Ce travail de thèse a pour but le développement d'une source de pompe pour l'OPCPA nanoseconde qui sera inclus au sein du laser 10 PW Apollon.Dans un premier temps nous présentons les spécificités des systèmes multi-pétawatts et l'intérêt de l'amplification OPCPA pour ce type de systèmes. Le choix du matériau amplificateur Yb:CaF2 pour le développement de la source de pompe OPCPA est alors justifié après exposition de ses caractéristiques. Nous concluons enfin le premier chapitre par le design préliminaire de la source de pompe, design adapté aux spécificités du cristal Yb:CaF2.Dans le deuxième chapitre nous commençons par étudier les effets de lentilles thermiques et de dépolarisation du milieu amplificateur sous forte puissance de pompe et en fonction de la polarisation ou de l'orientation cristalline. Cela permet de valider le choix de l'orientation [111] du cristal amplificateur pour les systèmes de forte puissance. Dans un second temps nous nous attardons sur les céramiques Yb:CaF2 car leur isotropie mécanique présente a priori un intérêt pour les systèmes de forte puissance. Nous étudions les céramiques fabriquées par voie humide et mettons en évidence un fort échauffement limitant leur utilisation. Plusieurs hypothèses quant à cet effet sont alors discutées.Dans le dernier chapitre, nous complétons le design de la pompe par des simulations d'absorption, de gain et d'extraction d'énergie. Nous exposons enfin les résultats expérimentaux obtenus en amplification pour les architectures régénérative et multipassage géométrique, utilisant des cristaux Yb:CaF2 en configuration miroir actif. / This PHD work is aiming at the development of a pump source for the nanosecond OPCPA of the 10 PW laser Apollon.First, we present the characteristics of the multipetawatt systems and the interest of OPCPA architecture for this type of systems. After detailing its characteristics, we then justify the choice of Yb:CaF2 as active media for the development of the nanosecond OPCPA pump source. We finally end the first chapter by the preliminary design of the pump source which is adapted to the specificities of the Yb:CaF2 crystal.The second chapter begins by the study of thermal lenses and thermal induced depolarization under high-power pumping in function of polarization or crystal orientation. The results allow us to validate the choice of [111] orientation for active media in the frame of high power laser systems. We then focus on ceramics because their mechanical isotropy appears to be interesting for high power systems. We study the ceramics made by wet route synthesis and highlight a strong heating, restricting their utilization. Several hypothesis are then investigated to explain this effect.In the last chapter we finished the design of the pump source with simulations of absorption, gain and energy extraction. We finally detailed the experimental results for two different architectures (regenerative and multipass), using Yb:CaF2 crystals in active mirror configuration.

Le laser Mégajoule, dédié à l’interaction laser-matière pour la physique des hautes énergies est composé de modules pré-amplificateurs (MPA) devant respecter une qualité de faisceau exigeante. Les MPA actuels utilisent des matériaux verre phosphate dopé au Néodyme pour un fonctionnement à 1053 nm. Leur cadence de tir est cependant limitée à 1 tir / 5 min à cause de leur faible conductivité thermique. Il serait intéressant d’augmenter cette cadence pour optimiser le temps alignement des optiques ou réaliser des diagnostics sur l’installation laser. Pour augmenter la cadence de tir des MPA, nous proposons de changer le matériau actuel par du Nd :Lu :CaF2 de conductivité thermique dix fois plus élevée en vue d’atteindre une cadence de répétition de 10 Hz. Dans ce travail de thèse, nous présentons une étude des effets thermomécaniques induits par un pompage diode inhomogène et transverse, de fluence 13 J/cm2. Nous présentons les mesures de biréfringence résolues spatialement avec un montage en polariseur-analyseur croisés. La distribution des contraintes thermomécaniques associées est reconstruite par un modèle de simulation avec le logiciel COMSOL®. Enfin, une étude de l’influence de l’orientation cristalline du Nd :Lu :CaF2 est développée afin d’expliquer la disparité de biréfringence induite mesurée entre les échantillon de Nd :Lu :CaF2. / Laser facility such as the Megajoule Laser dedicated to laser-matter interaction including inertial fusion need pre-amplifier modules (PAM) which must respect a high beam quality. The current PAM use Phosphate glass doped with Neodymium material to work at 1053 nm with a repetition rate of 1 shot / 5 min limited by a low thermal diffusion. However, it would be interesting to increase the shot rate for alignment or diagnostic purposes. Therefore, we propose to change this amplification material by crystal Nd :Lu :CaF2 with a thermal diffusion ten times higher in view of achieving a repetition rate of 10 Hz. In this PhD work, we report a characterization of the thermal induced effects under a diode inhomogeneous and transverse pump with an energy density of 13 J/cm2. We begin by studying the spatially resolved induced birefringence with a cross polarizer-analyzer setup. We reconstruct the stress pattern of our samples by simulating the global setup with COMSOL® software which includes the thermal and mechanic Multiphysics interaction. This model allows us first to compare with experimental results and then to entirely simulate the mechanical behavior of this new material. A detailed study of the influence of the crystal orientation on the induced birefringence is presented to explain the disparity observed on the different samples Nd :Lu :CaF2 measurements

L’objectif de la thèse est de développer une nouvelle technique d’optique adaptive pour les interferomètres gravitationels avancés, basée sur un nouveau type de miroir pour le faisceau d’injection de l’interferomètre. Le miroir déformable, basé sur une actuation thermique, doit etre un outil compatible ultra-vide, qui fonctionne sans bruit électronique ou mécanique, bon marché et permettre la correction des modes d’ordre supérieurs afin d’améliorer le matching des faisceaux de haute puissance dans les cavités laser du détecteur sous ultra-vide. Un montage experimental de caractérisation du miroir déformable a été mis en place afin d’effectuer les tests de validation du premier prototype sous air. L’élaboration d’une procédure de caractérisation des propriétés du miroir et d’une boucle de controle a permis de développer une approche efficace pour déterminer les possibilités et les limites du miroir. Nous avons ainsi pu faire la démonstration de sa capacite a corriger les aberrations de phase d’un faisceau laser infrarouge a différentes fréquences spatiales. Nous avons également démontré que le miroir vérifie les performances de stabilité, de reproductibilité et de linearité attendues. Nous avons ensuite validé l’amélioration du mode matching d’un faisceau laser sur une cavité de réference par le miroir thermiquement déformable / In this thesis we develop a new technique of adaptive optics for the Advanced Gravitational Interferometers, based on a new type of deformable mirror for the injection beam of the interferometer. This deformable mirror, based on a thermal actuation, has to be a high vacuum compatible and low-cost device, that is working without any electronic or mechanic noise. It has to allow the correction of high order modes to improve the matching of high power laser beams in the interferometer.An experimental setup has been made to characterize the first prototype on air. An efficient process and a control loop have allowed to determine the possibilities and limits of the device. We have demonstrated its ability to correct high order modes of an infrared laser beam. Afterwards, we have validated the improvement of mode matching into a fixed cavity.

Ce document présente une synthèse d'une dizaine de recherches sur les garnitures mécaniques. Ce sont des composant d'étanchéité dynamique pour arbres tournants. L'interface de l'étanchéité met en jeu de nombreux phénomènes physiques qui interagissent. Une analyse de ces différents effets et interactions est proposée

Dans cette thèse, on s'intéresse au transport quantique des électrons dans des nano-systèmes et des cavités chaotiques . En particulier, on apporte dans un premier temps la base théorique qui permet d'expliquer les expériences de microscopie à effet de grille dans des contacts quantiques ponctuels.

Les garnitures mécaniques assurent l'étanchéité d'arbres tournants. L'augmentation des contraintes de fonctionnement a conduit au développement de garnitures à gaz fonctionnant sans contact des faces, séparées par un film fluide de très faible épaisseur. Le frottement entre les anneaux de la garniture, et donc l'usure, est évité.<br />L'étude bibliographique révèle que peu de travaux sur les garnitures pour gaz à hautes pressions ont été réalisés. Les caractéristiques d'un écoulement à haute pression sont examinées et les points-clefs du modèle sont définis : gaz réels, effets d'inertie, effets thermiques, écoulement bloqué. A hautes pressions, le comportement du gaz diffère de celui d'un gaz parfait, un modèle de gaz réel est donc développé. L'équation de Reynolds pour un fluide compressible est modifiée afin de prendre en compte les effets d'inertie. Les effets thermiques dans l'écoulement sont également introduits dans le modèle. L'écoulement bloqué à la sortie du film fluide est résolu grâce à une méthode originale. Les déformations des solides et le couplage thermique sont pris en compte par la méthode des coefficients d'influence. La méthode des éléments finis est utilisée pour la discrétisation des équations et un algorithme itératif permet la détermination des champs de pression et de température. La comparaison avec une solution analytique et des données expérimentales permet de valider le modèle. L'influence du modèle du gaz est présentée. L'étude paramétrique menée avec le modèle numérique permet d'étudier l'influence des effets d'inertie sur l'écoulement par rapport au cas purement visqueux. Finalement, le couplage fluide-solides est étudié. Cette analyse montre que les déformations des faces influencent notablement le comportement des garnitures.

Lors de diverses opérations de maintenance, des dégradations au niveau des rotors et des organes de supportage du groupe turbo-alternateur ont pu être constatées. Celles-ci se traduisent souvent par la présence de rayures au niveau des paliers hydrodynamiques, synonymes de fortes discontinuités dans le film d'huile. C'est dans ce contexte que s'inscrivent ces travaux de thèse. L'objectif est d'avoir une meilleure compréhension et prédiction de leur impact sur le fonctionnement du palier. Pour cela, les paliers à géométrie fixe sont étudiés théoriquement et expérimentalement. L'étude théorique présente un modèle de résolution en régime thermoélastohydrodynamique (TEHD) permettant de prendre en compte les déformations introduites par les champs de pression et de température. Le développement d'un code capable de faire des calculs en régime hydrodynamique (HD) pour des paliers à géométrie fixe a été réalisé. L'étude expérimentale permet d'étudier le comportement d'un palier à deux lobes symétriques pour diverses positions et profondeurs de rayure placée sur l'arbre. Pour tous les cas, différentes configurations de charge et de vitesses sont testées, 25 au total. Les résultats obtenus pour les cas rayés permettent de mettre en avant l'importance de la profondeur de la rayure sur le comportement du palier. Pour les cas de fonctionnement réalisés, il apparaît que les champs de pression sont plus fortement impactés par la présence d'une rayure que les champs de température. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus par le calcul avec l'utilisation d'un code interne à EDF qui permet la résolution de problèmes en régime TEHD. / During various maintenance operations in power plants, some new issues have come to light. One of these issues is the degradation of the supporting and guiding components for the rotating shafts. The degradation has resulted in scratches on bearings which leads to discontinuities of the oil film. The operator of the plant should provide a fast diagnosis of the influence of these scratches. The aim of the work is to examine these issues, to acquire a better understanding of physical phenomenon and to improve numerical predictions. Theoretical and experimental studies have been done for plain journal bearings. The numerical model is based on a thermoelastohydrodynamic (TEHD) resolution that allows to take into account solid deformations induced by the pressure and temperature fields. A computer code has been developed to solve the hydrodynamic (HD) problem. An experimental study has been performed on a two lobe journal bearing with a scratch on the rotating shaft at two scratch locations and for several scratch depth. For all of these configurations, local pressures and temperatures have been measured for different rotational speeds and applied loads. The scratch depth is one parameter that affects the most the journal bearing behavior. It influences more significantly the pressure field, with a drop of pressure near the scratch, than the temperature field. Those results have been compared to the numerical results obtained with an internal EDF software that can provide TEHD solutions.

Several types of instability can affect the interface between two fluids. For instance, a Rayleigh-Taylor instability (or density fingering) is encountered when a heavier fluid is placed upon a lighter one in the gravity field and double diffusive instabilities can be triggered by differential diffusivity of the different species present in the fluid. In this context our work aims to understand theoretically in which way a chemical reaction can induce and influence such instabilities in a fluid initially at rest. To understand the dynamics resulting from the coupling between chemical reactions and hydrodynamical instabilities we use chemical fronts as model systems. These fronts result from the coupling between autocatalytical chemical reactions and diffusion and they allow to create a self-organized interface between the products and the reactants. As during a chemical reaction the density may vary due to solutal and thermal effects, the products and the reactants can have different densities which may trigger convection movements leading to the destabilization of the fronts. We have in particular studied the influence of the exothermicity of the reaction on the fingering of chemical fronts, focusing first on the influence of heat losses through the walls of the set-up. These leaks have a marked influence on the dynamics because they affect the temperature profiles and hence the density profiles too. We have also classified the various types of instabilities that may appear dues to solutal and thermal effects. We have found a new type of hydrodynamic instability of statically stable fronts induced by the chemical reaction. We have furthermore analyzed an isothermal model with two chemical species. If they diffuse at different rates the front can be subject to diffusive instabilities as well. We have shown that the coupling between such a diffusive instability and fingering can trigger complex dynamics. We have eventually studied the influence of an external electric field on the diffusive instabilities and on fingering underlying the possibility to destabilize otherwise stable fronts./ Différents types d'instabilités hydrodynamiques peuvent affecter les interfaces entre deux fluides comme par exemple, une instabilité de Rayleigh-Taylor (ou digitation de densité) quand un fluide plus dense se trouve placé au-dessus d'un fluide moins dense dans le champ de gravité ou des instabilités de double diffusion induites par des différences entre les diffusivités d'un soluté et de la chaleur contenus dans les fluides. Dans ce contexte, notre thèse s'attache à comprendre de manière théorique comment une réaction chimique peut influencer ces instabilités voire les générer dans un fluide initialement au repos. Pour étudier les dynamiques résultant du couplage entre réactions chimiques et instabilités hydrodynamiques, nous utilisons des systèmes modèles: les fronts chimiques de conversion résultant de la compétition entre réactions chimiques autocatalytiques et diffusion créant une interface auto-organisée entre les réactifs et les produits. Comme au cours d'une réaction chimique la densité peut varier par des effets solutaux et thermiques, les produits et les réactifs de densités différentes peuvent générer des mouvements de convection qui conduisent à la déstabilisation des fronts. Nous avons en particulier étudié l'influence de l'exothermicité de la réaction sur les instabilités de digitation de fronts chimiques, en nous focalisant dans un premier temps sur l'influence des pertes de chaleur par les parois du réacteur. Ces fuites ont un effet marqué sur les instabilitités car elles affectent les profils de température et donc les profils de densité dans le système. Nous avons également classifié les différentes instabilités qui peuvent apparaître via des changements de densité dûs à des effets thermiques et solutaux et mis en évidence un nouveau type de déstabilisation hydrodynamique de fronts statiquement stables induit par une réaction chimique. Nous avons ensuite analysé un modèle isotherme impliquant deux espèces chimiques. Si ces dernières diffusent a des vitesses différentes le front peut être sujet à une instabilité diffusive. Nous avons montré qu'un couplage entre une telle instabilité diffusive et de la digitation peut être à l'origine de dynamiques complexes. Nous avons ensuite considéré l'influence d'un champ électrique sur les instabilité diffusives et de digitation en soulignant la possibilié de déstabiliser via ce champ des fronts initialement stables.

Les capteurs acoustiques à ondes de Love constituent une solution avantageuse pour la détection de grandeurs (bio)chimiques en milieux liquides. Ces capteurs présentent par ailleurs le potentiel notoire de découler d'une industrie mature (celle des filtres à ondes de surface) et bénéficient d'avantages de techniques avérés (sensibilité gravimétrique, compensation des effets thermiques, possibilité de mesures différentielles). Ces travaux ont permis de développer des systèmes de mesure à base de capteurs à ondes acoustiques de surface en phase liquide. Des outils théoriques ont été validés en ce sens. Deux ensembles de technologies ont été utilisés pour la fabrication d'un système d'encapsulation réalisé sur tranche et nécessaire au fonctionnement en milieux liquide, l'un à base de polymères et l'autre ayant recours au silicium et au verre. Une étude détaillée a été effectuée sur l'effet de l'ajout du système d'encapsulation sur le chemin de la propagation des ondes acoustiques. La validation du système de mesure réalisé a été obtenue par la détection des nanoparticules d'or en milieu liquide. Le suivi fidèle et en temps réel par le capteur des différentes étapes de détection a montré tout l'intérêt des capteurs acoustiques à ondes de Love par rapport aux méthodes de mesure classiques de la biochimie analytique.

Afin d'étudier la contribution des non-linéarités à l'endommagement laser ou de prévoir l'évolution d'une impulsion courte, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est importante. Plusieurs bancs de mesure, reposant sur la méthode de Z-scan, sensibles à de faibles indices de réfraction non-linéaire ont été développés afin d'étudier la contribution des différents mécanismes. <br />Nous avons développé un modèle numérique permettant d'étudier le signal. Nous montrons que le profil spatial du faisceau avait une grande importance sur la mesure. Ensuite la réalisation expérimentale des bancs comprenant tous les moyens de caractérisation nécessaires à une mesure absolue est détaillée. <br />Enfin, une étude de l'indice de réfraction non-linéaire de la silice est entreprise pour différents régimes temporels. Une grande dépendance avec la durée des impulsions et l'absence d'effets thermiques sont constatées ainsi qu'une contribution non négligeable de l'électrostriction en nanoseconde.