L’objectif de ce travail est d’établir des relations entre chimie d’interface et propriétés mécaniques dans les assemblages bimétalliques. Il met en évidence que les mécanismes qui contrôlent le développement d’une interface entre alliage Al-Si et renfort ferreux ou titane ont une influence majeure sur les propriétés mécaniques de cette interface. La caractérisation mécanique des interfaces est réalisée par un test de flexion 4 points sur des lames bimétallique élaborées par aluminiage au trempé sur lesquelles un raidisseur est rapporté par collage ou surmoulage. L’évolution de la chimie de la zone de réaction interfaciale est provoquée par un traitement thermique à 535°C à différents temps. La caractérisation des zones de réaction ainsi que des chemins de fissuration est réalisée par diffraction des rayons X et microsonde électronique. Pour les interfaces Fe/A-S7G03 brutes d’élaboration, avant traitement thermique, l’analyse des essais mécaniques conduit à l’obtention d’une valeur du taux de restitution d’énergie de 23 J/m2 qui correspond à la propagation d’une fissure dans la phase η−Al5Fe2(Si). En ce qui concerne les interfaces Ti/A-S7G03, leur force n’a pas permis la propagation d’une fissure dans les conditions de l’essai. A la suite d’un traitement thermique à 535°C, les interfaces Fe/A-S7G03 sont fragilisées par le mécanisme de croissance de la couche de réaction interfaciale qui conduit à l’apparition de porosités Kirkendall en son sein. A l’inverse, dans le cas des interfaces Ti/A-S7G03, aucun affaiblissement de l’interface n’est associé au traitement thermique en raison d’un mécanisme de croissance différent. / The objective of this work is to establish the relationships between interface chemistry and mechanical properties in bimetallic assemblies. It proves that the mechanisms which control the development of an interface between Al-Si alloy and titanium or ferrous reinforcement have a major influence on the mechanical properties of this interface. The mechanical characterization of these interfaces is performed by a 4-point bending test on the bimetallic plates elaborated by hot dip aluminizing on which a stiffener is joined by bonding or overmolding. The chemistry evolution of the interfacial reaction zone is induced by a heat treatment at 535 °C at different reaction times. The characterization of reaction zones and the crack paths is performed by X-ray diffraction and electron probe microanalysis. Before heat treatment, the analysis of mechanical tests performed on Fe/A-S7G03 interfaces leads to a value for the energy release rate of 23 J/m2 which corresponds to a crack propagation in the η- Al5Fe2 (Si) phase. As regards the Ti/A-S7G03 interfaces, their strength did not allow a crack propagation under the test conditions. After a heat treatment at 535°C, the Fe/A-S7G03 interfaces are weakened by the growth mechanism of interfacial reaction layer which leads to the appearance of Kirkendall voids within it. Conversely, in the case of Ti/A-S7G03 interfaces, the heat treatment is not associated with any weakening of the interfacial zone because of a different growth mechanism.

Une solution de gestion de puissance d’un système sur puce peut être définie par une architecture de faible puissance composée de multiples domaines d'alimentation et de leur stratégie de gestion. Si ces deux éléments sont économes en énergie, une solution efficace en énergie peut être obtenue. Cette approche nécessite l’ajout d’éléments structurels de puissance et de leurs comportements. Une stratégie de gestion doit respecter les dépendances structurelles et fonctionnelles dues au placement physique des domaines d'alimentation. Cette relation forte entre l'architecture et sa stratégie de gestion doit être analysée tôt dans le flot de conception pour trouver la solution de gestion de puissance la plus efficace. De récentes normes de conception basse consommation définissent des sémantiques pour la spécification, simulation et vérification d’architecture de faible puissance au niveau transfert de registres (RTL). Mais elles manquent une sémantique d’interface de gestion des domaines d'alimentation réutilisable ce qui alourdit l’exploration. Leurs sémantiques RTL ne sont pas aussi utilisables au niveau transactionnel pour une exploration plus rapide et facile. Pour combler ces lacunes, cette thèse étend ces normes et fournit une étude complète des possibilités d'optimisation de puissance basées sur la composition et la gestion des domaines d'alimentation pour des modèles fonctionnels transactionnels utilisant un environnement commun USLPAF. USLPAF comprend une méthodologie alliant conception et vérification des modèles transactionnels de faible consommation, ainsi qu’une bibliothèque de techniques de modélisation et fonctions prédéfinies pour appliquer cette méthodologie. / A SoC power management solution can be defined by a low-power architecture composed of multiple power domains and a power management strategy for power domains states control. If these two elements are energy-efficient, an energy-efficient solution can be obtained. This approach requires inferring power structural elements and their related behavior in the chip internal logic. A strategy adjusting the power domains states must respect structural and functional dependencies due to the physical power domains composition. This strong relationship between power architecture and its management strategy must be explored at early design stages to find the most energy-efficient solution. Low-power design standards have recently enabled low-power architecture exploration starting from the Register Transfer Level (RTL) by defining semantics to specify power architecture, simulate and check its behavior along with the initial functional one. But, these standards miss semantics for reusable power domain control interface making power management strategies exploration tedious. The RTL-based semantics defined by these standards constrain also their use at Transaction-Level of Modeling (TLM) for fast and easy exploration. This dissertation proposes extensions to low-power standards to fill these gaps. It provides a complete study of power optimization opportunities based on composition and management of power domains in Transaction-Level (TL) functional models within a common USLPAF framework. USLPAF includes a methodology that combines design and verification of TL low-power models. To apply this methodology, USLPAF incorporates a library of modeling techniques and built-in features.

Les bâtiments à faible consommation d’énergie connaissent, ces dernières années, un grand intérêt étant donné le rôle important qu’ils jouent dans la diminution des émissions de gaz à effet de serre d’une part, et la flambée des prix des combustibles, d’autre part. Néanmoins, dans de nombreux cas la réalisation de ce type de bâtiments n’atteint pas les performances escomptées. Ce problème est dû en grande partie à : 1) la perte d’informations tout au long du cycle de vie du bâtiment, 2) la non évaluation régulière des décisions prises par les acteurs intervenants. Le commissionnement en tant que processus de contrôle qualité joue un rôle important dans le bon déroulement du processus de réalisation de bâtiments à faible consommation d’énergie. Cette recherche vise à développer une méthodologie dont l’objectif est d’assister les personnes responsables de cette mission dans la définition de plans de commissionnement adaptés à leurs projets. Nous avons réalisé en premier, un état de l’art de la réalisation des bâtiments à faible consommation d’énergie, que nous avons par la suite confronté à la réalité à travers une enquête auprès des acteurs du bâtiment et d’étude de cas réels. Cette étape nous a permis de formuler une hypothèse concernant la nécessité d’un commissionnement «évolutif» -adapté aux particularités de chaque projet - et de décrire une méthodologie globale d’assistance à la conception des bâtiments à faible consommation d’énergie, qui intègre une aide à la décision, une gestion de l’information et un commissionnement «évolutif» qui vient vérifier le bon déroulement des deux premiers. Pour mettre en application cette méthodologie, une boîte à outils a été développée. Elle est constituée de : 1) un outil dit «statique» qui permet de définir un premier plan de commissionnent générique qui répond aux caractéristiques d’un projet, à partir d’une base de données exhaustives de tâches de commissionnement, 2) un outil dit «dynamique» basé sur les probabilités, qui permet de mettre à jour le plan de commissionnement initial (générique), en l’adaptant au projet en cours. Cette mise à jour permet de prendre en compte les particularités et imprévus rencontrés lors de la réalisation d’un projet, rendant ainsi le plan de commissionnement plus précis. Une expérimentation, dans un cas réel, du premier outil et des applications du second ont été faites pour montrer leurs possibilités et leurs limites. Les résultats font apparaître deux points importants : 1) l’intérêt d’avoir un plan de commissionnement structuré et évolutif pour vérifier la qualité de la réalisation des bâtiments à faible consommation d’énergie et assurer ainsi l’atteinte des performances souhaitées, 2) l’intérêt d’utiliser un outil probabiliste tel que les réseaux Bayésiens pour anticiper les dérives et prendre en charge les imprévus rencontrés lors de ce processus vivant. Cette méthodologie représente une base pour le développement d’outils d’assistance à la définition de plans de commissionnement «évolutifs» pour le neuf et l’existant, et tous les secteurs du bâtiment / The low energy buildings know, these latest years, a great interest because of the important role that they play in reducing the greenhouse gas emissions on one hand, and the rise of the combustibles prices, on the other hand. Nevertheless, in many cases, low energy consumption buildings do not achieve the expected performances. This problem is largely due to: 1) the loss of information throughout the building life cycle, 2) the non-regular evaluation of the decisions made by the actors intervening in their conception. The commissioning, as a quality control process, plays an important role in the good progress of the realization process of low energy buildings case. This research aims to develop a methodology to assist the persons responsible of the commissioning in the definition of commissioning plans adapted to their projects. Firstly, we performed a state of art of the low energy consumption buildings realisation that we then confronted, to the reality through an investigation with building actors and a study of real cases. This step allowed us to formulate a hypothesis concerning the necessity of a "progressive" commissioning -adapted to project particularities - and to describe a global methodology of assistance to the low energy consumption buildings realisation that integrates a decision making aid, an information management and a "progressive" commissioning that verify the good realisation of the two first functions. To put this methodology into application, a toolbox was developed. It comprises: 1) a tool named "static" that allows defining a first generic commission plan that satisfies the project characteristics, based on an exhaustive data of commissioning tasks, 2) a tool named "dynamic" based on the probabilities, that allows updating the initial (generic) commissioning plan. This update manages the unexpected events met during the project realization; witch permits the commissioning plan to be more precise. An experimentation of the first tool was done in a real case and applications of the second were done to show their possibilities and their limits. The results show two important points: 1) the interest of having a structured and progressive commissioning plan to verify the quality of low energy consumption buildings realisation and guarantee the achievement of the expected performances, 2) the interest of using a probabilistic tool such as the Bayésien networks to anticipate the drifts and to deal with the unexpected events met throughout the building life cycle. This methodology represents a basis for the development of assistance tools for the definition of commissioning "progressive" plans for the new and the existing, and all the building sectors

L'hétérogénéité et l'énergie sont deux considérations fondamentales pour les environnements informatiques ubiquitaires. Dans cette thèse, nous présentons notre approche pour gérer l'hétérogénéité et pour économiser l'énergie via des canevas de programmation intégrés. Pour gérer l'hétérogénéité, nous proposons une méthodologie et un support de programmation qui vise à faire communiquer les différentes entités de l’environnement ubiquitaire en utilisant le protocole SIP considéré alors comme un bus logique universel de communication. Nous avons intégré ce bus SIP dans le langage de description d’architecture DiaSpec développé par notre équipe Phoenix. Concernant la consommation d’énergie, nous proposons une méthodologie qui utilise les techniques d’offloading et de compression de données pour minimiser la consommation d'énergie des applications mobiles. Nous avons ainsi construit une stratégie d’aide à la conception au travers d’un outil qui permet de déterminer le meilleur mode d’exécution pour une tâche donnée que nous proposons d’intégrer dans le langage de description DiaSpec. / The topics of heterogeneity and energy are two fundamental considerations for pervasive computing environments. Inthis thesis, we describe our approach to manage heterogeneity and to handle energy concerns via a high-level programming framework.To manage heterogeneity, we describe a methodology and a programming support that use the SIP protocol as a universal communication bus in pervasive computing environments. Ourwork enables homogeneous communications between heterogeneous distributed entities. In doing so, we integrate the SIP communication bus into our programming framework. We rely on adeclarative language named DiaSpec to describe the architecture of pervasive applications. This description is passed to a generator for producing a Java programming framework dedicated to the application area. We leverage the generated framework with SIP adaptations to raise the abstraction level of SIP operations.We then present a classification of a wide variety of entities interms of features, capabilities and network connectors. Based on this classification, a methodology and a programming supportare described for connecting entities on the SIP communication bus. This work has been validated by applications using theSIP communication bus to coordinate widely varying entities,including serial-based sensors (RS232, 1-Wire), ZigBee devices,X10 devices, PDA, native SIP entities, and software components.Regarding the energy concerns, we describe a methodology that uses two strategies, namely computation offloading and data compression, to minimize energy cost of mobile applications.In doing so, we present an execution and transfer model for atask of a mobile application and define its five different stubs forthree program execution and data transfer modes. Based on this model and our two strategies, we construct a strategy scheme to determine the most efficient stub in terms of energy consumption.We then design the OffDeci tool, using this strategy scheme, toprovide energy feedback for the developer and to analyze thebalance between local and remote computing with consideration of data compression. Our experimental study demonstrates thefeasibility of the strategy scheme of our approach. Finally, weextend DiaSpec with declarations dedicated to manage energy concerns during the application design phase. We sketched the integration of this energy-handling declaration and OffDeci intoour high-level programming framework. This integration permitsto determine the best stub of a declared DiaSpec component interms of its energy cost.

Les réseaux de capteurs sans fils sont composés de noeuds capteurs capables de mesurer certains paramètres de l’environnement, traiter l’information recueillie, et communiquer par radio sans aucune autre infrastructure. La communication avec les autres noeuds consomme le plus d’énergie. Les protocoles de collecte des données des réseaux de capteurs sans fils doit donc avoir comme premier objectif de minimiser les communications. Une technique souvent utilisée pour ce faire est l’agrégation des données. Les réseaux de capteurs sans fils sont souvent déployés dans des environnements ouverts, et sont donc vulnérables aux attaques de sécurité. Cette thèse est une contribution à la conception de protocoles sécurisés pour réseaux de capteurs sans fils. Nous faisons une classification des principaux protocoles d’agrégation de données ayant des propriétés de sécurité. Nous proposons un nouveau protocole d’agrégation (ESPPA). ESPPA est basé sur la construction d’un arbre recouvrant sûr et utilise une technique de brouillage pour assurer la confidentialité et le respect de la vie privée. Notre algorithme de construction (et re-construction) de l’arbre recouvrant sûr tient compte des éventuelles pannes des noeuds capteurs. Les résultats de nos simulations montrent que ESPPA assure la sécurité en terme de confidentialité et de respect de la vie privée, et génère moins de communications que SMART. Finalement, nous proposons une extension du schéma de construction de l’arbre recouvrant sûr qui identifie les noeuds redondants en terme de couverture de captage et les met en veille. Les résultats de nos simulations montrent l’efficacité de l’extension proposée. / WSNs are formed by sensor nodes that have the ability to sense the environment, process the sensed information, and communicate via radio without any additional prior backbone infrastructure. In WSNs, communication with other nodes is the most energy consuming task. Hence, the primary objective in designing protocols for WSNs is to minimize communication overhead. This is often achieved using in-network data aggregation. As WSNs are often deployed in open environments, they are vulnerable to security attacks. This thesis contributes toward the design of energy efficient secure and privacy preserving data aggregation protocol for WSNs. First, we classify the main existing secure and privacy-preserving data aggregation protocols for WSNs in the literature. We then propose an energy-efficient secure and privacy-preserving data aggregation (ESPPA) scheme for WSNs. ESPPA scheme is tree-based and achieves confidentiality and privacy based on shuffling technique. We propose a secure tree construction (ST) and tree-reconstruction scheme. Simulation results show that ESPPA scheme effectively preserve privacy, confidentiality, and has less communication overhead than SMART. Finally we propose an extension of ST scheme, called secure coverage tree (SCT) construction scheme. SCT applies sleep scheduling. Through simulations, we show the efficacy and efficiency of the SCT scheme. Beside the work on secure and privacy preserving data aggregation, during my research period, we have also worked on another interesting topic (i.e., composite event detection for WSNs). Appendix B presents a complementary work on composite event detection for WSNs.

Un des défis majeurs de l’Internet des Objets et, plus généralement, des tous les réseaux de capteurs sans fils, c’est l’alimentation de chaque nœud connecté. La solution la plus commune est d’équiper chaque dispositif d’une batterie mais cela introduit plusieurs contraintes, qui mettent en question la faisabilité de cette approche sur le long terme (durée de vie limité, couts de gestion élevé, empreinte écologique).Cette thèse développe une possible solution basée sur la transmission sans-fils de l’énergie. Un récupérateur d’énergie RF, composé d’une antenne, un redresseur haute-fréquence et un convertisseur élévateur, est présenté. Ce système permet de récupérer les ondes électromagnétiques et de produire une tension continue en sortie, qui peut être utilisé pour alimenter des microcontrôleurs ou des capteurs. L’absence d’une batterie interne augmente la flexibilité globale, surtout pour les situations où le remplacement n’est pas possible (ex. dispositifs implantés, nombre élevé de nœuds, milieux dangereux). Une étude approfondie sur les redresseur intégrés ultra-haute-fréquence de type Schottky et MOS a été mené ; plusieurs topologies ont été analysées et optimisées. De plus, l’utilisation d’un convertisseur élévateur a été envisagée, dans le but d’accroitre la tension en sortie ; une première version discrète et puis une plus compacte version intégrée, ont été abordées et testées. Ces développements ont permis d’aboutir à un récupérateur complet, potentiellement capable d’alimenter un microcontrôleur du commerce. / One of the challenges of the Internet of Things and, more in general, of every wireless sensor network is to provide electrical power to every single one of its smart nodes. A typical solution uses batteries but various major concerns reduce the long-term feasibility of this approach (limited lifetime, maintenance and replacement costs, and environmental footprint).This thesis develops a possible solution based on the wireless transmission of power. A complete RF harvester composed of an antenna, a UHF rectifier and a step-up voltage converter is presented. This system captures electromagnetic waves and converts them to a stable DC voltage to supply power to common logic circuits like microcontrollers and sensors. The lack of an internal battery provides an extended flexibility, especially when its replacement is not a viable option (ex. implanted devices, large number of nodes, dangerous environments, etc.). An in-depth study of integrated Schottky and CMOS UHF rectifiers is carried out; various topologies and optimizations are analyzed. Moreover, the use of an additional step-up converter is proposed in order to increase the system output voltage; an early discrete implementation and a final, more compact, integrated version are discussed and tested. These developments lead to a complete system capable of potentially powering an application with an off-the-shelf microcontroller.

Cette thèse porte sur des micro-réseaux AC isolées qui permettent l’intégration des ressources énergétiques distribuées (DER) pouvant fournir leur énergie d'alimentation existante de manière contrôlée pour assurer le bon fonctionnement global du système. L'interconnexion d'un DER à une micro-réseau s'effectue habituellement en utilisant un convertisseur d'interface distribué (DIC) (i.e. un bloc d'interface d'électronique de puissance générale) qui est constitué d’un module de convertisseur à l'entrée de la source, un onduleur de tension (VSI), un module d'interfaçage de sortie, et le module de commande. Dans cette thèse on réalise plusieurs lois de commande basées sur des méthodes décentralisées. L'accent principal est mis sur les fonctions "Droop" qui ont la tâche de maintenir un équilibre de distribution d'énergie entre les différentes sources énergétiques connectées à la micro-réseau. L'objectif est d'assurer la stabilité du système et d’améliorer les performances dynamiques en partageant la puissance entre les différents générateurs d’électricité distribués (DGs) en fonction de leur puissance nominale. Le développement d'une analyse de stabilité en boucle fermée s’avère utile pour étudier la dynamique du système afin d'obtenir une réponse transitoire souhaitée qui permet d'identifier les paramètres de contrôle de boucle appropriés. L'amélioration de la qualité d’énergie des micro-réseaux est également un objectif de cette thèse. La réduction des distorsions harmoniques de la tension de sortie en présence de charges linéaires et non linéaires est prise en compte dans nos travaux. D'autres aspects seront étudiés sur la façon de traiter les charges constantes connectées au réseau et les grandes perturbations qu’ils produisent. Cela donne lieu à d'autres études de recherche portant sur la stabilité grand signal des micro-réseaux / This thesis deals with islanded AC microgrid that allows any integration of Distributed Energy Resources (DERs) that may provide their existing supply energy in a controlled manner to insure overall system functioning. The interconnection of a DER to a microgrid is done usually by using a Distributed Interface Converter (DIC), a general power electronics interface block, which consists of a source input converter module, a Voltage Source Inverter module (VSI), an output interface module, and the controller module. The thesis realizes several control laws based on decentralized methods. The major focus is on the Droop functions that are responsible for providing a power distribution balance between different Energy Resources connected to a microgrid. The aim is to insure system stability and better dynamic performance when sharing the power between different DGs as function to their nominal power. Developing a closed loop stability analysis is useful for studying system dynamics in order to obtain a desired transient response that allows identifying the proper loop control parameters. Power Quality enhancement in microgrids is also a purpose of this research. The reduction of harmonic distortions of the output voltage when supplying linear and non-linear loads are taken in consideration in this thesis. Further aspects will be studied about how to deal with constant power loads connected to the grid and the large perturbations exerted. This results to further research studies that deal with large-signal stability of microgrids

La paramétrisation du transfert de chaleur par télédétection, basée sur le schéma SEBS, s'est déjà avérée très adaptée pour l'estimation de l'évapotranspiration (ET) sur des surfaces naturelles homogènes. Cependant, l'utilisation d'une telle méthode pour des paysages hétérogènes (e.g. régions semi-arides ou surfaces agricoles) est plus délicate, puisque le principe de la théorie de la similarité est compromis par la présence de différentes sources de chaleur et de hauteurs variées. Dans un premier temps, cette thèse a pour objectif de proposer et d'évaluer différents modèles basés sur la géométrie de la végétation qui permettent d'estimer la longueur de rugosité pour le transfert de quantité de mouvement à la surface (z0m), cette dernière étant un paramètre clé dans la caractérisation du transfert de chaleur. En revanche, une telle investigation ne peut être menée qu'à une petite échelle et à l'aide de données de télédétection très haute résolution permettant ainsi une description très détaillée de la surface. Ensuite, le second aspect de ce travail est de caractériser le transfert de chaleur dans le cas d'études régionales. Puis, la capacité de SEBS à estimer les flux de chaleur turbulents à de grandes échelles spatiales et temporelles sera évaluée. Pour ce faire, l’approche multi-échelle de SEBS (MSSEBS) a été implémentée afin de traiter une zone de 2,4 millions km2, incluant le Plateau du Tibet et l’amont des principaux fleuves d’Asie du sud-est. La combinaison de données horaires de température de surface FY-2 avec un rayonnement net journalier et des paramètres de surface avancés, permet de produire une série temporelle d’ET sur le Plateau du Tibet pour la période 2008-2010, et à une fréquence journalière. / The parameterization of heat transfer by remote sensing, and based on SEBS scheme for turbulent heat fluxes retrieval, already proved to be very convenient for estimating evapotranspiration (ET) over homogeneous land surfaces. However, the use of such a method over heterogeneous landscapes (e.g. semi-arid regions or agricultural land) becomes more difficult, since the principle of similarity theory is compromised by the presence of different heat sources with various heights. This thesis aims at first to propose and evaluate some models based on vegetation geometry for retrieving the surface roughness length for momentum transfer (z0m), which is a key parameter in the characterization of heat transfer. Such an investigation can only be led at a small scale with very-high resolution remote sensing data, for a precise description of the land surface. Therefore, the second aspect of this work is to determine how to address the characterization of heat transfer for regional studies. Then, the reliability of SEBS for estimating turbulent heat fluxes at large spatial and temporal scales has been evaluated. To do so, the Multi-Scale SEBS approach (MSSEBS) has been implemented for a 2.4 million km2 area including the Tibetan Plateau and the headwaters of the major rivers of East and South Asia. The addition of gap-filled hourly FY-2 LST data to advanced daily averaged net radiation and land surface parameters, allows to compute time-series of land surface ET over the Tibetan Plateau during the period 2008-2010, and on a daily basis.

La plupart des objets quantiques individuels développés jusqu’à aujourd’hui ne permettent pas de satisfaire toutes les conditions nécessaires pour la construction d’un simulateur quantique. Une possibilité pour obtenir un système quantique robuste est de combiner plusieurs de ces approches. Dans cette thèse, nous décrivons les résultats obtenus sur deux systèmes expérimentaux développés dans ce but.La première partie de cette thèse décrit un système hybride d’atomes neutres couplés à des qubits supraconducteurs, en construction à l’Université du Maryland. La solution envisagée pour placer un ensemble d’atomes froids à proximité de la surface supraconductrice est de piéger les atomes dans le champ évanescent se propageant autour d’une fibre optique nanométrique. Nous avons développé un dispositif permettant la production de fibres optiques nanométriques de transmission optique supérieure à 99.95% dans le mode fondamental. Nous avons également optimisé la transmission de quelques modes d’ordres supérieurs, ce qui pourra s’avérer utile pour le piégeage d’atomes.La seconde partie de cette thèse décrit un système développé à l’Institut d’Optique et comprenant des atomes neutres piégés dans des matrices de pinces optiques. Dans ce cas, nous excitons les atomes dans des états de Rydberg afin de bénéficier de fortes interactions interatomiques. Nous avons caractérisé les interactions de van der Waals et les interactions résonantes entre deux atomes individuels, et démontré le caractère cohérent de l’interaction dipolaire. Nous avons enfin simulé la dynamique d’une chaine élémentaire de spins dans une matrice de trois atomes / Most platforms that are being developed to build quantum simulators do not satisfy simultaneously all the requirements necessary to implement useful quantum tasks. Robust systems can be constructed by combining the strengths of multiple approaches while hopefully compensating for their weaknesses. This thesis reports on the progress made on two different setups that are being developed toward this goal.The first part of this thesis focuses on a hybrid system of neutral atoms coupled to superconducting qubits that is under construction at the University of Maryland. Sub-wavelength diameter optical fibers allow confining an ensemble of cold atoms in the evanescent field surrounding the fiber, which makes them ideal for placing atoms near a superconducting surface. We have developed a tapered fiber fabrication apparatus, and measured an optical transmission in excess of 99.95% for the fundamental mode. We have also optimized tapered fibers that can support higher-order optical modes with high transmission, which may be useful for various optical potential geometries.The second part of this thesis focuses on a system of neutral atoms trapped in arrays of optical tweezers that has been developed at the Institut d’Optique. Placing the atoms in highly excited Rydberg states allows us to obtain strong interatomic interactions. Using two individual atoms, we have characterized the pairwise interactions in the van der Waals and resonant dipole-dipole interaction regimes, providing a direct observation of the coherent nature of the interaction. In a three-atom system, we have finally simulated the dynamics of an elementary spin chain

Le travail de cette thèse porte sur l’étude expérimentale de la diffusion d’atomes d’hydrogène sur des surfaces et sous incidence rasante. L’énergie des atomes et des ions varie de quelques centaines d’eV à quelques keV, tandis que les surfaces étudiées sont des isolants et des semi-métaux. En particulier on a étudié la formation de l’ion H- sur du graphite pyrolytique dit HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) et sur une surface de LiF(001). Pour ce dernier système, nous avons étudié en détail la diffraction d’atomes H° et d’ions H+. Ces expériences ont été réalisées sur un montage expérimental utilisant un faisceau pulsé et permettant de détecter en coïncidence les particules diffusées et les électrons secondaires. L’ensemble permet de connaître la charge finale de la particule diffusée, sa perte d’énergie, son angle de diffusion, le tout en corrélation avec la statistique et l’énergie des électrons émis.Le résultat de ce travail a révélé que la diffraction persiste dans le régime inélastique. En effet, nous observons un motif de diffraction après la neutralisation de proton sur la surface de LiF(001). Un modèle est proposé pour expliquer ces résultats qui semblent en contradiction avec ceux publiés par le groupe de H. Winter sur la diffraction d’atomes d’hydrogène sur cette même surface. Concernant la formation d’ion négatif sur HOPG, nous avons mis en évidence un taux de H- (~10%) sur une surface propre. C’est le plus haut taux de H- jamais observé avec ce type d’expérience en incidence rasante. C’est encore plus élevé qu’avec des isolants ioniques, ces derniers donnant un taux déjà 10 fois plus grand que celui observé sur métaux propres. Ces résultats confirment l’efficacité du graphite à convertir des ions et des atomes en ions négatifs. En exploitant les données fournies par la technique des coïncidences, nous avons pu élucider le mécanisme à l’œuvre dans cette conversion. Du fait de la structure électronique particulière de HOPG, avec une bande interdite projetée dans la direction Gamma, seuls les électrons localisés sigma contribuent à la formation de l’ion négatif, donnant au HOPG un caractère isolant du point de vue de la capture électronique. Les électrons pi contribuant de manière efficace à la perte d’énergie par collisions binaires, donnant de ce point de vue au HOPG son caractère métallique. / In this thesis, we have investigated experimentally the scattering of hydrogen atoms and ions on solid surfaces at grazing incidence. The projectile energy ranges from several hundred eV to few keV. The formation of H- ions is studied on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) surface; and surface diffraction is carried out on LiF(001) surface with H° and H+ particle scattering. Both experiments were performed in the same experimental setup (see Figure 1.2 and 2.1)—with grazing scattering geometry and a PSD (position sensitive detector) located downstream to record scattered particles. For charge state analysis a set of electrostatic plates is inserted between sample and PSD. During the experiment, coincident measurement technique is used to identify the energy loss associated to 0, 1, 2…electrons emission. Clear evidence of diffraction with inelastic scattering by proton on LiF(001) has been obtained, which has not been observed before. Indeed, the group of H. Winter reported that no diffraction exists with inelastic scattering of H° on LiF(001). However, according to our result, a coherence scattering factor still exists even though the electron capture by the proton is an inelastic process. For negative ion formation on HOPG surface, we report here the highest fraction of H- (~10%) measured in grazing scattering experiments; it is larger than those obtained on ionic insulators, the latter being typically 10 times larger than those measured on clean metals. These results confirm the high yields of negative hydrogen ions from graphite reported in the literature. Electron emission and energy loss of scattered beam have also been deciphered via coincidence measurement. Due to the special structure of HOPG, two kinds of electron emissions (σ and π-band electron) and energy losses (cycles and metal-like energy loss) have been measured. Furthermore, the total electron emission on HOPG with insulator-like behavior and total energy loss with metal-like are the most representative property of HOPG which have been first presented in this thesis.