La consommation d'énergie des systèmes sur puces induit des contraintes fortes lors de leur conception. Elle affecte la fiabilité du système, le coût du refroidissement de la plateforme, et la durée de vie de la batterie lorsque le circuit est alimenté par des batteries. En fait, avec la diminution de la tailles de la technologie des semi-conducteurs, l'optimisation de la puissance consommée est devenue un enjeu majeur, au même titre que le coût lié à la surface silicium et l'optimisation des performances, en particulier pour les applications mobiles. Des puces codec vidéo dédiées ont été utilisés dans diverses applications telles que les systèmes de vidéoconférence, de sécurité et de surveillance, ou encore et des applications de divertissement. Pour répondre aux contraintes des applications mobiles en termes de performance et de consommation énergétique, le codec vidéo est généralement implémenté en matériel plutôt qu'en logiciel, ce qui permet de garantir les contraintes d'efficacité énergétique et de traitement en temps réel. L'une des normes les plus efficaces pour les applications vidéo est aujourd'hui la norme H.264 Encodage Vidéo Avancé (H.264/AVC), qui offre une meilleure qualité vidéo à un débit binaire plus bas que les normes précédentes. Pour pouvoir effectivement intégrer cette norme dans des produits commerciaux, en particulier pour les appareils mobiles, lors de la conception du codec vidéo en matériel, les concepteurs devront utiliser des approches spécifiques de conception de circuits basse consommation et implanter des mécanismes de contrôle de la consommation. Cette thèse de doctorat s'est déroulée dans le cadre de la conception de l'encoder matériel au format H.264, appelé plateforme VENGME. La plateforme est découpée en différents modules et le module EC-NAL a été développé durant la thèse, en prenant en compte différentes solutions apparues dans la littérature pour minimiser la consommation de ce module. Les résultats en simulation montrent que le module EC-NAL présente de meilleurs résultats d'un point de vue consommation que ses concurrents de la littérature. L'architecture de la plateforme VENGME a ensuite été analysée, et des simulations au niveau RTL ont été menées pour évaluer sa consommation globale. Il en est ressorti une possibilité de diminuer encore plus la consommation de la plateforme matérielle en contrôlant la fréquence de certains modules. Cette approche a été appliquée au module EC-NAL qui possède en interne une FIFO. Dont le niveau peut être contrôlé en ajustant la fréquence d'horloge du côté du sous-module NAL. Cela a donc conduit à implémenter une approche d'adaptation automatique de la fréquence en fonction du niveau de remplissage de la FIFO. Le contrôleur a été implémenté en matériel et la stabilité du système bouclé a été étudiée. Les résultats en simulation montrent l'intérêt de la démarche adoptée qui devra être étendue à l'ensemble de la plateforme. / Power consumption for Systems-on-Chip induces strong constraints on their design. Power consumption affects the system reliability, cooling cost, and battery lifetime for Systems-on-Chips powered by battery. With the pace of semiconductor technology, power optimization has become a tremendous challenging issue together with Silicon area and/or performance optimization, especially for mobile applications. Video codec chips are used in various applications ranging for video conferencing, security and monitoring systems, but also entertainment applications. To meet the performance and power consumptions constraints encountered for mobile applications, video codecs are favorably preferred to be implemented in hardware rather than in software. This hardware implementation will lead to better power efficiency and real-time requirements. Nowadays, one of the most efficient standards for video applications is the H.264 Advanced Video Coding (H.264/AVC) which provides better video quality at a lower bit-rate than the previous standards. To bring the standard into commercial products, especially for hand-held devices, designers need to apply design approaches dedicated to low-power circuits. They also need to implement mechanisms to control the circuit power consumption. This PhD thesis is conducted in the framework of the VENGME H.264/AVC hardware encoder design. The platform is split in several modules and the VENGME Entropy Coder and bytestream Network Abstraction Layer data packer (EC-NAL) module has been designed during this PhD thesis, taking into account and combining several state-of-the-art solutions to minimise the power consumption. From simulation results, it has been seen that the EC-NAL module presents better power figures than the already published solutions. Then, the VENGME H.264 encoder architecture has been analyzed and power estimations at RTL level have been performed to extract the platform power figures. Then, from these power figures, it has been decided to implement power control on the EC-NAL module. This latter contains a FIFO whose level can be controlled via an appropriate scaling of the clock frequency on the NAL side, which leads to the implementation of a Dynamic Frequency Scaling (DFS) approach based on the control of the FIFO occupancy level. The control law has been implemented in hardware (full-custom) and the closed-loop system stability has been studied. Simulation results show the effectiveness of the proposed DVS strategy that should be extended to the whole H.264 encoder platform.

La RFID sans puce, en raison du très faible coût des tags, a ouvert une nouvelle voie pour les systèmes d'identification. Les étiquettes RFID sans puce fonctionnant dans le domaine temporel ont l'avantage d'être compatibles avec de grandes distances de lecture, de l'ordre de quelques mètres, et de pouvoir fonctionner dans les bandes de fréquence ISM. Cependant, les tags de ce type développés jusqu'à lors n'offraient qu'une faible capacité de codage. Cette thèse propose une nouvelle méthode pour augmenter la capacité de codage des tags fonctionnant dans le domaine temporel en utilisant des C-sections, c'est-à-dire des lignes de transmission repliées de manière à avoir des zones fortement couplées, ce qui leur donne un caractère dispersif. Une autre approche basée sur une technique multi-couches a également été introduite de façon à augmenter considérablement la capacité de codage. Pour terminer, la preuve de concept d'un tag-capteur d'humidité, basé sur l'utilisation de nano fils de silicium, est également présentée. / Chipless RFID tags, owing to their low cost, have opened a new way to the identification systems. Chipless RFID tags operating in the time domain have the advantage of being compatible with large reading distances of the order of a few meters, and also can operate in the ISM frequency bands. However, time domain tags developed until now offer poor coding capacity. This thesis proposes a new method to increase the coding capacity of tags operating in time domain by using C-sections, i.e. the transmission lines are folded so as to have tightly coupled zones that give them a dispersive nature. Another approach based on a multi-layer technique was also introduced, in order to increase the coding capacity considerably. Finally, the proof of concept of a humidity sensor tag based on silicon nanowires is also presented.

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.

La palourde grise européenne, Ruditapes decussatus est un coquillage d’importance socio-économique en Europe du Sud. Sa production est basée sur le recrutement naturel, qui est sujet à de fortes fluctuations annuelles. Au Portugal, les principales zones de production de cette espèce sont les lagunes de Ria de Aveiro et Ria Formosa. Ces populations présentent des réponses différentes à l'induction de la ponte, résultat d’intérêt dans un contexte d'amélioration de la production aquacole. L'objectif de cette thèse était d'améliorer les connaissances sur la reproduction de R. decussatus en utilisant des approches génomiques et cellulaires avec pour principales applications : le conditionnement de géniteurs et la qualité des gamètes.Le cycle de reproduction de ces populations a été caractérisé par histologie pour le développement gonadique, l’aire gonadique et le diamètre de l’ovocyte. À l'exception de la dynamique de la gamétogénèse, aucune différence significative n’a été identifiée entre populations. Grâce à un effort de séquençage (Illumina) de banque d’ADNc de différents tissus/stades pour enrichir en transcrits liés à la reproduction, une puce à ADN (oligoarray) représentant 51 678 contigs a été produite et utilisée afin de caractériser les bases transcriptomiques de la reproduction de R. decussatus. Des gènes différentiellement exprimés et la voie “N-Glycan biosynthesis”, impliquées dans l'interaction spermatozoïde – ovocyte, ont été soulignés, ce qui suggère que la reconnaissance entre gamètes puisse expliquer en partie les différences de succès d'induction de ponte entre ces populations. De plus, le transcriptome d’ovocytes collectés chez 15 femelles a été analysé par puce à ADN avec pour objectif d'identifier des potentiels marqueurs de la qualité des ovocytes. Des gènes codant pour des protéines chaperonnes, dont certains caractérisés comme des ARNm maternels essentiels pour le développement précoce, sont apparus différentiellement exprimés entre ovocytes de bonne et mauvaise qualité établie sur le taux de larves D obtenu. La présente étude fournit de nouvelles informations génomiques précieuses pour la compréhension de la reproduction de cette espèce et liste des gènes candidats codant la protéine disulforide isomerase (PDI), des calmodulines et la caspase 8 comme points de départ possibles pour des études fonctionnelles. Leur implication dans les phases importantes de la reproduction comme l’interaction spermatozoïde-ovocyte, la protection de l'ovocyte, la régulation du calcium et l'apoptose ont font des marqueurs potentiels de la qualité ovocytaire de cette espèce. / The European clam, Ruditapes decussatus is considered a high value seafood product in Southern Europe. Its production is almost based on natural recruitment, which is subject to annual fluctuations. In Portugal, two of the main production areas of this species are Ria de Aveiro and Ria Formosa Lagoons. These populations were characterized by different responses to spawning induction, which is of great interest in a context of improvement of aquaculture. The purpose of this thesis was to improve the cellular and genomic knowledge on the reproduction of R. decussatus with major applications: broodstock conditioning and gamete quality.The reproductive cycle of the two populations was histologically characterized by comparing the gonadal development, gonadal area and oocyte diameter. With the exception of the dynamics of gonadal development, which may originate in the environment, no differences concerning gametogenesis were found. cDNA libraries of oocytes, larvae and gonads were sequenced on Illumina platform, to enrich resources in reproductive Expressed Sequence Tags, and a custom oligoarray representing 51,678 assembled contigs was then designed. To characterize the transcriptomic bases of reproduction, microarray analyses were performed in four gonadal maturation stages of the two populations. Differentially expressed probes and the “N-Glycan biosynthesis” pathway, potentially involved in sperm-egg interaction, were identified, suggesting that gamete recognition can explain part of the differences in terms of spawning induction success between populations.Moreover, microarray analyses were also performed in oocytes, with the objective of identifying potential markers of oocyte quality in this species. Genes coding for chaperone proteins demonstrated to be important markers of oocyte quality, with some of them being maternal mRNAs essential for early development.The present study provides new highly valuable genomic information for the understanding of reproduction of R. decussatus and emphasizes some candidate genes like protein disulforide isomerase (PDI), Calmodulin family and caspase 8 as possible starting points for further functional studies.

Les systèmes multiprocesseurs sur puce, tel que le processeur CELL ou plus récemment Platform 2012, sont des architectures multicœurs hétérogènes constitués d'un processeur host et d'une fabric de calcul qui consiste en plusieurs petits cœurs dont le rôle est d'agir comme un accélérateur programmable. Les parties parallélisable d'une application, qui initialement est supposé etre executé par le host, et dont le calcul est intensif sont envoyés a la fabric multicœurs pour être exécutés. Ces applications sont en général des applications qui manipulent des tableaux trés larges de données, ces données sont stockées dans une memoire distante hors puce (off-chip memory) dont l 'accès est 100 fois plus lent que l 'accès par un cœur a une mémoire locale. Accéder ces données dans la mémoire off-chip devient donc un problème majeur pour les performances. une characteristiques principale de ces plateformes est une mémoire local géré par le software, au lieu d un mechanisme de cache, tel que les mouvements de données dans la hiérarchie mémoire sont explicitement gérés par le software. Dans cette thèse, l 'objectif est d'optimiser ces transfert de données dans le but de reduire/cacher la latence de la mémoire off-chip . / Multiprocessor system on chip (MPSoC) such as the CELL processor or the more recent Platform2012 are heterogeneous multi-core architectures, with a powerful host processor and a computation fabric, consisting of several smaller cores, whose intended role is to act as a general purpose programmable accelerator. Therefore computation-intensive (and parallelizable) parts of the application initially intended to be executed by the host processor are offloaded to the multi-cores for execution. These parts of the application are often data intensive, operating on large arrays of data initially stored in a remote off-chip memory whose access time is about 100 times slower than that of the cores local memory. Accessing data in the off-chip memory becomes then a main bottleneck for performance. A major characteristic of these platforms is a software controlled local memory storage rather than a hidden cache mechanism where data movement in the memory hierarchy, typically performed using a DMA (Direct Memory Access) engine, are explicitely managed by the software. In this thesis, we attempt to optimize such data transfers in order to reduce/hide the off-chip memory latency.

Un équipement portable moderne intègre plusieurs capteurs d'image qui peuvent être de différents types. On peut citer en guise d'exemple un capteur couleur, un capteur infrarouge ou un capteur basse lumière. Cet équipement doit alors supporter différentes sources qui peuvent être hétérogènes en terme de résolution, de granularité de pixels et de fréquence d'émission des images. Cette tendance à multiplier les capteurs, est motivée par des besoins applicatifs dans un but de complémentarité en sensibilité (fusion des images), en position (panoramique) ou en champ de vision. Le système doit par conséquent être capable de supporter des applications de plus en plus complexes et variées, nécessitant d'utiliser une seule ou plusieurs sources d'image. Du fait de cette variété de fonctionnalités embarquées, le système électronique doit pouvoir s'adapter constamment pour garantir des performances en terme de latence et de temps de traitement en fonction des applications, tout en respectant des contraintes d'encombrement.% Même si depuis de nombreuses années, un grand nombre de solutions architecturales ont été proposées pour améliorer l'adaptabilité des unités de calcul, un problème majeur persiste au niveau du réseau d'interconnexion qui n'est pas suffisamment adaptable, en particulier pour le transfert des flux de pixels et l'accès aux données. Nous proposons dans cette thèse un nouveau réseau de communication sur puce (NoC) pour un SoC dédié à la vision. Ce réseau permet de gérer dynamiquement différents types de flux en parallèle en auto-adaptant le chemin de donnée entre les unités de calcul, afin d'exécuter de manière efficace différentes applications. La proposition d'une nouvelle structure de paquets de données, facilite les mécanismes d'adaptation du système grâce à la combinaison d'instructions et de données à traiter dans un même paquet. Nous proposons également un système de mémorisation de trames à adressage indirecte, capable de gérer dynamiquement plusieurs trames image de différentes sources d'image. Cet adressage indirect est réalisé par l'intermédiaire d'une couche d'abstraction matérielle qui se charge de traduire des requêtes de lecture et d'écriture, réalisées suivant des indicateurs de la trame requise (source de l'image, indice temporel et dernière opération effectuée). Afin de valider notre proposition, nous définissons une nouvelle architecture, appelée Multi Data Flow Ring (MDFR) basée sur notre réseau avec une topologie en anneau. Les performances de cette architecture, en temps et en surface, ont été évaluées dans le cadre d'une implémentation sur une cible FPGA / Modern portable vision systems include several types of image sensors such as colour, low-light or infrared sensor. Such system has to support heterogeneous image sources with different spatial resolutions, pixel granularities and working frequencies. This trend to multiply sensors is motivated by needs to complete sensor sensibilities with image fusion processing techniques, or sensor positions in the system. Moreover, portable vision systems implement image applications which require several images sources with a growing computing complexity. To face those challenges in integrating such a variety of functionalities, the embedded electronic computing system has to adapt permanently to preserve application timing performance in latency and processing, and to respect area and low-power constraints. In this thesis, we propose a new Network-On-Chip (NoC) adapted for a System-On-Chip (SoC) dedicated to image applications. This NoC can manage several pixel streams in parallel by adapting dynamically the datapatah between processing elements and memories. The new header packet structure enables adaptation mechanisms in routers by combining instructions and data in a same packet. To manage efficiently the frames storage required for an application, we propose a frame buffer system with an indirect frame addressing, which is able to manage several frames from different sensors. It features a hardware abstraction layer which is in charge to collect reading and writing requests, according to specific frame indicators such as the image source ID. The NoC has been validated in a complete processing architecture called Multi Data Flow Ring (MDFR) with a ring topology. The MDFR performances in time and area has been demonstrated for an FPGA target

La simulation quantique offre un moyen très prometteur pour comprendre les systèmes quantiques corrélés macroscopiques. De nombreuses plateformes expérimentales sont en cours d'élaboration. Les atomes de Rydberg sont particulièrement intéressants grâce à leur forte interaction dipolaire de cours portée. Dans notre manip, nous préparons et manipulons des ensembles d'atomes de Rydberg excités à partir d'un nuage atomique ultra-froid piégé magnétiquement sur une puce à atome supraconductrice. La dynamique de l'excitation est contrôlée par le processus d'excitation du laser. Le spectre d'énergie d'interaction atomique des N corps est mesuré directment par spectroscopie micro-onde. Dans cette thèse, nous développons un modèle Monte Carlo rigoureux qui nous éclaire sur le processus d'excitation. En utilisant ce modèle, nous discutons de la possibilité de réaliser des simulations quantiques du transport d'énergie sur une chaîne 1D d'atomes de Rydberg de faible moment angulaire. De plus, nous proposons une plateforme innovante pour la réalisation de simulations quantiques. Elle repose sur une approche révolutionnaire basée sur un ensemble d'atomes de Rydberg dont le temps de vie est extrêmement long, qui interagissent fortement et qui sont piégés par laser. Nous présentons les résultats de simulations numériques et nous discutons du large éventail de problèmes qui peuvent être traités avec le modèle proposé. / Quantum simulation offers a highly promising way to understand large correlated quantum systems, and many experimental platforms are now being developed. Rydberg atoms are especially appealing thanks to their strong and short-range dipole-dipole interaction. In our setup, we prepare and manipulate ensembles of Rydberg atoms excited from an ultracold atomic cloud magnetically trapped above a superconducting chip. The dynamics of the Rydberg excitation can be controlled through the laser excitation process. The many-body atomic interaction energy spectrum is then directly measured through microwave spectroscopy. This thesis develops a rigorous Monte Carlo model that provides an insight into the excitation process. Using this model, we discuss a possibility to explore quantum simulations of energy transport in a 1D chain of low angular momentum Rydberg atoms. Furthermore, we propose an innovative platform for quantum simulations. It relies on a groundbreaking approach, based on laser-trapped ensemble of extremely long-lived, strongly interacting circular Rydberg atoms. We present intensive numerical results as well as discuss a wide range of problems that can be addressed with the proposed model.

L'analyse radiochimique est indispensable à de nombreuses étapes de la gestion des déchets nucléaires et du contrôle de l’environnement. Un protocole d’analyse comprend généralement plusieurs étapes de séparations chimiques longues, manuelles et difficiles à mettre en œuvre en raison de leur confinement en boite à gants. Il est nécessaire de proposer des solutions innovantes et robustes pour automatiser ces étapes mais aussi réduire le volume de déchets radioactifs et chimiques en fin de cycle analytique. Une solution consiste à miniaturiser les analyses en les réalisant en laboratoire sur puce.L’objectif de cette thèse est de proposer une approche raisonnée de la conception de microsystèmes séparatifs dédiés à l’extraction liquide-liquide de radionucléides. Pour cela le comportement hydrodynamique et les performances d’extraction dans un même microsystème ont été étudiés pour les systèmes Eu(III)-HNO3/DMDBTDMA, Eu(III)-AcO(H,Na)-HNO3/HDEHP et U(VI)-HCl/Aliquat® 336. Une méthodologie a été mise au point pour l’implémentation de l’extraction liquide-liquide en microsystème pour chaque système chimique d’extraction et la comparaison des résultats a permis de mettre en évidence l’influence du rapport des viscosités des phases sur les écoulements. Grâce à la modélisation à la fois de l’hydrodynamique et du transfert de masse en microsystème, les critères liés aux propriétés physiques et cinétiques des systèmes chimiques ont été dégagés afin de proposer une conception rationnelle de microsystèmes à façon. Enfin plusieurs exemples de mises en œuvre de l’extraction liquide-liquide en microsystème pour des applications analytiques applicables dans le domaine du nucléaire comme la séparation U/Co ou le couplage microextraction liquide-liquide/ICP-MS sont décrits. / Radiochemical analyses are necessary to numerous steps for nuclear wastes management and for the control of the environment. An analytical protocol generally includes different steps of chemical separations which are lengthy, manual and complicated to implement because of their confinement in glove boxes and because of the hostile chemical and radiochemical media. Thus there is a huge importance to propose innovative and robust solutions to automate these steps but also to reduce the volumes of the radioactive and chemical wastes at the end of the analytical cycle. One solution consists in the miniaturization of the analyses through the use of lab-on-chip.The objective of this thesis work was to propose a rational approach to the conception of separation microsystems for the liquid-liquid extraction of radionuclides. To achieve this, the hydrodynamic behavior as well as the extraction performances have been investigated in one chip for three different chemical systems: Eu(III)-HNO3/DMDBTDMA, Eu(III)-AcO(H,Na)-HNO3/HDEHP and U(VI)-HCl/Aliquat® 336. A methodology has been developed for the implementation of the liquid-liquid extraction in microsystem for each chemical system. The influence of various geometric parameters such as channel length or specific interfacial area has been studied and the comparison of the liquid-liquid extraction performances has led to highlight the influence of the phases viscosities ratio on the flows. Thanks to the modeling of both hydrodynamics and mass transfer in microsystem, the criteria related to physical and kinetic properties of the chemical systems have been distinguished to propose a rational conception of tailor-made chips. Finally, several examples of the liquid-liquid extraction implementation in microsystem have been described for analytical applications in the nuclear field: U/Co separation by Aliquat® 336, Eu/Sm separation by DMDBTDMA or even the coupling between a liquid-liquid extraction chip and the system of detection which is the ICP-MS.

Les atomes de Rydberg couplés à des cavités supraconductrices sont des outils remarquables pour l’exploration des phénomènes quantiques élémentaires et des protocoles d’information quantique. Ces atomes «géants» ont des propriétés uniques. Ils sont soumis à une forte interaction dipôle-Dipôle, fonction de la distance interatomique, qui est responsable du mécanisme de blocage dipolaire : dans le régime de Van der Waals, l’énergie d’interaction croît comme n11, où n est le nombre quantique principal. Si on illumine un nuage atomique avec un laser d’excitation à la fréquence de la transition de Rydberg pour un atome isolé, on s’attend à exciter au plus un atome dans un volume de blocage de ⇠ 8(μm)3. Nous avons mis en place une expérience pour préparer un atome de Rydberg de façon déterministe. Elle utilise un petit nuage d’atomes de rubidium 87 dans l’état fondamental, piégés magnétiquement sur un puce à atomes supraconductrice à 4 K, et excités à l’aide de lasers vers les états de Rydberg. L’effet de blocage dipôlaire est sensible à l’élargissement spectral de la transition par des champs électriques parasites. Une fois unatome excité dans l’état cible 60S1/2↵, nous explorons les transitions atomiques étroites, de longueur d’onde millimétrique, entre états de Rydberg pour étudier ces champs parasites. La surface de notre puce étant couverte d’une pellicule d’or, nous observons comme d’autres groupes de recherche de forts gradients de champs électriques, dus au dépôt progressif d’atomes de rubidium à la surface de la puce. Nous contournons le problème, en déposant une couche de rubidium métallique sur la puce. Les gradients sont alors réduits d’un ordre de grandeur. Cette amélioration nous permet d’observer des temps de cohérence très élevés, de l’ordre de la milliseconde, pour des atomes de Rydberg au voisinage d’une puce supraconductrice.Sur le plan théorique, nous présentons un protocole simple pour la création rapide et efficace de superpositions quantiques de deux champs cohérents d’amplitudes classiques différentes dans une cavité. Il repose sur l’interaction de deux atomes à deux niveaux avec le champ dans la cavité. Leur détection avec une grande probabilité dans un état bien défini projette le champ dans une superposition mésoscopique d’états du champ. Nous montrons que ce protocole est nettement plus efficace que ceux utilisant un seul atome. Nous réalisons cette étude dans le contexte de l’électrodynamique en cavité (CQED), où les atomes à deux niveaux sont des atomes de Rydberg de grand temps de vie interagissant avec le champ d’une cavité micro-Ondes supraconductrice. Mais ce travail peut également s’appliquer au domaine en plein essor de l’électrodynamique quantique des circuits. Dans ces deux contextes, il peut conduire à d’intéressantes études expérimentales de la décohérence à la frontière quantique-Classique. / Rydberg atoms and superconducting cavities are remarkable tools for the exploration of basic quantum phenomena and quantum information processing. These giant atoms are blessed with unique properties. They undergo a strong distance-Dependent dipole-Dipole interaction that gives rise to the dipole blockade mechanism: in the Van der Waals regime, this energy shift scales as n11, where n is the principal quantum number. If we shine an excitation laser tuned at the frequency of the isolated atomic transition on an atomic cloud, we expect to excite at most one atom within a blockade volume of ⇠ 8(μm)3. We have set up an experiment to prepare deterministically one Rydberg atom. It uses a small cloud of ground-State Rubidium 87 atoms, magnetically trapped on a superconducting atom chip at 4 K, and laser-Excited to the Rydberg states. The dipole blockade effect is sensitive to the line broadening due to the stray electric fields. Once an atom has been excited to our target state HH 60S1/2↵, we explore the narrow millimeter-Wave transitions between Rydberg states in order to assess these stray fields . With a gold-Coated front surface for the chip, we observe as other groups large field gradients due to slowly deposited Rubidium atoms. We circumvent this problem by coating the chip with a metallic Rubidium layer. This way the gradients are reduced by an order of magnitude. This improvement allows us to observe extremely high coherence times, in the millisecond range, for Rydberg atoms near a superconducting atom-Chip. Theoretically, we present a simple scheme for the fast and efficient generation of quantum superpositions of two coherent fields with different classical amplitudes in a cavity. It relies on the simultaneous interaction of two two-Level atoms with the field. Their final detection with a high probability in the proper state projects the field onto the desired mesoscopic field state superposition (MFSS). We show that the scheme is notably more efficient than those using a single atom. This work is done in the context of cavity QED, where the two-Level systems are circular Rydberg atoms whose lifetime may reach milliseconds, interacting with the field of a superconducting microwave cavity. But this scheme is also highly relevant for the thriving field of circuit-QED. In both contexts, it may lead to interesting experimental studies of decoherence at the quantum-Classical boundary.

Dans cette thèse, nous présentons l'étude théorique d'un interféromètre atomique utilisant des atomes thermiques (i.e. non condensés) piégés sur une puce, avec des effets de champ moyen réduits. Afin de maintenir un niveau adéquat de cohérence, un haut degré de symétrie entre les deux bras d'un tel interféromètre est nécessaire. Pour atteindre cet objectif, nous décrivons un protocole expérimental basé sur l'utilisation des micro-ondes en champ proche générés par deux guides d'ondes coplanaires transportant des courants oscillants à des fréquences différentes. Nous étudions principalement deux configurations symétriques pour réaliser une séparatrice atomique, soit le long de l'axe longitudinal soit le long de l'axe transversal du piège magnétique statique.Dans le cas d'une séparation transversale des atomes, nous discutons la nécessité d'utiliser un micro-piège sur-mesure qui possède une structure de champ similaire à celle d'un Ioffe Prichard macroscopique et nous proposons une conception concrète d'un tel micro-piège. Dans le cas d'une séparation axiale des atomes, nous étudions certains facteurs physiques qui limitent les performances ultimes de cet interféromètre tels que : la dissymétrie des potentiels, l'effet des fluctuations des champs statiques et micro-ondes, et la stabilité du signal gravitationnel de l'interféromètre. Nous utilisons un modèle harmonique unidimensionnel simplifié pour décrire la chute du contraste de l'interféromètre. Enfin, nous envisageons la possibilité d'une séparation et d'une recombinaison atomique non-adiabatique sans chauffage vibrationnel en concevant des trajectoires appropriées des potentiels de piégeages. / In this thesis, we report the theoretical study of an atom interferometer using thermal (i.e. non condensed) atoms trapped on a chip, with reduced mean-field effects. To keep an adequate level of coherence, a high level of symmetry between the arms of such an interferometer is required. To achieve this goal, we describe an experimental protocol based on microwave near-fields created by two coplanar waveguides carrying currents oscillating at different frequencies. This method enables the creation of two symmetrical microwave potentials that depend on the atomic internal state, and allows a state-selective symmetrical splitting of the atoms. We mainly consider two symmetrical configurations to separate the atoms either along the longitudinal axis or along the transverse axis of the static magnetic trap. In the case of a transverse splitting of the atoms, we discuss the advantages of using a custom microtrap that has the same field structure as a standard macroscopic Ioffe Pritchard trap, and we propose a practical design for such a microtrap. In the case of an axial splitting of the atoms, we study some physical factors limiting the ultimate performances of this interferometer such as: the dissymmetry of the microwave potentials, the effect of the fluctuations of static and microwave fields and the stability of the interferometer gravitational signal. We derive a simplified one-dimensional harmonic model to describe the interferometer contrast decay. Finally, we consider the possibility of non-adiabatic atomic splitting and recombination without vibrational heating by designing appropriate trajectories of the trapping-potentials based on the theory of dynamical invariants.