Au cours des dernières décennies, l’observation du ciel dans les longueurs d’onde millimétriques a permis de faire grandement progresser notre compréhension de l’univers, notamment à travers l’étude du fond diffus cosmologique. Pour répondre aux besoins actuels des astronomes, nous proposons dans ce rapport un instrument intégré permettant de réaliser des mesures spectrales large-bande dans le domaine millimétrique. Celui-ci se base sur le concept de SWIFTS (Stationary-Wave Fourier-Transform Spectrometer :spectromètre de Fourier à ondes stationnaire), un instrument opérationnel aux longueurs d’onde visibles et infrarouges. Notre dispositif " SWIFTS millimétrique " utilise des détecteurs à inductance cinétique (KID pour Kinetic Inductance Detectors) comme détecteurs de lumière. Différents aspects de la conception du SWIFTS millimétrique sont abordés dans ce rapport. Le dimensionnement des éléments clés du dispositif est réalisé à l’aide de simulations électromagnétiques. Nous proposons aussi un procédé de fabrication en technologie silicium permettant le dépôt d’antennes sur membrane de nitrure de silicium SiN. Les premières caractérisations permettent de confirmer un fonctionnement adapté des détecteurs en configuration SWIFTS et démontre l’existence d’un couplage entre l’antenne et un des détecteurs aux longueurs d’onde millimétriques ce qui ouvre la voie à un futur démonstrateur. Parallèlement, la technologie développée pour le SWIFTS millimétrique a rendu possible la fabrication de KID sur membrane. L’intérêt est ici d’évaluer la membrane comme un moyen de réduire l’interaction entre les rayons cosmiques et le détecteur dans la perspective d’une utilisation des KID dans l’espace. Des mesures comparatives effectuées sur KID déposés sur membrane et sur substrat démontrent des taux d'événements identiques dans les deux cas. La membrane est donc inefficace pour l’application envisagée. Le temps de relaxation présente en revanche une dépendance avec la présence du substrat. / For the last decades, millimeter wavelength observations allowed a large improvement of our knowledge of the universe in particular with the study of the Cosmic Microwave Background. To meet today astronomers’ needs, we propose hereby an integrated instrument able to perform wide-band spectral measurements in the millimeter spectrum. It is based on the SWIFTS concept (Stationary-Wave Fourier-Transform Spectrometer) an instrument already demonstrated in the optical and infrared bands. Our device "the millimeterSWIFTS" makes use of Kinetic Inductance Detectors (KID) as light detectors. Multiples aspects of the millimeter SWIFTS development are presented in this report. Design of the key-parts of the device is done with the help of electromagnetic simulations. We also propose a process of fabrication allowing the deposition of an antenna on a silicon nitride membrane SiN. First measurements confirm an adapted behavior of the KID in a SWIFTS design and demonstrate a coupling between the antenna and one of the detectors in themillimeter waves. This opens the way to a future demonstrator. In parallel, the technology developed for the millimeter SWIFTS allowed the deposition of KID on membrane. Main goal here is to assess membranes as a mean to reduce the interaction between cosmic rays and the detector in the case of a space application. Comparative measurements performed on KID deposited on membrane and on substrate demonstrate the same rate of events in both cases. Thus, membrane is not an option for the desired application. However, relaxation time shows a dependency with the presence of substrate.

La mesure de la distribution de matière dans l'Univers offre une sonde importante pour la cosmologie. Elle peut être tracée à différentes étapes de la formation des structures en utilisant l'analyse des anisotropies primaires et secondaires du fond diffus cosmologique (CMB). Cette thèse se focalise sur l'analyse des données du satellite Planck et celles de la caméra NIKA installée au sol au télescope de 30 mètres de l'IRAM.La première partie introduit le contexte, en se concentrant sur: 1) l'inflation, qui procure une origine naturelle aux fluctuations de matière observées dans l'Univers; 2) la réionisation, qui correspond au moment où les premières étoiles se forment; 3) les amas de galaxies, qui sont les briques de l'Univers plus récent.La seconde partie se concentre sur la réduction des données de NIKA. Le développement de la chaîne d'analyse, qui permet de passer des données brutes aux cartes astrophysiques, est présenté. Elle est dédiée aux détecteurs à inductance cinétique, nouvellement développés pour la caméra NIKA. Les outils et les simulations utilisés pour caractériser les cartes sont aussi présentés.La troisième partie est dédiée à l'observation et l'analyse des amas de galaxies par effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ), i.e. l'interaction Compton inverse entre les photons du CMB et les électrons énergétiques dans les amas. Une fois obtenues, les cartes SZ sont combinées avec des données X afin de mesurer les propriétés thermodynamiques et de matière des amas observés. Les résultats principaux sont: la première observation de l'effet SZ avec des détecteurs à inductance cinétique, la mesure du profil de pression dans un amas à haut redshift (z=0.89), l'étude de la contamination par les sources ponctuelles dans un amas résolu, et la cartographie SZ dans un amas en collision triple.La dernière partie présente l'analyse des données de Planck en polarisation. Les effets systématiques aux grandes échelles angulaires et les outils développés pour les identifier et les corriger y sont discutés. Les données en polarisation aux grandes échelles permettent à la fois de chercher les empreintes des fluctuations quantiques générées pendant l'inflation et de mesurer la réionisation. / The measurement of the matter distribution in the Universe provides valuable tests for cosmology. It can be traced at various steps of the formation of structures using the analysis of the primary and secondary anisotropies in the Cosmic Microwave Background (CMB). This thesis focuses on the data analysis of the observations of the Planck satellite and that of the ground-based camera NIKA installed at the IRAM-30m telescope.The first part introduces the context, focussing on: 1) the inflation, which provides a natural origin for the matter fluctuations seen in the Universe; 2) the reionization, which corresponds to the moment when the first stars form; 3) clusters of galaxy, that are the building blocks of the more recent Universe.The second part focuses on the data reduction of the NIKA data. The development of the data reduction pipeline, allowing to go from raw data to maps, is presented. It is dedicated for the newly developed kinetic inductance detectors used by NIKA. Tools and simulations are also constructed to characterize the maps.The third part is dedicated to the observation and the analysis of galaxy clusters through the Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect, i.e. the inverse Compton interaction of CMB photons and free electrons in clusters. Once recovered, the SZ maps are combined to X-ray data to measure the matter content and thermodynamic properties of the observed clusters. The main results are: the first observation of the SZ effect with kinetic inductance detectors, the measurement of the pressure profile of a high redshift cluster ($z=0.89$), the study of point source contamination in a resolved cluster, and the SZ mapping in a triple merger.The last part is dedicated to the analysis of Planck polarization data. In particular, we discuss large angular scale systematics and the tools developed to identify and correct for them. The large scales CMB polarization data allows both to search for the imprint of the quantum fluctuations generated during inflation, and to measure the reionization.

We investigate the resonant characteristics of superconducting meandering nanowires to design a nonlinear kinetic inductance traveling-wave parametric amplifier. The devices are patterned out of 15 nm thick NbTiN films. They consist of a coplanar waveguide, that shrinks into 100 nm wide meandering nanowires. For a total kinetic inductance of ∼1 μH, our simulations show that these structures behave as resonators with fundamental mode frequency around 1 GHz and a phase velocity of the signal as low as c/1000. The resonance peaks correspond to the presence of current antinodes within the meandering structure. Samples were fabricated at the Albanova Nanolab facility and measured in a sample-in-vacuum dipstick at 300 mK. Frequency sweeps in the 0.1-10 GHz range confirm the presence of these resonance peaks. In addition, we investigate the current nonlinearity of our devices. Analysis of the temperature dependence of the resonant peaks revealed the critical temperature of the film, TC = 14.0 ± 0.5 K. The dispersion relations showed that the device impedance exceeds the resistance quantum RQ = 6.5 kΩ when close to resonance or below 87 MHz. A second design was realized in order to reduce the device’s characteristic impedance to ≈ 50 Ω. This design, accomodating a micro stripline, embedded a significantly longer nanowire, with a total kinetic inductance ∼10 μH. Measurements showed a dramatically reduced impedance to ≈ 700 Ω, but still not matched to 50 Ω, giving rise to a dense frequency comb of standing modes in the 0-3 GHz bandwidth, with a constant spacing of ≈ 45 MHz. / Vi undersöker egenskaperna hos supraledande slingrande nanotrådar i syfte att designa en ickelinjär kinetisk induktans parametrisk förstärkare. Våra prov är mönstrade ur 15 nm tjocka NbTiN-filmer. De består av en koplanär vågledare som krymper till 100 nm breda slingrande nanotrådar. Med en sammanlagd kinetisk induktans på ∼1 μH visar våra simuleringar att dessa strukturer beter sig som resonatorer med en funda- mental modfrekvens runt 1 GHz och en fashastighet för signalen så låg som c/1000. Resonanserna motsvarar närvaron av strömantinoder inom den slingrande strukturen. Proverna tillverkades i Albanovas Nanolab och mättes i en prov-i-vakuum-sticka runt 300 mK. Frekvenssvepen i området 0,1-10 GHz bekräftar förekomsten av dessa res- onanser. Dessutom undersökte vi den strömberoende ickelinjäriteten i våra enheter. Analys av resonansernas temperaturberoende ger ett värde på filmens kritiska temper- atur, TC = 14.0 ± 0.5 K. Dispersionsförhållandena visade att provens impedans över- stiger resistanskvantumet RQ = 6, 5 kΩ nära resonanserna. En andra design realiserades för att reducera provens karakteristiska impedans till ≈ 50 Ω. Denna design, med en mikrostripline, har en betydligt längre totaltsträcka med en sammanlagd kinetisk induk- tans på ∼10 μH. Mätningarna visade en dramatiskt reducerad impedans på ≈ 700 Ω, men inte till det matchade värdet på 50 Ω, vilket gav upphov till en tät frekvenskam inom bandbredden 0- 3 GHz, med ett avstånd på ≈ 45 MHz mellan resonanserna.