L'objet de cette thèse est le développement d'un système d'imagerie X destiné à être employé sur le Laser Méga Joule, dans le cadre des expériences de Fusion par Confinement Inertiel (FCI). La FCI consiste en la fusion par laser d'un mélange de deutérium et de tritium, afin de produire un gain d'énergie thermonucléaire. La fonction du système d'imagerie est d'imager entre 10 et 30 keV le rayonnement émis par le microballon ayant atteint sa compression maximale, avec une résolution spatiale meilleure que 10 µm. Le système proposé n'est qu'une partie d'un diagnostic complet, comprenant notamment un dispositif d'optique X. La conception de ce système tient en grande partie compte de la vulnérabilité en milieu radiatif. En phase d'allumage, la fusion du DT génère 1016 neutrons, dont la distribution d'énergie va jusqu'à 14 MeV. Ces neutrons sont à l'origine de l'ambiance radiative hostile à laquelle sera soumise le diagnostic, pouvant dégrader l'image acquise et endommager les dispositifs d'instrumentation. Le système proposé consiste en un scintillateur, imagé sur une caméra CCD par un relais catadioptrique. Un travail d'innovation a été effectué sur les scintillateurs, pour répondre aux spécifications influencées par la vulnérabilité. Les travaux de cette thèse ont abouti à un système imageur permettant un déport de la caméra CCD de 4 mètres, avec une résolution spatiale de 100 µm dans le plan du scintillateur. Des perspectives sont ouvertes, comme le développement de compositions de scintillateurs organiques chargés, ainsi que l'optimisation du relais optique.

L'objet de ce travail est de présenter une partie des travaux entrepris au laboratoire CELIA (CEA, CNRS, Université Bordeaux I) dans le domaine de la modélisation numérique des écoulements fortement compressibles. Cette activité au sein de l'équipe Interaction-Fusion par Confinement Inertiel-Astrophysique, a eu pour objectif principal la mise au point et le développement de schémas numériques robustes dédiés à la simulation numérique des plasmas à haute densité d'énergie appliquée à la production d'énergie par fusion. Ces travaux se sont concrétisés par l'écriture du code CHIC (Code d'Hydrodynamique et d'Implosion du CELIA), logiciel permettant de concevoir et de restituer des expériences dans le domaine de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI). Le modèle théorique numérique décrivant l'implosion d'une cible laser est un système d'équations aux dérivées partielles au centre duquel on trouve les équations d'Euler écrites dans le formalisme lagrangien, couplées à des équations de diffusion non linéaires modélisant le transport de l'énergie par les électrons et les photons. Dans cet exposé, après un bref rappel du contexte physique, nous décrirons les deux méthodes originales qui constituent l'ossature numérique du code CHIC. Il s'agit de deux schémas numériques d'ordre élevé du type volumes finis dédiés respectivement à la résolution des équations de l'hydrodynamique lagrangienne et à la résolution d'équations de diffusion anisotrope sur des maillages bi-dimensionnels non-structurés. Le premier schéma, dénommé EUCCLHYD (Explicit Unstructured Lagrangian HYDrodynamics), permet de résoudre les équations de la dynamique des gaz sur un maillage mobile qui se déplace à la vitesse du fluide. Il est obtenu à partir d'un formalisme général basé sur le concept de forces de sous-mailles. Dans ce cadre, les flux numériques sont exprimés en fonction des forces de sous-mailles et de la vitesse des noeuds. Leur détermination repose sur les trois principes fondamentaux suivants : compatibilité géométrique entre le mouvement des noeuds et la variation de volume des mailles (loi de conservation géométrique), compatibilité avec le second principe de la thermodynamique et conservation de l'énergie totale et de la quantité de mouvement. L'extension de ce schéma à l'ordre deux est mise en place à l'aide d'une méthode basée sur la résolution d'un problème de Riemann généralisé dans l'approximation acoustique. Le second schéma, appelé CCLAD (Cell-Centered LAgrangian Diffusion), concerne la résolution de l'équation de la chaleur anisotrope non-linéaire. La discrétisation correspondante s'appuye sur une formulation variationnelle locale au niveau des sous-mailles qui permet de construire une approximation multi-points du flux de chaleur. Cette discrétisation d'ordre élevé rend possible la résolution des équations de la diffusion anisotrope avec une précision satisfaisante sur des maillages lagrangiens fortement déformés. La précision et la robustesse de ces méthodes numériques sont démontrées sur des cas-tests représentatifs.

Le projet balance du watt propose de relier la définition du kilogramme à la constante de Planck h. La pesée de la masse impliquée nécessite une détermination de l'accélération de la pesanteur g avec une exactitude meilleure que 10-8. Cette thèse vise à réaliser cette détermination à l'aide d'un gravimètre atomique et d'un site gravimétrique dédié. Avec un gravimètre relatif caractérisé, une cartographie gravimétrique des deux massifs consacrés à l'expérience du LNE a été réalisée puis un modèle des variations de gravité a été développé. Il permet de déterminer la différence de gravité entre deux points dans un volume de 50 m3 au dessus des massifs avec une incertitude inférieure à 3 µGal (3 * 10-8 m.s-2). Entre les deux points centraux, l'incertitude est inférieure au µGal. La détermination absolue de g est réalisée avec un nouveau gravimètre absolu mobile à ondes de matière de 87Rb. Sa conception repose sur le travail débuté en 2002 avec la réalisation d'un prototype dont les limites ont été identifiées. Les différents éléments de ce nouveau gravimètre sont caractérisés dans cette thèse. Les premiers signaux ont été obtenus en 2009 puis l'instrument a été le premier gravimètre atomique à participer à une comparaison internationale : l'ICAG'09 au BIPM. La caractérisation de l'instrument a été poursuivie sur le site du LNE où la sensibilité atteint un plateau à 0,4 µGal après 100 min de mesure. Le budget d'incertitude obtenu de 5,4 µGal a été éprouvé lors d'une comparaison bilatérale avec un FG5 : l'écart de mesure obtenu est de (4,3 +- 6,2) µGal (k=1).

Le polymer flooding est une des techniques de récupération assistée des hydrocarbures (RAH) ; elle consiste à injecter une solution de polymères de forte masse moléculaire afin de déplacer plus efficacement le pétrole emprisonné dans la roche. Cependant, une limite importante de cette technique est la possible dégradation mécanique des polymères au cours de l'injection et dans le réservoir, due à une scission des chaînes macromoléculaires induite par l'écoulement. Ce travail de thèse a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes et scénarios de scission, mais aussi leur impact sur le procédé de polymer flooding. Nous nous sommes intéressés au seuil de dégradation mécanique de solutions de poly(oxyde d'éthylène) et de de polyacrylamide partiellement hydrolysé, pour différents régimes de concentration (solutions diluées et semi-diluées) en régime laminaire et inertiel, et pour des solvants de différentes qualités. L'étude de la dégradation mécanique des solutions et de leur impact sur les propriétés rhéologiques a été menée à l'aide de différents dispositifs de dégradation et de différents rhéomètres, dont un dispositif microfluidique en élongation ; ces techniques de mesure ont été combinées à des mesures de distribution de masses moléculaires par chromatographie d'exclusion stérique couplée à la diffusion de lumière. L'étude montre en premier lieu qu'une composante élongationnelle est indispensable pour dégrader les chaînes macromoléculaires en solution. Les résultats mettent aussi clairement en évidence que les mécanismes de dégradation sont très différents en régime dilué et semi-dilué. En régime dilué, la dégradation mécanique des solutions de polymères est indépendante du régime d'écoulement et affecte préférentiellement les macromolécules de fortes masses, avec une scission en milieu de chaîne. En revanche, en régime semi-dilué, la dégradation mécanique dépend du régime de l'écoulement : en écoulement laminaire, la dégradation est gouvernée par le réseau d'enchevêtrements et la scission des chaînes est aléatoire, tandis qu'en régime inertiel, les chaînes se dégradent comme en régime dilué, avec le même scénario de scission en milieu de chaîne. Par ailleurs, les résultats montrent que les propriétés rhéologiques en élongation peuvent être très fortement impactées par la dégradation mécanique. Enfin, les résultats de l'étude préliminaire des propriétés d'injectivité dans un milieu poreux d'une solution de polymère semi-diluée faiblement dégradée montrent que la dégradation mécanique améliore l'injectivité du polymère aux abords du puits.

Nous présentons l'étude d'un capteur inertiel basé sur l'interférence d'ondes atomiques permettant d'effectuer des mesures simultanées de rotations et d'accélérations.<br />Contrairement aux appareils précédents, l'utilisation d'atomes refroidis par laser permet d'obtenir un dispositif compact et stable sur le long terme. Cet appareil utilise deux sources d'atomes de Césium froids lancées dans des directions opposées sur des trajectoires paraboliques. Au sommet de cette trajectoire, les atomes interagissent avec des impulsions lasers induisant des transitions Raman stimulées (séquence d'impulsions pi/2-pi-pi/2), afin de réaliser la séparation, la déflection et la recombinaison des paquets d'ondes atomiques. A la sortie de l'interféromètre, le déphasage mesuré est proportionnel à l'accélération et à la vitesse de rotation de l'appareil. Ce signal de déphasage est également sensible à certaines imperfections expérimentales qui peuvent dégrader la stabilité (bruit de phase des lasers, fluctuation du champ magnétique, bruit de vibration) ou l'exactitude l'appareil (gradient de champ magnétique, défauts de trajectoires, déplacement lumineux) dont nous déterminons l'influence. Nous étudions les améliorations apportées aux sources atomiques concernant notamment le contrôle des trajectoires et la stabilité des mesures de déphasage obtenue dans des configurations utilisant des faisceaux Raman verticaux et horizontaux. Dans ce dernier cas les sensibilités atteintes sont respectivement de 3,5 10^-7 rad.s^-1 et 8 10^-7 m.s^-2 sur 1 s pour des mesures de rotation et d'accélération. Une première étude de l'exactitude des mesures est également présentée en utilisant la rotation de la Terre.

Nous présentons une méthode d'aide à la décision pour la définition d'un système éolien qui prend en compte les composants du système, les spécificités du vent et du réseau de distribution proche du site. La démarche globale utilisée permet, par l'utilisation des outils de l'analyse fonctionnelle et par l'analyse des flux fonctionnels, de mettre en place des modèles utiles pour l'aide à la décision en définition préliminaire d'un système éolien. L'ensemble complet de solutions est déterminé par un moteur d'inférence CSP (Constraint Satisfaction Problem) qui recherche la satisfaction de toutes les contraintes. La capacité intrinsèque d'un modèle à produire une aide à la décision en conception préliminaire est estimée au travers des quatre caractéristiques suivantes : la parcimonie, l'exactitude, la précision et la spécialisation du modèle. Le modèle global intègre des connaissances issues du fabricant, du distributeur et de l'investisseur pour calculer les critères qui permettent de discriminer les alternatives de conception. Une alternative est définie par un site (vent et réseau) et une architecture du système éolien (7 variables de conception). Les critères, nécessaires à la prise de décision, calculés sont : le coût du kWh produit, la quantité de l'énergie produite, le coût total actualisé du projet. Concernant la connexion au réseau, nous avons pris en compte les variations lentes de la tension et le phénomène de Flickers. Nous avons cherché, en premier lieu, à déterminer le taux maximal de pénétration de la production éolienne dans un réseau de distribution donné. En deuxième lieu, nous avons examiné deux alternatives de solution pour l'amélioration de l'intégration des systèmes éoliens dans les réseaux de distribution, c'est-à-dire l'intégration d'un système du contrôle de la puissance réactive et l'intégration d'un système de stockage inertiel. La solution du stockage inertiel malgré un avantage lié au service système semble être plus coûteuse que le contrôle de la puissance réactive pour cette application. Nous avons montré l'intérêt de l'intégration des spécificités du site d'implantation dans le processus de prise de décision au travers d'une application sur trois sites différents (un site méditerranéen, et deux du nord de l'Europe). Les gains obtenus sur le coût du kWh sont importants pour les sites méditerranéens et la plupart des variables de conception influencent fortement ce coût. L'étude a également montré la possibilité d'adapter les choix technologiques au contexte du réseau dans le site. Le taux de pénétration peut être augmenté considérablement pour les sites dont le rapport X/R est grand en utilisant des systèmes à vitesse variable.

Dans la plupart des entreprises de fabrication mécanique, le réglage des machines-outils est une tâche déléguée au régleur qui cherche à garantir les tolérances. Cela a pour conséquence d'augmenter le temps de réglage pour une qualité qui n'est pas au niveau souhaité. Au cours de ces six dernières années, le laboratoire SYMME a élaboré des méthodes de pilotage (Copilot-Pro®et Pilotage inertiel) pour résoudre le problème de réglage des machines-outils. Fondés sur ces deux méthodes, les travaux présentés en font une synthèse et présentent des nouvelles avancées dans le pilotage de commande numériques afin d'obtenir la meilleure qualité possible quelle que soit la complexité de la pièce. L'apport de ce travail est présenté en cinq chapitres. Le premier chapitre présente le contexte général des travaux de recherche et fait un état de l'art des travaux existants, d'une part sur le pilotage et d'autre part sur la conformité. Le pilotage consiste à réduire la variabilité autour de la cible des produits et la conformité consiste à s'assurer que la dispersion d'une caractéristique est contenue dans l'intervalle de tolérance de celle-ci. Le second chapitre revient sur les méthodes de pilotage qui consistent à établir les relations entre les caractéristiques de la pièce et les correcteurs et propose dessolutions pour améliorer le calcul de la correction en tenant compte à la fois des tolérances et des nombres de points palpés sur les surfaces de la pièce. Le troisième chapitre présente les stratégies de pilotage et met en évidence les limites des méthodes classiques de détection des situations hors contrôle qui sont la carte de contrôle de Shewhart et la carte T² de Hotelling. Le quatrième chapitre fait une synthèse des méthodologies pour faciliter le déploiement des méthodes dans l'industrie. Le cinquième chapitre présente une application expérimentale du pilotage inertiel et un témoignage de l'utilisation du pilotage matriciel dans une entreprise d'horlogerie. Une conclusion rappelle les principaux apports de ce travail.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d’une nouvelle expérience d’interféromètre atomique au SYRTE. Elle permettra de réaliser des mesures ultrasensibles du gradient vertical de gravité. Cette expérience fonctionnera à terme en utilisant comme source des atomes ultra-froids, préparés sur une puce à atomes. Elle utilisera comme séparatrices des transitions multiphotoniques, obtenues par diffraction de Bragg d’ordre élevé. Le transport des atomes sera assuré par des réseaux optiques en mouvement. Une première partie du dispositif expérimental a été assemblée et son fonctionnement a été validé en réalisant un interféromètre dual. Cet interféromètre est réalisé sur deux ensembles d’atomes produits successivement à partir de la même source d’atomes froids, et interrogés par une même paire de faisceaux Raman. Une nouvelle méthode d’extraction de la phase différentielle a été démontrée expérimentalement. Elle repose sur l’exploitation des corrélations entre les mesures de phase des interféromètres et une estimation de la phase sismique fournie par la mesure annexe d’un capteur classique. / This thesis is about the design and realisation of a new atomic interferometer experiment at SYRTE. It will allow ultra-sensitive measurements of the vertical gradient of gravity. This experiment will work using ultra-cold atoms as a source, prepared on an atom chip. It will use large momentum transfer beam-splitter, obtained by high order Bragg diffraction. The transport of atoms will be provided by moving optical lattices. A first part of the experimental setup was assembled and its operation was validated by producing a dual interferometer. This interferometer is performed on two atomic clouds produced successively from the same source of cold atoms, and interrogated by the same pair of Raman beams. A new method of differential phase extraction has been experimentally demonstrated. It is based on the exploitation of the correlations between the interferometer phase measurements and the estimation of the seismic phase provided by an additional classical sensor.

Dans la plupart des entreprises de fabrication mécanique, le réglage des machines-outils est une tâche déléguée au régleur qui cherche à garantir les tolérances. Cela a pour conséquence d’augmenter le temps de réglage pour une qualité qui n’est pas au niveau souhaité. Au cours de ces six dernières années, le laboratoire SYMME a élaboré des méthodes de pilotage (Copilot-Pro®et Pilotage inertiel) pour résoudre le problème de réglage des machines-outils. Fondés sur ces deux méthodes, les travaux présentés en font une synthèse et présentent des nouvelles avancées dans le pilotage de commande numériques afin d’obtenir la meilleure qualité possible quelle que soit la complexité de la pièce. L’apport de ce travail est présenté en cinq chapitres. Le premier chapitre présente le contexte général des travaux de recherche et fait un état de l'art des travaux existants, d’une part sur le pilotage et d’autre part sur la conformité. Le pilotage consiste à réduire la variabilité autour de la cible des produits et la conformité consiste à s'assurer que la dispersion d'une caractéristique est contenue dans l'intervalle de tolérance de celle-ci. Le second chapitre revient sur les méthodes de pilotage qui consistent à établir les relations entre les caractéristiques de la pièce et les correcteurs et propose dessolutions pour améliorer le calcul de la correction en tenant compte à la fois des tolérances et des nombres de points palpés sur les surfaces de la pièce. Le troisième chapitre présente les stratégies de pilotage et met en évidence les limites des méthodes classiques de détection des situations hors contrôle qui sont la carte de contrôle de Shewhart et la carte T² de Hotelling. Le quatrième chapitre fait une synthèse des méthodologies pour faciliter le déploiement des méthodes dans l’industrie. Le cinquième chapitre présente une application expérimentale du pilotage inertiel et un témoignage de l'utilisation du pilotage matriciel dans une entreprise d'horlogerie. Une conclusion rappelle les principaux apports de ce travail. / In most mechanical manufacturing companies, setting machine-tools is a task delegated to the setter who seeks to ensure tolerances. This has the consequence of increasing the adjustment time with a quality that is not at the desired level. Over the past six years, the SYMME laboratory has developed steering methods (Copilot -Pro ® and inertial steering) to solve the problem of setting machine tools. Based on these methods, the works presented make a synthesis and presents new advances in steering of digital controls (CNC) to obtain the best quality regardless of the complexity of the part. The contribution of this workis presented in five chapters. The first chapter presents the general context of the research and makes a state of the art of existing works, on the one hand on the steering and on the other hand on the conformity. The steering consists in reducing the variability around the target products and the conformity consists in verifyingthat the dispersion of a characteristic is inside its tolerance interval. The second chapter discusses the methods of steering which consist in establishing the relationship between the characteristics of the workpiece and thetool-offsets and propose solutions to improve the calculation of the correction taking into account both tolerances and number of points probed on the surfaces of the workpiece. The third chapter presents the steering strategies and highlights the limitations of conventional methods for detecting out of control situations which are the Shewhart's control card and the T² Hotelling’s card. The fourth chapter is a synthesis of methodologies to facilitate the deployment of the methods in the industry. The fifth chapter presents an experimental application of inertial steering and a debriefing on the matrix steering used in a watch manufacturer company. Conclusion reiterates the main contributions of this work

La coalescence intervient dans de nombreuses situations physiques, naturelles ou industrielles, de la microphysique des nuages à la stabilité des émulsions ou l’assèchement des pétroles. Dans toutes ces situations, il est crucial de comprendre les mécanismes physiques en jeu, de manière pouvoir influencer la coalescence, la favoriser ou au contraire l’inhiber, selon les besoins. Dans cette thèse, nous étudions la coalescence dans l’air entre deux gouttes attachées et décomposons le processus global en quatre étapes : l’approche avec drainage du film d’air entre les gouttes, le perçage des interfaces, l’ouverture du pont résultant de ce perçage, les oscillations amorties conduisant à l’équilibre de la goutte résultante. Les théories décrivant les étapes 1, 2 et 4 font intervenir des modèles hydrodynamiques continus, se plaçant à une échelle macroscopique. Cependant, à l’articulation entre les deux premières étapes, intervient le perçage des interfaces, processus gouverné par des forces dont la portée correspond à une échelle de quelques dizaines de nanomètres. Une des difficultés les plus importantes dans l’étude de la coalescence est celle de l’intégration des processus ayant lieu à un niveau moléculaire, dans une théorie du continuum dont l’échelle caractéristique est bien supérieure. L’objectif est de faire le lien entre les différentes échelles : y a-t-il des interactions entre les processus se produisant à ces différentes échelles ? Pour répondre à cette question, nous développons trois axes de travail, engageant chacun une échelle caractéristique. L’un est l’étude, au niveau macroscopique du micromètre, de l’ouverture du pont liquide. Grâce à une caméra rapide, plusieurs régimes d’écoulement sont mis en évidence. Les modèles théoriques existants concernent essentiellement le régime visqueux, et aucun modèle complet ne décrit le régime purement inertiel. Nous explorons expérimentalement ce régime et décrivons la forme et la longueur du pont, à l’aide d’ondes capillaires. Nous mettons en évidence l’existence de deux lignes de très forte courbure, que nous appelons singularités, qui naissent sur le lieu de perçage des interfaces et se propagent presque sans déformation de part et d’autre. Ces singularités, conditionnées par la tension superficielle, moteur de la coalescence, façonnent la forme du pont liquide et donc l’écoulement dans ce dernier. Nous proposons un modèle simple d’écoulement inertiel, basé sur la forme du pont liée à ces singularités. Ce modèle permet de mieux comprendre les rôles des forces hydrodynamiques et de la courbure dans l’évolution temporelle de la largeur du pont. Un autre axe est une étude expérimentale par Microscope à Force Atomique, qui permet de décrire les forces responsables de la coalescence à l’échelle nanométrique, les déformations des gouttes intervenant à cette échelle et leur rôle dans la rupture des interfaces. Les mesures de forces entre goutte et flaque, puis entre deux gouttes sont effectuées avec un AFM principalement en mode dynamique de Modulation de Fréquence. Elles permettent de mettre en évidence une distance seuil de déclenchement de l’instabilité hydrodynamique responsable de la coalescence et de mesurer cette distance en fonction des propriétés physiques du liquide et du rayon des gouttes. Un diagramme de coalescence est proposé, qui permet de prévoir la valeur de la distance de déclenchement de la coalescence et le rôle des déformations d’interfaces à l’échelle nanométrique. Enfin, les oscillations du pont liquide, générées par la coalescence, sont étudiées, les modes et fréquences propres sont calculés numériquement par la méthode des éléments finis, puis comparés aux valeurs expérimentales mesurées à partir des films acquis par caméra rapide.