pour ce dernier, un bolomètre Ge-NTD a été équipé avec une source de 210Pb. Le fond gamma pour des énergies supérieures à 100 keV montre une réduction globale et uniforme d'un facteur deux par rapport à la première phase de l'expérience, EDELWEISS-I, arrêtée en 2004. [....] Cette étude a permis de prédire le nombre de betas de basse énergie attendus pour le run de physique. Cette prédiction se révèle compatible avec le spectre expérimental de trois événements observés dans la zone des reculs nucléaires. Néanmoins cela n'est pas suffisant pour permettre une soustraction du fond, du fait des grandes incertitudes liées au profil de collection de charge et au profil d'implantation du Pb / One of the greatest mysteries of the universe that, for the present, puzzles the mind of most astronomers, cosmologists and physicists is the question: "What makes up our universe?". This is due to how a certain substance named Dark Matter came under speculation. It is believed this enigmatic substance, of type unknown, accounts for almost three-quarters of the cosmos within the universe, could be the answer to several questions raised by the models of the expanding universe astronomers have created, and even decide the fate of the expansion of the universe. There is strong observational evidence for the dominance of non-baryonic Dark Matter (DM) over baryonic matter in the universe. Such evidence comes from many independent observations over different length scales. The most stringent constraint on the abundance of DM comes from the analysis of the Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies. In particular, the WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) experiment restricts the abundance of matter and the abundance of baryonic matter in good agreement with predictions from Big Bang Nucleosynthesis. It is commonly believed that such a non-baryonic component could consist of new, as yet undiscovered, particles, usually referred to as WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Some extensions of the standard model (SM) of particle physics predict the existence of particles that would be excellent DM candidates. In particular great attention has been dedicated to candidates arising in supersymmetric theories: the Lightest Supersymmetric Particle (LSP). In the most supersymmetric scenarios, the so-called neutralino seems to be a natural candidate, being stable in theories with conservation of R-parity and having masses and cross sections of typical WIMPs. The EDELWEISS collaboration is a direct dark matter search experiment, aiming to detect directly a WIMP interaction in a target material, high purity germanium crystal working at cryogenic temperatures. It relies in the measurement of nuclear recoils that produce measurable effects in the crystal such ionization and heat. My PhD thesis is organized as follows. The first chapter aims to provide an introduction to the theoretical framework and the scientific motivation for the following work. The nature of DM has been one of the most challenging topics in contemporary physics since the first evidences of its existence had been found in the 1930s. Cosmologists and astrophysicists on one side, together with particle theorists on the other have put a lot of effort into this field: I will briefly account for their achievements and for the experimental strategies which can be set in this scenario. Since this thesis work was carried out within the EDELWEISS-II direct dark matter experiment, I will focus the next chapter on this topic, describing the main features. The second chapter is related to the set-up of the EDELWEISS-II, the current stage of the EDELWEISS experiment necessary after a first phase that achieved the best upper limit on the WIMP elastic scattering on nucleon as a function of WIMP mass in 2004. [....]

CUORE est la plus grande expérience qui recherche la double désintégration bêta sans neutrino avec des bolomètres de TeO₂. La découverte de cette transition nucléaire aurait des conséquences décisives sur la scène actuelle de la physique. Les questions suivantes trouveraient une réponse : pourquoi la matière est-elle dominante dans l’Univers? Quelle est la masse du neutrino? Le neutrino est il un particule de Majorana ou de Dirac? Ce travail présente deux approches différentes pour l’amélioration de la sensibilité de CUORE en vue de sa prochaine phase : CUPID. Dans la première partie de ce travail, une étude du modèle thermique pour les bolomètres équipés avec des NTDs est présentée dans le but de mieux comprendre la réponse des détecteurs de CUORE. Les bolomètres sont des détecteurs extraordinaires utilisés pour un grand nombre d’applications en raison de leurs performances remarquables, mais leur modélisation et leur simulation sont loin d’être complètement comprises. Deux mesures ont été effectuées pour évaluer expérimentalement deux paramètres du modèle thermique : la conductance de la colle et celle entre les électrons et les phonons. Dans la deuxième partie de ce travail, la possibilité de détecter la faible lumière Cherenkov émise par le TeO₂ est étudiée à fin de rejeter des événements alpha, le fond principal de l’expérience CUORE. Le défi consiste dans la détection d’un signal de lumière de 100 eV à moyen d’un détecteur équipé avec un NTD qui a normalement un bruit de l’ordre de 100 eV. Cette question peut être résolue grâce à l’effet Neganov-Trofimov-Luke (NTL) qui a permis de baisser le seuil du détecteur de lumière et d'améliorer son rapport signal-sur-bruit. Cet effet exploite la présence d’un champ électrique pour amplifier les signaux thermiques des bolomètres. Le rejet complet du fond alpha a été prouvé avec un photo-bolomètre amélioré par l’effet NTL et couplé à un bolomètre de TeO₂ comme ceux utilisés par CUORE. Une solution convaincante pour le rejet de fond alpha a été démontrée en vue de l’expérience CUPID. / CUORE is the first tonne-scale experiment searching for the neutrinoless double beta decay with TeO₂ bolometers. The discovery of this nuclear transitionwould have decisive consequences on the present physics scene. The following questions would find an answer: why is matter dominant in the Universe? which is the neutrino mass? has the neutrino a Majorana or a Dirac nature? This work presents two different approaches for the enhancement of the CUORE sensitivity with a view to its upgrade: the CUPID experiment. In the first part, a study of the thermal model describing NTD-based bolometers is presented with the objective to achieve a better comprehension of the response of the CUORE detectors. Bolometers are amazing detectors used for a large number of applications because of their impressive high performance, but their modelisation and simulation is far to be completely understood. Two measurements have been performed for an experimental evaluation of two thermal-model parameters: the glue and the electron-phonon conductances. In the second part, the possibility to detect the tiny Cherenkov light emitted by TeO₂ to reject alpha events — the main background of the CUORE experiment — is studied. The challenge consists in the detection of a 100-eV light signal with a NTD-based light detector that usually is characterised by a baseline noise of the order of 100 eV. This issue is solved with the employment of the Neganov-Trofimov-Luke (NTL) effect to lower the energy threshold of the light detector and improve its signal-to-noise ratio. This effect exploits the presence of an electric field to amplify bolometric thermal signals. The full rejection of the alpha background has been proved with one NTL assisted photo-bolometer coupled to a CUORE-size TeO₂ bolometer. A convincing solution for the alpha background rejection has been demonstrated with a view to the CUPID experiment.