Le phénomène d'injection de charges dans des isolants synthétiques et la distorsion du champ électrique qui en découlent représentent un frein au développement des câbles pour le transport d'énergie électrique sous haute tension continue (HVDC). Les solutions au problème sont le plus souvent recherchées en influant sur la formulation des matériaux, en l'occurrence le polyéthylène. La voie explorée dans cette thèse est une alternative consistant à créer une barrière permettant le contrôle de l'injection de charges dans un film de polyéthylène basse densité (LDPE) sous contrainte électrique. La solution proposée et étudiée consiste à modifier la surface du film polymère en y insérant des nanoparticules métalliques, susceptibles de jouer le rôle de pièges profonds et d'écranter le champ électrique, contrôlant ainsi l'injection. Pour cela, des nanoparticules d'argent (NPs d'Ag) sont déposées et recouvertes d'une matrice semi-isolante organosiliciée de type SiOxCy:H. La couche mince nanocomposite est élaborée par procédé plasma. Son épaisseur totale est d'environ 50 nm. Les nanoparticules sont obtenues par pulvérisation cathodique et la matrice environnante est réalisée avec un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Le procédé d'élaboration est mis en œuvre dans le même réacteur en utilisant une décharge asymétrique RF à couplage capacitif entretenue à 13.56 MHz à basse pression du gaz. Une étude de l'influence des conditions opératoires du plasma sur les caractéristiques des NPs d'Ag et sur la matrice environnante a été réalisée. Les caractéristiques définies des NPs d'Ag sont la densité, la taille moyenne et la dispersion des nanoparticules. Les analyses physico-chimiques et structurales de la couche nanocomposite ont permis de valider la maîtrise de la formation des nanoparticules et de ses propriétés. L'évaluation de l'efficacité du dépôt a permis de définir les caractéristiques essentielles pour un contrôle des phénomènes d'injection de charges. Les analyses du comportement de l'ensemble étudié sous contrainte électrique ont été obtenues par des mesures de distribution de charges d'espace par méthode électroacoustique, de courant et de potentiel de surface. Les résultats montrent que la modification de la surface d'un film polymère par une couche mince nanocomposite contenant des NPs d'Ag enterrées à une profondeur contrôlée de la surface de la matrice organosiliciée permet le contrôle parfait de l'injection de charge dans un film de LPDE sous des niveaux de champ électrique usuels pour les applications HVDC. L'impact des caractéristiques de la couche nanocomposite sur l'efficacité du procédé a été évalué. Cette étude prouve le concept et ouvre la voie de la maîtrise des interfaces pour le contrôle de l'injection de charges dans des isolants polymères. / Charge injection phenomenon in electrically insulating polymers and the resultant electric field distortion remain obstacles to the development of cables for electrical energy transport under high voltage direct current (HVDC). Routes to solve the problem are most often looked for by acting on the material formulation, polyethylene in the present case. As alternative route, we explore in this thesis the possibility to develop a barrier layer allowing fine control of the charge injection in low density polyethylene (LDPE) films. The proposed and further studied solution is to tailor the surface of the polymer film by introducing metallic nanoparticles that would act as deep traps and would produce field screening, thus controlling charge injection. To achieve this, silver nanoparticles (AgNPs) are deposited on the LDPE and covered by a thin organosilicon layers of the type SiOxCy:H. The nanocomposite layer with total thickness of about 50 nm is elaborated in a plasma process. The AgNPs are obtained by sputtering of a silver target and the organosilicon matrix is then deposited in a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The deposition process is realized in the same reactor in the plasma of an asymmetric RF capacitively coupled discharge maintained at 13.56 MHz at low gas pressure. The obtained characteristics for the AgNPs are for their mean size, density and dispersion. The physico-chemical and structural analyses of the nanocomposite layer allowed identifying the plasma operating conditions to control the AgNPs properties. From the evaluation of the efficiency of the AgNPs/organosilicon stack against charge injection, a detailed description of the required properties of the nanocomposite layer for the control of the charge injection phenomenon was derived. The behaviour of the studied structure, nanocomposite layer deposited on the surface of LDPE film, under electrical stress was studied by space charge measurement through the Pulsed Electro-Acoustic (PEA) method, current and surface potential decay measurements. The obtained results show that tailoring the surface of polyethylene film by very thin nanocomposite layer containing AgNPs embedded at a controlled distance from the free surface of the organosilicon matrix permits suppression of charges injection in LDPE films. The impact of nanocomposite layer structure on the efficiency of the barrier effect was evaluated. The mitigation effect is observed up to the typical service electric field for HVDC applications. This study presents a proof-of-concept and opens the way for interface tailoring to control the charge injection in electrically insulating polymers.

Les matériaux diélectriques sont utilisés dans le domaine de l'aérospatial pour assurer la régulation thermique des engins spatiaux. Ils sont soumis à un environnement chargeant composé de rayonnements ionisants tels que les électrons ou les protons. Un stockage de ces charges se produit dans le volume du matériau et engendre des dégradations et un vieillissement prématuré amenant à une perte de fiabilité globale du système qui doit être anticipée. Le but de ce travail de thèse a été d'évaluer la densité de charges d'espace injectées au sein d'un matériau diélectrique pendant une irradiation électronique afin de recréer partiellement l'environnement radiatif auquel il peut être soumis. Pour mener à bien ce projet, nous avons utilisé un dispositif expérimental basé sur la méthode Electro-Acoustique Pulsée (PEA) couramment utilisé dans le domaine du génie électrique. Nous avons développé une électrode de mesure innovante sans contact et circulaire permettant la mesure pendant irradiation électronique car les dispositifs expérimentaux précédents ne le permettaient pas. Ce type de mesures n'avait jamais été réalisé ailleurs auparavant, ce qui un vrai apport pour ce domaine d'étude car il permet de conserver l'échantillon dans une configuration proche de son utilisation finale. L'électrode est basé sur une ligne de transmission de type microstrip. Dont les caractéristiques géométriques ont été déterminées d'une part avec le logiciel Orcad PCB Editor, mais aussi avec le logiciel COMSOL Multiphysics. La validation expérimentale a été menée et les premières mesures réalisées dans l'enceinte d'irradiation MATSPACE du laboratoire ont permis de mettre en évidence le bon fonctionnement de l'électrode et de valider les résultats de simulation obtenus précédemment. Le traitement du signal a également été adapté pour cette nouvelle configuration. Une étude a ensuite été menée avec différentes énergies cinétiques (comprises entre 50 et 100 keV) et différentes densités de flux électronique (0.5 à 2 nA/cm2) pour la phase d'irradiation suivi d'une phase de relaxation (maintien de l'échantillon sous vide) afin de suivre la dynamique des charges d'espace implantées au sein du diélectrique. La représentation par cartographie de la quantité de charges injectées en volume permet de suivre aisément l'évolution de cette dernière en fonction du temps. Ce travail de thèse a permis d'atteindre les objectifs fixés concernant la réalisation de mesures pendant une irradiation électronique. Ce dispositif de caractérisation peut également être utilisé sur des films polymères issus du domaine du génie électrique, les conditions d'irradiation étant contrôlées. Dans un futur proche, ce prototype d'électrode pourra être associé à un capteur à haute résolution spatiale développé dans l'équipe pour un système encore plus performant. / Dielectric materials are widely used in space industries to ensure the spacecrafts thermal regulation. Spacecrafts are submitted to charging environment made of ionizing rays as electrons and protons. These charges are trapped in the material bulk and cause degradations and premature ageing and a global loss of reliability which had to be anticipated. The aim of this work was to evaluate the injected space charges density in a dielectric material during an electronic irradiation in order to partially reproduce the radiative environment. To lead this study, we used an experimental set up based on Pulsed Electro Acoustic (PEA) Method commonly used in electrical engineering. We have developed a new ring and contactless excitation electrode allowing to perform measurements during an electronic irradiation because the previous experimental setups don't allow to realize measurements during an electronic irradiation. This kind of measurements are performed for the first time ever in scientific research which is a real innovation for this research field because it is possible to keep the dielectric sample under vacuum and to be near the space environment. The new electrode is based on a signal transmission line (microstrip). Its geometric characteristics have been determined with two softwares as Orcad PCB Editor and COMSOL Multiphysics. The experimental validation has been led and the first measurements are performed in the irradiation chamber called MATSPACE allowing to highlight the good working of this new electrode and to validate the simulation results previously obtained. Moreover, the signal treatment has been adapted for this new configuration. A study has been also led with several kinetic energies ( 50 to 10 keV) and with several electronic flux density ( 0.5 to 2 nA/cm2) for the irradiation step followed by a relaxation step ( the sample is kept under vacuum) in order to to follow the injection dynamic of the injected electrons in the sample bulk. The space charge cartography representation allow to easily follow the dynamic injection. This work enabled to reach the differents objectives concerning the realizatiion of the space charges measurements during an electronic irradiation. This characterization setup can be used with several dielectric material used in electrical engineering, irradiation conditions being controlled. In next futur, this electrode prototype could be coupled with a very thin piezoelectric sensor to improve the spatial resolution to lead to a high temporal and spatial measurements system.

De l'enquête sur les changements liés au processus de production de l'espace urbain, ainsi que le processus de ségrégation et de sa forme correspondante de l'exclusion sociale et spatiale, nous pouvons voir que ce processus et son occupation résultant de la forme de l'espace et appropriation de l'espace, que ce processus et sa forme résultant de l'occupation et la possession de l'espace, les classes sociales les plus aisées, réfléchir et, apparemment, une influence sur la reconfigurationles de l'espace urbain la ville de Santa Maria/RS et ayant été analysée comme la zone spatiale Quartier Camobi. La compréhension de l'évolution historique du quartier a aidé à comprendre leur dynamique actuelle à travers l'analyse de son occupation, sa structure et sa croissance urbaine, liée à l'installation d'institutions importantes, et actuellement au déploiement rapide de grandes copropriétés résidentielles. L'analyse a cherché à comprendre la nature dialectique du processus de ségrégation, leurs explications et l'intensité avec laquelle se manifeste dans des formations socio-économiques et dans l'histoire de la place, au cas où le Quartier Camobi essayer d'établir des liens entre les relations dialectiques, des formes spatiales et processus historiques qui ont façonné les groupes sociaux dans lesquels nous identifions la “fragmentatio” de la façon de vivre dans Camobi. Dans le cas de Camobi, unités d'analyse et de comparaison étaient les lots propres et les immeubles en copropriété, c'est à dire, des travaux empiriques sur l'endroit où nous avons trouvé la ségrégation. Ainsi, nous trouvons qu'il n'est pas exclusivement la ségrégation qui se trouve dans le quartier, mais aussi d'autres procédés qui s'entrecroisent comme la spéculation immobilière, en fonction de la cohésion spatiale UFSM et BASM, la fragmentation socio-spatiale, la conversion des usages agricoles dans les zones urbaines. Contourne la ségrégation des limites du quartier de Camobi, avançant sur les quartiers adjacents et qui pendant des décennies ont été laissés comme urbains vides à des fins spéculatives. / A partir do levantamento das transformações relacionadas ao processo de produção do espaço urbano, bem como ao processo de segregação e a sua forma correspondente de exclusão socioespacial, podemos verificar que esse processo espacial e sua forma resultante de ocupação e apropriação do espaço, pelas classes sociais mais abastadas, traduzem e influenciam, aparentemente, na reconfiguração do espaço urbano da cidade de Santa Maria/RS, tendo-se analisado como recorte espacial o Bairro Camobi. O entendimento da evolução histórica do bairro auxiliou na compreensão de sua dinâmica atual através da análise de sua ocupação, de sua estruturação e de seu crescimento urbano vinculado com a instalação de importantes instituições, e, atualmente, pelo início da implantação de grandes condomínios residenciais. A análise de cunho dialético buscou entender o processo de segregação, suas explicações e a intensidade com que se manifestou nas formações socioeconômicas e na própria história do lugar, no caso o Bairro Camobi, procurando estabelecer as articulações entre as relações dialéticas, as formas espaciais e os processos históricos que modelaram os grupos sociais, na qual identificamos a “fragmentação” da forma de morar em Camobi. No caso de Camobi, as unidades de análise e de comparação foram os próprios loteamentos e condomínios, ou seja, trabalho empírico in loco onde constatamos a segregação. Assim, constatamos que não é exclusivamente a segregação que ocorre no bairro, mas também outros processos que se entrelaçam como o de especulação imobiliária, coesão espacial em função da UFSM e BASM, fragmentação socioespacial, transformação de usos agrícolas em urbanos. A segregação ultrapassa os limites do bairro Camobi, avançando sobre os bairros adjacentes e que durante décadas foram deixados como vazios urbanos para fins de especulação.

De l'enquête sur les changements liés au processus de production de l'espace urbain, ainsi que le processus de ségrégation et de sa forme correspondante de l'exclusion sociale et spatiale, nous pouvons voir que ce processus et son occupation résultant de la forme de l'espace et appropriation de l'espace, que ce processus et sa forme résultant de l'occupation et la possession de l'espace, les classes sociales les plus aisées, réfléchir et, apparemment, une influence sur la reconfigurationles de l'espace urbain la ville de Santa Maria/RS et ayant été analysée comme la zone spatiale Quartier Camobi. La compréhension de l'évolution historique du quartier a aidé à comprendre leur dynamique actuelle à travers l'analyse de son occupation, sa structure et sa croissance urbaine, liée à l'installation d'institutions importantes, et actuellement au déploiement rapide de grandes copropriétés résidentielles. L'analyse a cherché à comprendre la nature dialectique du processus de ségrégation, leurs explications et l'intensité avec laquelle se manifeste dans des formations socio-économiques et dans l'histoire de la place, au cas où le Quartier Camobi essayer d'établir des liens entre les relations dialectiques, des formes spatiales et processus historiques qui ont façonné les groupes sociaux dans lesquels nous identifions la “fragmentatio” de la façon de vivre dans Camobi. Dans le cas de Camobi, unités d'analyse et de comparaison étaient les lots propres et les immeubles en copropriété, c'est à dire, des travaux empiriques sur l'endroit où nous avons trouvé la ségrégation. Ainsi, nous trouvons qu'il n'est pas exclusivement la ségrégation qui se trouve dans le quartier, mais aussi d'autres procédés qui s'entrecroisent comme la spéculation immobilière, en fonction de la cohésion spatiale UFSM et BASM, la fragmentation socio-spatiale, la conversion des usages agricoles dans les zones urbaines. Contourne la ségrégation des limites du quartier de Camobi, avançant sur les quartiers adjacents et qui pendant des décennies ont été laissés comme urbains vides à des fins spéculatives. / A partir do levantamento das transformações relacionadas ao processo de produção do espaço urbano, bem como ao processo de segregação e a sua forma correspondente de exclusão socioespacial, podemos verificar que esse processo espacial e sua forma resultante de ocupação e apropriação do espaço, pelas classes sociais mais abastadas, traduzem e influenciam, aparentemente, na reconfiguração do espaço urbano da cidade de Santa Maria/RS, tendo-se analisado como recorte espacial o Bairro Camobi. O entendimento da evolução histórica do bairro auxiliou na compreensão de sua dinâmica atual através da análise de sua ocupação, de sua estruturação e de seu crescimento urbano vinculado com a instalação de importantes instituições, e, atualmente, pelo início da implantação de grandes condomínios residenciais. A análise de cunho dialético buscou entender o processo de segregação, suas explicações e a intensidade com que se manifestou nas formações socioeconômicas e na própria história do lugar, no caso o Bairro Camobi, procurando estabelecer as articulações entre as relações dialéticas, as formas espaciais e os processos históricos que modelaram os grupos sociais, na qual identificamos a “fragmentação” da forma de morar em Camobi. No caso de Camobi, as unidades de análise e de comparação foram os próprios loteamentos e condomínios, ou seja, trabalho empírico in loco onde constatamos a segregação. Assim, constatamos que não é exclusivamente a segregação que ocorre no bairro, mas também outros processos que se entrelaçam como o de especulação imobiliária, coesão espacial em função da UFSM e BASM, fragmentação socioespacial, transformação de usos agrícolas em urbanos. A segregação ultrapassa os limites do bairro Camobi, avançando sobre os bairros adjacentes e que durante décadas foram deixados como vazios urbanos para fins de especulação.

De l'enquête sur les changements liés au processus de production de l'espace urbain, ainsi que le processus de ségrégation et de sa forme correspondante de l'exclusion sociale et spatiale, nous pouvons voir que ce processus et son occupation résultant de la forme de l'espace et appropriation de l'espace, que ce processus et sa forme résultant de l'occupation et la possession de l'espace, les classes sociales les plus aisées, réfléchir et, apparemment, une influence sur la reconfigurationles de l'espace urbain la ville de Santa Maria/RS et ayant été analysée comme la zone spatiale Quartier Camobi. La compréhension de l'évolution historique du quartier a aidé à comprendre leur dynamique actuelle à travers l'analyse de son occupation, sa structure et sa croissance urbaine, liée à l'installation d'institutions importantes, et actuellement au déploiement rapide de grandes copropriétés résidentielles. L'analyse a cherché à comprendre la nature dialectique du processus de ségrégation, leurs explications et l'intensité avec laquelle se manifeste dans des formations socio-économiques et dans l'histoire de la place, au cas où le Quartier Camobi essayer d'établir des liens entre les relations dialectiques, des formes spatiales et processus historiques qui ont façonné les groupes sociaux dans lesquels nous identifions la “fragmentatio” de la façon de vivre dans Camobi. Dans le cas de Camobi, unités d'analyse et de comparaison étaient les lots propres et les immeubles en copropriété, c'est à dire, des travaux empiriques sur l'endroit où nous avons trouvé la ségrégation. Ainsi, nous trouvons qu'il n'est pas exclusivement la ségrégation qui se trouve dans le quartier, mais aussi d'autres procédés qui s'entrecroisent comme la spéculation immobilière, en fonction de la cohésion spatiale UFSM et BASM, la fragmentation socio-spatiale, la conversion des usages agricoles dans les zones urbaines. Contourne la ségrégation des limites du quartier de Camobi, avançant sur les quartiers adjacents et qui pendant des décennies ont été laissés comme urbains vides à des fins spéculatives. / A partir do levantamento das transformações relacionadas ao processo de produção do espaço urbano, bem como ao processo de segregação e a sua forma correspondente de exclusão socioespacial, podemos verificar que esse processo espacial e sua forma resultante de ocupação e apropriação do espaço, pelas classes sociais mais abastadas, traduzem e influenciam, aparentemente, na reconfiguração do espaço urbano da cidade de Santa Maria/RS, tendo-se analisado como recorte espacial o Bairro Camobi. O entendimento da evolução histórica do bairro auxiliou na compreensão de sua dinâmica atual através da análise de sua ocupação, de sua estruturação e de seu crescimento urbano vinculado com a instalação de importantes instituições, e, atualmente, pelo início da implantação de grandes condomínios residenciais. A análise de cunho dialético buscou entender o processo de segregação, suas explicações e a intensidade com que se manifestou nas formações socioeconômicas e na própria história do lugar, no caso o Bairro Camobi, procurando estabelecer as articulações entre as relações dialéticas, as formas espaciais e os processos históricos que modelaram os grupos sociais, na qual identificamos a “fragmentação” da forma de morar em Camobi. No caso de Camobi, as unidades de análise e de comparação foram os próprios loteamentos e condomínios, ou seja, trabalho empírico in loco onde constatamos a segregação. Assim, constatamos que não é exclusivamente a segregação que ocorre no bairro, mas também outros processos que se entrelaçam como o de especulação imobiliária, coesão espacial em função da UFSM e BASM, fragmentação socioespacial, transformação de usos agrícolas em urbanos. A segregação ultrapassa os limites do bairro Camobi, avançando sobre os bairros adjacentes e que durante décadas foram deixados como vazios urbanos para fins de especulação.

L'objectif de la thèse est de construire une compactification géométrique de l'espace des structures de demi-translation sur une surface S compacte, connexe, orientable, de genre au moins égal à 2. Il s’inscrit dans le très large thème d’étude des déformations de structures géométriques sur les surfaces. Une structure de demi-translation sur S est une métrique localement euclidienne (de courbure constante nulle) sur S, avec des singularités coniques d'angles k pi, avec k un entier et k>2, telle que l'holonomie de tout lacet lisse de S, disjoint des singularités, est Id ou -Id.Je définis l'ensemble des structures mixtes sur S, qui sont des structures arborescentes (au sens de Drutu-Sapir), équivariantes par le groupe fondamentalde S et CAT(0), obtenues par recollement de pièces par des arêtes, éventuellement réduites à des points, telles que l'espace obtenu par écrasement des pièces est un arbre réel simplicial (la plupart des arêtes ont une longueur non nulle), et les pièces sont ou bien des arbres réels, ou bien des revêtements universels de sous-surfaces (ouvertes) de S, munies de structures de demi-translation. Je munis l'espace Mix(Sigma) des (classes d'isométries équivariantes par le groupe fondamental de S) de structures mixtes sur S d'une topologie géométrique naturelle, appelée topologie de Gromov équivariante. Je montre alors, par des techniques d'ultralimites à la Gromov, que l'espace Flat(S) des (classes d'isotopie de) structures de demi-translation sur S, identifié à l’ensemble des structures de demi-translation équivariantes par le groupe fondamental de S sur le revêtement universel de S, est un ouvert dense de Mix(S), et que le projectifié PMix(S), muni de la topologie quotient, est compact. Le projectifié PMix(S) est donc une compactification du projectifié PFlat(S) de l'espace Flat(S) (qui s'identifie à l'espace des structure de demi-translation d'aire 1 sur S). / The goal of this thesis is to build a geometric compactification of the space of half-translation structures on a connected, compact surface S, with genus at least 2. It is a part of the wide thema of study of the deformations of metric structures on surfaces.A half-translation structure on S is a locally euclidean metric (with null constant curvature) on S, with conical singularities of angles k pi, with k an integer and k>2, such that the holonomy of every smooth curve of S, disjoint from the singularities, is contained in Id or -Id.I define the set of mixed structures on S, which are tree-graded spaces (in the sense of Drutu-Sapir), equivariant by the fundamental group of S and CAT(0), obtained by gluing some pieces by some edges, possibly reduced to a point, such that the space obtained by replacing the pieces by some points is a simplicialtree (most edges have a positive length), and the pieces are either some trees or some universal covers of (open) subsurfaces of S endowed with a half-translation structures. I endow the space Mix(S) of (classes of isometry equivariant by the fundamental group of S of) mixed structures on S with a natural geometric topology, called the Gromov equivariant topology. I show, by techniques using ultralimits "à la Gromov", that the space Flat(S) of (isotopy classes of) half-translation structures on S, identified with the set of half-translation structures on the universal cover of S which are equivariant for the fundamental group of S, is a dense and open subset of Mix(S), and the projectified space PMix(S) is compact. The projectified space PMix(S) is then a compactification of the projectified space PFlat(S) (which identifies with the space of half-translations structures of area 1 on S.

L’étude de la dynamique d’un faisceau d’ions de haute intensité dans les lignes de basse énergie (LBE)représente l’un des défis majeurs de la science des accélérateurs. basse énergie, cette dynamique est dominée par le champ de charge d’espace induit par le faisceau lui-même, qui en général est non linéaire et peut entrainer des phénomènes de halo, de grossissement d’émittance et de pertes de faisceau. Toutefois, un faisceau à basse énergie se propageant dans une LBE induit l’ionisation du gaz résiduel présent dans la chambre. Les particules (ions et électrons) issues de l’ionisation sont repoussées ou attirées radialement par le champ de charge d’espace en fonction du signe de leur charge. D’autres réactions physiques ont lieu dans la ligne basse énergie, jouant ainsi un rôle dans la dynamique du faisceau et sur l’établissement du temps et du taux de compensation de charge d’espace. Afin d’obtenir des résultats prédictifs et fiables quantitativement, des simulations de transport de faisceau en régime de compensation de charge d’espace avec le code de calcul warp ont été réalisées en prenant également compte les réactions physiques les plus probables. On discutera ensuite des résultats de ces simulations en lien avec ceux issus de différentes compagnes de mesure réalisées auprès des LBE des projets MYRRHA et IFMIF. / The study of intense ion beam dynamics in lowenergy beam transport line (LEBT) representsone of the most important challenges inaccelerating sciences. At low energy, it isdominated by the space-charge field created bythe beam itself, which is generally non-linearand can induce halo, emittance growth and beamlosses. But, a ion beam at low energypropagating in a LEBT ionises the residual gas.The particles (ions and electrons) fromionisation are repelled or confined radially bythe space charge field according to their chargesign.Other interactions take place in the LEBT,modifying the beam dynamics and the space chargecompensation time and the space-chargecompensation yield. In order to obtain predictiveand precise results quantitatively, numericalsimulations of beam transport in space-chargecompensation regime with WARP code havebeen realized taking account the most probablephysical interactions. Then, we will discuss theresults with comparisons with experimental dataobtained on the MYRRHA and IFMIF LEBT’s

La Transformation d’Espace appelée aussi Transformation Optique (TO) est un outil de conception électromagnétique puissant qui a permis la conception de nouveaux dispositifs tels que la célèbre “cape d'invisibilité”. Cette thèse s’inscrit dans la continuité directe de celle de M.D. Clemente Arenas (Application de la transformation d'espace à la conception d'antennes à diagramme de rayonnement contrôlé, 2014) et porte sur l’utilisation de la TO pour modifier drastiquement le rayonnement d’une antenne patch. Ces fortes modifications du rayonnement sont habituellement obtenues avec l’aide d’un superstrat encombrant et constitué de matériaux ayant une perméabilité et permittivité exotiques (métamatériaux). L’objectif est donc ici de réduire cet encombrement et de simplifier la réalisation en utilisant des matériaux diélectriques standards. Ainsi, grâce au superstrat développé, une antenne patch ayant un gain réalisé de 7 dB devient une antenne présentant deux lobes dans le plan azimutal de gain réalisé de 3.5 dB. Le superstrat, d’épaisseur 0.12λ, est conçu à l’aide de deux matériaux uniquement : Alumine (εr = 9.9) et Fullcure (εr = 2.8), alors que le profil initial comporte une permittivité variant entre 1 et 15 et une perméabilité entre 0.3 et 3. Divers degrés de libertés dans la conception permettent d'adapter notre solution pour concevoir d’autres superstrats avec des fonctionnalités différentes: diagramme ayant une ouverture de plus de 180° dans un plan, diagramme end-fire, etc. Les applications visées sont notamment celles de l’aéronautique pour lesquelles il existe aujourd’hui sur les aéronefs plusieurs dizaines d’antennes pour assurer toutes les liaisons nécessaires aux communications, à l’identification, au positionnement, etc. La géométrie du porteur conduit alors à utiliser plusieurs antennes protubérantes pour remplir cette mission. Cependant pour un avion, ces excroissances contribuent à dégrader l’aérodynamisme de l’appareil ce qui se traduit par une consommation plus importante. Le but est donc de proposer des solutions antennaires à rayonnement nonconventionnel et non protubérante compatible avec une intégration sur dérive ou fuselage. Le concept est validé à l'aide d'une maquette réalisée avec une imprimante 3D et avec le soutien d’Airbus Group Innovations. / Transformation Optics (TO) is a powerful electromagnetic design tool that enables the design of new devices such as the famous "invisibility cloak". This thesis is in direct continuation of that of M.D. Clemente Arenas (Application de la transformation d'espace à la conception d'antennes à diagramme de rayonnement contrôlé, 2014) and focuses on the use of the TO to drastically change radiation of a patch antenna. These sharp changes in radiation pattern are usually obtained using bulky superstrates made of metamaterials having exotic permeability and permittivity values. The objective of this thesis is to reduce the thickness of the superstrate and simplify the fabrication by enabling the use of standard dielectric materials. Thus, a patch antenna with realized gain of 7 dB is transformed, with the help of proposed superstrate, into an antenna having two lobes in the azimuth plane withrealized gain of 3.5 dB. The 0.12λ thick superstrate is designed using two standard dielectric materials only: Alumina (εr = 9.9) and FullCure (εr = 2.8), whereas the previous solution had variation in permittivity between 1 and 15 and in permeability between 0.3 and 3. Various degrees of freedom in the design allow adapting this solution to develop new superstrates for other applications: radiation pattern with HPBW greater than 180 ° in one plane, end-fire radiation pattern, etc. Target applications include those of aeronautics. Today, dozens of antennas on an aircraft are required to ensure the necessary communications links, identification, positioning and other purposes. The structure of the aircraft necessitates use multiple antennas to fulfill this mission, which are fixed and protrude on fuselage or wings. However, for an aircraft, these protuberances contribute to the aerodynamic drag, which results in higher fuel consumption. Therefore, the objective is to propose conformal antenna solutions with unconventional radiation pattern, which can be eventually integrated on fuselage or rudder. The concept is validated using a model made with a 3D printer and with the support of Airbus Group Innovations

La démarche générale du mémoire consiste à utiliser des outils mathématiques permettant d'élaborer un formalisme vectoriel applicable aux systèmes électriques au sens large. Ce formalisme bénéficie à la fois des propriétés graphiques et géométriques de la théorie des vecteurs d'espace qu'il généralise et de la puissance du calcul matriciel. Aussi, est-il tout particulièrement adapté à l'étude des systèmes polyphasés.<br />Tout d'abord, on caractérise les modulateurs d'énergie indépendamment de leurs charges. Pour cela des espaces vectoriels leur sont associés ainsi que des familles de vecteurs qui les caractérisent. Il est possible alors de définir quel type de charge le modulateur est capable de contrôler. Les degrés de liberté de la commande trouvent également une formulation mathématique. Les exemples traités sont les onduleurs de tension monophasé et triphasé deux niveaux. L'approche conduit, dans le cas d'une commande aux valeurs moyennes, à un calcul original des durées de conduction des interrupteurs en utilisant la notion de barycentre. Les algorithmes obtenus, généralisables aux onduleurs à n bras, comportent un nombre réduit d'opérations logiques et arithmétiques.<br />Le formalisme est ensuite appliqué à la machine asynchrone triphasée avec q barres au rotor ; ceci nous permet d'expliciter la notion de rotor diphasé équivalent. La machine asynchrone pentaphasée est également modélisée et l'approche développée met en évidence les conditions que doit remplir l'onduleur à 5 bras pour l'alimenter correctement.<br />Dans la dernière partie, un onduleur de courant à Modulation de Largeur d'Impulsions est étudié à l'aide du formalisme. Les non-linéarités de la commande sont prises en compte vectoriellement, notamment, de façon originale, celle concernant la durée minimale de conduction des interrupteurs. On décrit enfin l'implantation matérielle de cette commande sur microcontrôleur 16 bits et présente les résultats expérimentaux dans le cas d'une charge constituée d'une machine asynchrone triphasée en parallèle avec des condensateurs.

L'utilisation des accélérateurs linéaires de forte puissance dans différents projets (production de neutrons par spallation, réacteurs hybrides) nous a amené à se pencher sur les problèmes de la dynamique de faisceaux de haute intensité. Dans le cas de faisceaux intenses, les particules sont soumises à des forces non linéaires, principalement dues à l'effet de charge d'espace. Afin de disposer d'outils à la fois moins lourds et plus réalistes que les méthodes classiques de simulation (interaction particule-particule, modèle coeur-particule), la description de l'évolution d'une distribution de particules à partir de ses paramètres statistiques, ses moments, a donc été envisagée. Nous présentons donc dans une première partie une analyse détaillée de la problématique, menée dans un cadre simplifié mais non limitatif : tout d'abord, nous développons un formalisme original basé sur les propriétés fines des polygones orthogonaux permettant l'étude des moments d'une densité en une dimension. De cette analyse, nous voyons que l'on peut extraire, d'un nombre fini de moments, un certain nombre d'informations concernant la densité. En particulier, il en découle la notion fondamentale d'enveloppe convexe définissant le domaine d'existence de cette densité. Ceci permet de mieux comprendre la signification des moments. La généralisation de cette description en deux dimensions permet d'estimer avec une bonne précision où sont localisées les particules dans cet espace des phases. Enfin, nous abordons les difficultés rencontrées au cours de cette étude, fixant ainsi les limites de cette méthode. La deuxième partie de cette thèse, plus expérimentale, présente les mesures de faisceaulogie effectuées sur l'accélérateur GENEPI (GEnérateur de NEutrons Pulsé Intense) dans le cadre de l'étude des systèmes hybrides. Elles permettent, entre autres, la calibration du faisceau et la validation des codes de calculs nécessaires à la conception de la machine.