Les matériaux absorbants pour l’acoustique sous-marine sont utiles pour lutter contre la détection navale. Ces matériaux doivent évoluer, notamment en termes de performance acoustique et de tenue à la pression hydrostatique, en regard des progrès accomplis dans le domaine de la détection sous-marine. Pour cela, de nouvelles technologies de matériaux sont nécessaires et font l’objet de cette thèse. Les travaux tirent profit des propriétés intéressantes observées dans les structures périodiques et s’orientent autour de deux axes principaux : d’une part les propriétés de filtrage fréquentiel obtenues avec l’utilisation de cristaux phononiques (structures périodiques), d’autre part les phénomènes d’absorption basse fréquence liés à des résonances locales. L’étude des phénomènes précités implique le développement d’outils dédiés à l’analyse des structures périodiques avec la possibilité de prendre en compte le caractère dissipatif de certains matériaux, comme ceux couramment utilisés en acoustique sous-marine. Grâce à ces outils numériques basés sur la méthode des éléments finis, une étude de matériaux à inclusions fluides ou solides est présentée. Ces recherches permettent d’identifier et d’explorer les phénomènes liés à des résonances locales. Des expérimentations ont été effectuées par l’intermédiaire de la mise en place d’un banc d’essai robuste dédié à la mesure de panneaux acoustiques immergés. Les mesures faites en cuve acoustique ont été confrontées avec succès aux prévisions numériques. Enfin, d’autres dispositifs, basés sur différents phénomènes, sont proposés dans le but de repousser la limite basse fréquence de l’absorption des ondes dans l’eau. / Underwater absorbing materials are used on naval ships to avoid being detected. Acoustic performances and hydrostatic resistance still need improvements to face the evolution of naval detection systems. Therefore, new technologies of underwater absorbing materials are studied in this work. This thesis focuses on periodical structures, considering two main topics: stop-band effect from phononic crystal and resonant inclusions designed for low frequency absorption. To study these phenomena, periodic structures analysis is done using specifically developed tools able to consider losses in viscoelastic materials. Thanks to these numerical tools based on the finite element method, a study on materials with fluid or solid inclusions is presented. Some local resonances are detected and exploited. To carry on measurements, the installation of a robust bench test for underwater acoustic panels has been implemented. Measurements and numerical results are in good agreement. Finally, other designs based on different phenomena are proposed in order to stretch the limit of low frequency underwater absorbing materials.

La thèse d'état est présentée en vue d'obtenir le grade Docteur es Sciences. La thèse contient 10 chapitres divisés en trois partie. La première partie contient trois chapitres et présent des propriétés générales de la diffraction de la lumière par de réseaux du relief (présentation du problème, quelques théorèmes principales), revue historique des recherches sur des anomalies et la classification récente. La deuxième partie présent d'anomalies de réseaux métalliques nus résonantes (chapitre 5) et non-résonantes (chapitres 4 et 6) et des exemples de l'interaction (chapitre 7). Nos avons démontré comment de propriétés générales de réseaux métalliques peuvent être expliquées d'un point de vue microscopique. La troisième partie présent l'analyse des anomalies de guides diélectriques ondulés - l'influence d'excitation de modes guidés sur la efficacité de diffraction sans (chapitre 8) et avec (chapitre 10) interaction modale. L'anomalie du coefficient de couplage est étudiée dans chapitre 10. Les anomalies non-résonantes de réseaux diélectriques nus sont discutées dans chapitre 9.

Dans cette thèse, nous avons considéré les spectres de la molécule CH2=CD2. Dans la partie expérimentale, nous avons enregistré des spectres infrarouges à haute résolution (~ 0,0025 cm-1) et fait une attribution complète des transitions enregistrées. Nous avons pu assigner pour la première fois un grand nombre de transitions des combinaisons peu intenses υ4+υ10, υ4+υ7 et de l'harmonique 2υ10; de bandes interdites par symétrie υ4, υ7+υ10, υ8+υ10; et des bandes «chaudes» υ7+υ10–υ10 et υ8+υ10–υ10. Pour la première fois, plus de 7000 transitions inconnues des bandes fondamentales υ2, υ3, υ6, υ7, υ8, υ10, υ12 et de l'harmonique 2υ7 ont été assignées. Sur la base de la théorie des opérateurs de perturbation et des propriétés de symétrie de la molécule étudiée, nous avons construit un hamiltonien effectif puis ajusté les énergies vibrationnelles expérimentales de quatorze états vibrationnels. De cette étude, il a résulté un écart-type pour l'ajustement d'environ (1,7–2,5)×10−4 cm−1 pour diverses régions spectrales. Nous avons également mesuré les valeurs expérimentales des intensités et des demi-largeurs et avons calculé les paramètres du moment dipolaire effectif et des coefficients d'auto-élargissement de la molécule CH2=CD2. / In this thesis we have considered spectra of the CH2=CD2 molecule. In the experimental part we recorded high-resolution (~ 0.0025 cm-1) infrared spectra and made full assignment of the recorded transitions. We were able to assign for the first time a lot of transitions to the weak combinations υ4+υ10, υ4+υ7 and 2υ10 overtone; forbidden due to the symmetry υ4, υ7+υ10, υ8+υ10; «hot» υ7+υ10–υ10 and υ8+υ10–υ10 bands. More than 7000 previously unknown transitions were assigned to the fundamental bands υ2, υ3, υ6, υ7, υ8, υ10, υ12 and 2υ7 overtone. On the base of operator perturbation theory and the symmetry properties of the studied molecule, we constructed an effective Hamiltonian and then fitted experimental ro-vibrational energies of fourteen vibrational states. As a result, rms-deviation of the fit was about (1.7–2.5)×10−4 cm−1 for various spectral regions. We measured also experimental values of intensities and halfwidths and calculated parameters of effective dipole moment and self-broadening coefficients of the СH2=СD2 molecule.

L'enjeu du travail est d'apporter une preuve de concept d'une architecture simplifiée de spectromètre en utilisant comme détecteur un réseau ultra-dense de NEMS associés à des éléments de circuit CMOS afin d'amplifier le signal in situ et de les adresser individuellement. Depuis plusieurs années, l'équipe du professeur Roukes à CALTECH a présenté une démonstration de spectrométrie de masse avec un NEMS. En parallèle, le CEA/LETI-MINATEC a développé une approche de fabrication dite VLSI de NEMS et de simulation électromécanique de ces éléments. Le premier but de la thèse est l'étude des phénomènes de bruit limitant la résolution en masse afin d'atteindre 10 Da au lieu des 1000 Da actuels sur des rangs de masses large allant de 10Da à 1MDa. Dans un second temps, La concept de spectrométrie de masse à base de NEMS est validé en comparant des spectres obtenus sur des nano-agrégats de quelques nanomètres de diamètres avec ceux fournis par un spectromètre de masse temps-de-vol conventionnel. Puis, un système d'adressage fréquentiel de réseau de NEMS est mis en place pour permettre la mesure quasi simultanée de 20 résonateurs. Enfin, le réseau de NEMS est inséré dans le banc de nano-aggrégats pour mesurer 20 spectres de masses en parallèle et valider une première preuve de concept. / The aim of the project is to bring a proof of concept of a simplified mass spectrometer architecture using an ultra dense network of NEMS in association with elements of CMOS circuit as sensors in order to amplify the signal in situ and adress them individually. Since several years, Roukes' team at Caltech has demonstrated a mass spectrometry with a NEMS. In parallel, the CEA/LETI-MINATEC has developped a fabrication approach called VLSI of NEMS and an electromecanical simulation method of these elements The first objective of this thesis is to study the noise phenomenon currently limiting our mass resolution in order to reach 10 Da instead of current 1000 Da on ranges going from 10 Da to 1MDa. In a second step, the concept of NEMS-based mass spectrometry is validated by comparison a nanometric cluster spectra with those from a conventional time-of-flight mass spectrometer. Then, a frequency addressing technique is applied on an NEMS array to allow for quasi simultaneous tracking of 20 different resonators. Finally, the NEMS array is inserted in the nanocluster bench to measure 20 spectra in parallel and validate a first proof of concept.

ACTAR TPC (ACtive TARget and Time Projection Chamber) est une cible active de nouvelle génération construite au GANIL (Grand Accélérateur d'Ions Lourds). Les cibles actives sont des cibles gazeuses où le gaz permet de détecter le passage de particules chargées selon le principe des chambres à projection temporelle (TPC). La TPC d'ACTAR est formée d'une anode segmentée de 16384 pixels carrés de 2 mm de côté. La haute densité de voies est gérée par le système électronique GET (General Electronics for TPCs). Ce système digitalise également les signaux sur un intervalle de temps donné, pour une reconstruction 3D complète des évènements. Un démonstrateur huit fois plus petit a d'abord été construit pour vérifier le fonctionnement de l’électronique et la conception mécanique. La finalisation d’ACTAR TPC s’est basée sur les résultats du démonstrateur, qui a été testé avec des faisceaux de 6Li, de 24Mg et de 58Ni. Le commissioning d'ACTAR TPC a été effectué dans le cas de la diffusion résonante sur cible de protons avec des faisceaux de 18O et de 20Ne.Un algorithme de reconstruction des traces mesurées dans la TPC permet d'en extraire les angles et les énergies des ions impliqués dans les réactions. Les résultats sont comparés à des données connues pour déterminer les performances du système de détection. Les résolutions obtenues sur le commissioning à partir de calculs en matrice R valident l'utilisation d'ACTAR TPC pour de futures expériences. Par ailleurs, la diffusion résonante 6Li + 4He réalisée avec le démonstrateur a permis d'étudier les états d’agrégat alpha dans le 10B. Deux résonances à 8.58 MeV et 9.52 MeV sont observées pour la première fois en diffusion élastique dans cette voie de réaction. / ACTAR TPC (ACtive TARget and Time Projection Chamber) is a next generation active target that was designed and built at GANIL (Grand Accélérateur d'Ions Lourds). Active targets are gaseous targets in which the gas is also used to track charged particles following the principles of time projection chambers (TPC). The TPC of ACTAR has a segmented anode of 16384 2 mm side square pixels. The high density of pixels is processed using the GET (General Electronics for TPCs) electronic system. This system also digitizes the signals over a time interval, enabling a full 3D event reconstruction. An eight time smaller demonstrator was first built to verify the electronics operation and the mechanical design. ACTAR TPC's final design was based on results obtained with the demonstrator which was tested using 6Li, 24Mg and 58Ni beams. The commissioning of ACTAR TPC was then carried out for the case of resonant scattering on a proton target using 18O and 20Ne beams. A track reconstruction algorithm is used to extract the angles and energies of the ions involved in the reactions. Results are compared to previous data to determine the detection system performances. Comparing the commissioning data with R matrix calculations, excitation functions resolutions in different cases are obtained. The use of ACTAR TPC is validated for future experiments. Furthermore, alpha clustering was studied in 10B through the resonant scattering 6Li + 4He, carried out with the demonstrator. Two resonances at 8.58 MeV and 9.52 MeV are observed for the first time in elastic scattering with this reaction channel.

Les cibles actives sont des outils parfaitement adaptés à l'étude des réactions induites par les faisceaux d'ions radioactifs de très basse intensité. Elles permettent en outre d'étudier simultanément les réactions directes et celles qui sont pour lesquelles un noyau composé est formé. La cible active MAYA, développée au GANIL, a été utilisée afin d'étudier les réactions induites par un faisceau de 11Li de 4.3A MeV, auprès de l'accélérateur ISAC2, à TRIUMF (Canada). Les distributions angulaires pour les réactions de diffusion élastique et de transfert d'un et deux neutrons ont ainsi été reconstruites. La distribution angulaire de la réaction de diffusion élastique montre une augmentation de l'absorption du flux par rapport aux noyaux voisins. Une analyse en canaux couplés pour la réaction de transfert de deux neutrons, pour différents modèles à trois corps, a permis d'extraire des informations sur la spectroscopie du halo du noyau borroméen 11Li. En parallèle, nous avons étudié la dépendance en énergie de la réaction de diffusion élastique en utilisant la cible active MAYA comme cible épaisse. Le spectre extrait montre une résonance vers 3 MeV centre de masse. Cette résonance pourrait être un état isobarique analogue du 12Li, observé dans le 12Be. Nous avons procédé à des calculs en matrice R afin d'extraire les paramètres (spin et parité) de cet état.

Étudier les ondes internes est crucial pour comprendre le mélange dans l'océan. Dans cette thèse, un attracteur d'ondes 2D est tout d'abord simulé de manière directe, appuyé par une bonne comparaison avec une expérience pré-existante. Nous dérivons un modèle simple de la largeur de l'attracteur et mettons en évidence des effets non-linéaires. Nous réalisons dans une deuxième partie une étude expérimentale de la réflexion d'ondes planes sur une paroi inclinée. Les résonances prédites entre différents harmoniques n'apparaissent pas mais en revanche, un fort écoulement moyen horizontal apparaît, courbant les caractéristiques des ondes par effet Doppler. 70 à 80% du flux d'énergie incident sont dissipés ou convertis en écoulement moyen, ce dernier semblant alimenté par la dissipation des ondes. La génération d'ondes solitaires consécutive à la réflexion d'ondes sur une pycnocline est ensuite étudiée numériquement dans la troisième partie. Dans un premier temps, une étude académique, 2D est réalisée à l'aide de simulations directes. Nous montrons que des ondes solitaires de différents modes et piégées dans la pycnocline peuvent être générées. Deux critères pour comprendre la sélection d'un mode donné, l'un portant sur les différentes vitesses de phase, l'autre sur des arguments géométriques, sont définis. Ces critères sont dans un second temps comparés aux conditions du Golfe de Gascogne en été. Nous montrons qu'un rayon d'ondes internes seul ne peut générer des ondes solitaires correspondant aux observations, ce qui est corrigé en tenant compte de l'écoulement présent dans la pycnocline et indépendant du rayon d'ondes internes.

Ce mémoire est consacré au développement de technologies de filtrage novatrices qui apportent un gain en performance permettant de répondre aux besoins de filtrage pour télécommunications spatiales à moyen et long termes. Il s’inscrit dans le projet ANR ATOMIQ coordonné par Thales Alenia Space ayant comme partenaires le laboratoire SPCTS et la société 3D CERAM. Le premier chapitre est constitué d’une étude bibliographique sur les filtres en bande Q et V ainsi que les technologies de fabrication 3D. Le deuxième chapitre est consacré à l’élaboration d’une nouvelle formulation d’alumine très pure à faible pertes et stable en température. Le troisième chapitre présente une conception de filtres hyperfréquences en bande Q et V à base de cavités résonantes diélectriques. Le quatrième chapitre concerne la fabrication des filtres par usinage en cru ainsi que la présentation des différents démonstrateurs fabriqués par stéréolithographie et moulage basse pression. Il présente aussi des solutions de correction post-fabrication par tir laser. Ce travail est original par l’utilisation de la stéréolithographie céramique 3D ainsi que du moulage basse pression pour fabriquer des filtres hyperfréquences de petites tailles en bande Q et V. / This thesis focus on the development of innovative filtering technologies that enhance the performance to meet the filtering requirements for spacial communications. It is part of the ANR project ATOMIQ coordinated by Thales Alenia Space with partners (SPCTS 3D CERAM). The first chapter consists of a literature review on the Q and V band filters as well as 3D manufacturing technologies. The second chapter is devoted to the development of a new formulation of highly pure, low losses and temperature stable alumina. The third chapter presents a microwave filter design in Q and V band based on a dielectric resonant cavity. The fourth chapter is about the manufacturing of filters and presentation of various demonstrators manufactured by stereolithography and low pressure molding. It also provides a post-production correction solutions based on laser shoots. This work is original because, to the best of our knowledge, 3D ceramic stereolithography and the low pressure molding have not been used to produce small sizes Q and V band microwave filters.