La détermination expérimentale des composantes du tenseur d'hyper-polarisabilité est essentielle au développement de nouvelles molécules possédant des propriétés d'optique non-linéaire. La diffusion harmonique de la lumière (DHL) correspond à un phénomène de diffusion non linéaire de la lumière pour laquelle les molécules considérées sont dans une solution isotrope. Du fait des fluctuations d'orientations et de positions des molécules, seules six observables, où invariants orientationnels, sont mesurables par DHL. Afin de déterminer expérimentalement ces six observables, nous avons mis au point un polarimètre à lame de phase tournantes fonctionnant avec une source laser impulsionnelle accordable en longueur d'onde et dédié au mesures de diffusion harmonique de la lumière. Nous avons dans un premier temps optimisé l'architecture du montage polarimétrique en nous appuyant sur la réduction du nombre de conditionnement de la matrice d'appareil, réduisant par la même les erreurs statistiques. Puis nous avons étalonné le montage au moyen d'un échantillon référence dédié à la conversion de longueur d'onde, afin de réduire les erreurs systématiques. Enfin, nous avons réalisé des mesures de diffusion harmonique de la lumière sur deux molécules connues, le DR1 et le Cristal Violet.

Les interfaces cerveau-machine visent à établir un lien de communication entre le cerveau et un système externe à ce dernier. Les électroencéphalogrammes (EEG), dans ce contexte, ont l’avantage d’être non invasifs. Par contre, l’information sensorielle qui se retrouve dans un signal EEG est beaucoup moins ciblée que dans un signal neuronal acquis par une méthode invasive. De plus, étant donné que le cortex auditif est situé dans des repliements du tissu cortical, les neurones qui déchargent, suite à un stimulus auditif, sont parallèles à la surface corticale sur laquelle les EEG sont enregistrés. Par conséquent, l’information auditive qui se retrouve dans le canal EEG situé vis-à-vis du cortex auditif est faible. L’objectif principal de ce projet de recherche consiste donc à étudier la répartition de l’information auditive dans l’ensemble des canaux EEG. Pour ce faire, nous utilisons deux approches. Dans la première, nous tenterons d’estimer l’activité corticale sous-jacente à partir des signaux EEG en utilisant un modèle de couplage bande fréquence. En effet, certaines bandes de fréquences sont des bons prédicteurs des décharges neuronales. Cependant, cette approche n’a pas été validée pour le système auditif, nous confronterons donc l’estimation obtenue à une autre estimation en ayant recours à un modèle spécialisé pour l’encodage du signal de parole faisant appel aux processus ponctuels. Ce modèle prend en compte les dynamiques intrasèques des neurones et également des propriétés spectrotemporelles du stimulus d’entrée. Dans la seconde approche, nous étudierons la possibilité de classifier 3 voyelles (a, i et u) en fonction du nombre de canaux EEG utilisés ainsi que leur répartition sur le cuir chevelu. Nous aurons recours, pour cela, à un réservoir de neurone à décharge récurrent activé en entrée par les données EEG. Les résultats démontrent que l’information auditive se retrouve en fait dans l’ensemble des canaux EEG et qu’elle n’est pas confinée à un nombre restreint d’électrodes. Il est également montré que lorsque l’on utilise les 64 électrodes que comporte l’EEG pour classifier les 3 voyelles, on obtient une classification de l’ordre de 80%, mais aussi qu’un nombre limité de 10 électrodes suffit pour obtenir une classification satisfaisante et, qu’en plus, la position de ces électrodes sur le cuir chevelu est peu importante.

L’origine et l’évolution des différentes structures qui peuplent l’au-delà de la photosphère du Soleil, ainsi que les processus qui interviennent dans la dynamique et le chauffage de sa couronne demeurent de nos jours assez peu compris. L’inextricable complexité inhérente aux phénomènes physiques qui gouvernent l’atmosphère externe solaire s’accompagne de l’absence de données adaptées au besoin scientifique. En effet, l’interprétation et la modélisation des « mécanismes » qui raccordent les échanges entre la chromosphère et la couronne dépendent de paramètres d’observation critiques. Il est par exemple essentiel de pouvoir mesurer de larges bandes de températures et densités verticales s’adaptant aux multiples échelles spatiales et temporelles caractéristiques des différents évènements qui se déroulent dans le Soleil. La compréhension de la dynamique des plasmas repose aussi sur l’analyse Doppler de la scène observée. Ceci implique notamment la capacité de combiner des techniques de spectroscopie et d’imagerie simultanément dans le temps. Pour la couronne, le passage à l’UV spatial est incontournable, et relève d’un véritable défi technique. Malgré les excellents progrès technologiques, l’étude UV du Soleil est une science relativement récente, et aucune mission spatiale solaire n’a pu fournir jusqu’à présent une spectro-imagerie combinée et simultanée dans le domaine spectral qui nous intéresse. C’est pour répondre à cette attente que l’étude d’un nouveau dispositif appelé IFTSUV (abréviation de Imaging Fourier Transform Spectrometer working in the far UV), est présentée dans cette recherche. Malgré l’absence de missions d’opportunité dans l’horizon proche, les travaux de thèse se sont déroulés suivant le plan de l’action R&T du CNES R-S11/OT-0004-040, concernant la définition d’un spectro-imageur à transformée de Fourier dans l’UV lointain, et la réalisation en laboratoire d’un démonstrateur de métrologie dédié, pierre angulaire de la faisabilité technique de l’instrument. Ainsi, partant de la détermination du besoin scientifique et de la justification du choix technique, le premier objectif de cette étude est de concevoir un modèle instrumental préliminaire complet de l’IFTSUV. La spécification technique est fondée sur le calcul de dimensionnement et l’évaluation théorique des spécifications en termes de précision spectrale, qualité de l’image et rapport signal sur bruit. A travers l’identification des points durs, la réalisation d’une métrologie d’asservissement du miroir d’échantillonnage apparait tout naturellement, comme un besoin intrinsèque de la validation du concept. En effet, l’acquisition de l’interférogramme doit se faire de manière rigoureusement constante et le pas d’échantillonnage doit être connu avec une grande exactitude, car il fixe les nombres d’onde pour lesquels les spectres bruts sont calculés. Le maquettage d’une solution métrologique constitue donc le deuxième objectif de ce travail. L’architecture optique mise en place a été choisie afin de satisfaire les besoins de stabilité angulaire (< 2.5 μrad) et de précision linéaire (< 8 nm) discernés, et testée en laboratoire. Les résultats sur la maquette valident le concept, même si ses performances s’éloignent des prédictions théoriques. L’évaluation expérimentale des performances permet d’établir des solutions aux problèmes rencontrés qui convergent vers l’optimisation et le prototypage d’un système pouvant être intégré dans une application spatiale. / The origin and evolution of the different structures that inhabit beyond the Sun’s photosphere, as well as the processes involved in the dynamics and the heating of the corona remain quite unknown. The inextricable complexity of the physical phenomena that govern the solar outer atmosphere is accompanied by the lack of suitable data adapted to the scientific need. Indeed, the interpretation and the models of the mechanisms that connect the exchanges between the chromosphere and the corona depend on critical observational parameters. It is for example essential to measure broad bands of vertical temperature and density ranges that fit the multiple spatial and temporal scales that are characteristic of the different events that take place in the Sun. The understanding of the dynamics of the plasma must be also based on the Doppler analysis of the observed scene. That implies the ability to combine time resolved spectroscopic and imaging technologies. Moreover, space is the place to observe the far UV corona and that implies a real technical challenge. Despite excellent advances in technology and instrumentation, the study of the Sun in the far UV is a fairly recent. To date, no solar space mission could provide a combined and simultaneous diagnostic of both observable in the spectral range of interest. It is because of these expectations that the study of a new device called IFTSUV (the acronym of Imaging Fourier Transform Spectrometer working in the far UV) is presented in this research. Despite the lack of opportunity missions on the near horizon, these thesis works have been conducted thanks to the R&D funding R-S11/OT-0004-040 from the CNES, concerning either the definition of an imaging Fourier transform spectrometer in the far UV, or the realization of a laboratory metrology demonstrator that is the cornerstone of the instrument’s feasibility. Thus, starting from the definition of the scientific requirements that lead to the technical choice, the first objective of this study is to develop a preliminary instrumental model of the IFTSUV. The overall technical and design specifications are based in theoreticalcalculations that have been expressed in terms of spectral accuracy, image quality and signal to noise ratio. Throughout the identification of difficult points, the realization of a servo-metrology system dedicated to the sampling mirror appears naturally as an intrinsic need of proof of concept. Indeed, the wavenumbers from the raw spectra are set by the interferogram. That implies that acquisition must be rigorously constant and that the sampling steps must be known with high accuracy. The mockup of a metrological solution is therefore the second objective of this work. The optical breadboard architecture under test has been chosen to meet the needs of angular stability (< 2.5 μrad) and linear accuracy (< 8 nm). The results on the demonstrator validate the concept even if its performances are away from the theoretical predictions. The experimental performance evaluation is used to establish solutions to the instrumental problems encountered. That converge to the optimization and prototyping of a system that could be integrated in a space based application.

Les amas de galaxies sont des surdensites de matiere <br />gravitationnellement liees remplies d'un gaz chaud et ionise <br />emettant un rayonnement X. Ils se forment durant des phases <br />d'accretion de sous-groupes, au cours desquelles le gaz subit des <br />processus de choc et de melange qui perturbent ses proprietes <br />physiques a l'equilibre hydrostatique. Pour cartographier les <br />distributions spatiales d'emissivite, de temperature et d'entropie du <br />plasma intergalactique observe par les telescopes X, nous avons <br />compare differents algorithmes d'imagerie multiechelle, puis <br />developpe et teste un nouvel algorithme de spectro-imagerie. Dans <br />cet algorithme, le parametre recherche est estime a partir d'une <br />statistique de comptage dans differents elements de resolution <br />spatiaux, puis ses variations spatio-frequentielles sont codees par <br />des coefficients en ondelettes de Haar. La distribution spatiale <br />optimale du parametre est finalement restauree en seuillant la <br />transformee en ondelettes bruitee.

Le ruthénium est l'un des produits de fission les plus pénalisants pour le procédé de retraitement du combustible irradié. Son élimination en amont du procédé PUREX est envisagée. Un procédé, appelé électro-volatilisation, tirant profit de la volatilité de RuO4, a été optimisé pour cette étude. Il consiste à électrolyser en continu les solutions de ruthénium afin de générer RuO4 qui est ensuite volatilisé puis aisément piégé. Ce procédé conduit à des rendements d'élimination du ruthénium satisfaisants, sur des solutions synthétiques de RuNO(NO3)3(H2O)2 mais pas sur les solutions de dissolution de combustible. Ce travail a donc consisté à étudier la spéciation des espèces dissoutes du ruthénium en simulant la dissolution du combustible par attaque dans l'acide nitrique à chaud de diverses espèces du ruthénium (Ru(0), RuO2,xH2O, alliage polymétallique). Parallèlement à une étude cinétique de dissolution, a été menée l'étude de spéciation des espèces dissoutes grâce à la voltammétrie, la spectrométrie et la spectro-électrochimie. Cette étude a révélée la co-existence des espèces Ru(IV) et RuNO(NO2)2(H2O)3. Bien que différentes de l'espèce synthétique RuNO(NO3)3(H2O)2, leurs comportements en électro-oxydation sont analogues. Les essais d'électro-volatilisation de ces solutions de dissolution ont conduit à des résultats comparables à ceux obtenus sur les solutions synthétiques. Une complexification des solutions modèles a alors été réalisée par génération d'acide nitreux in-situ au cours de la dissolution. L'acide nitreux a montré un effet catalytique sur la dissolution du ruthénium. Sa présence conduit presque exclusivement à l'espèce RuNO(NO2)2(H2O)3. Il est donc responsable de la formation de la forte liaison  entre Ru2+ et NO+. De plus, son action très réductrice sur RuO4 s'est révélée être pénalisante lors des essais d'électro-volatilisation. Dans une moindre mesure, les cations Mn2+ et Ce3+ se sont également montrés électrophages et les données thermodynamiques laissent penser que Pu4+ et Cr3+ le sont également. L'ensemble des résultats permet d'une part de proposer un mécanisme de dissolution de l'espèce RuO2,xH2O dans l'acide nitrique et d'autre part de quantifier, grâce aux calculs des constantes apparentes d'oxydation de volatilisation, les effets néfastes de l'acide nitreux sur le procédé d'électro-volatilisation. Une explication probable quant aux faibles rendements d'électro-volatilisation du ruthénium des solutions de dissolution de combustible irradié est alors proposée.

The Arctic tundra, covering approx. 5.5 % of the Earth’s land surface, is one of the last ecosystems remaining closest to its untouched condition. Remote sensing is able to provide information at regular time intervals and large spatial scales on the structure and function of Arctic ecosystems. But almost all natural surfaces reveal individual anisotropic reflectance behaviors, which can be described by the bidirectional reflectance distribution function (BRDF). This effect can cause significant changes in the measured surface reflectance depending on solar illumination and sensor viewing geometries. The aim of this thesis is the hyperspectral and spectro-directional reflectance characterization of important Arctic tundra vegetation communities at representative Siberian and Alaskan tundra sites as basis for the extraction of vegetation parameters, and the normalization of BRDF effects in off-nadir and multi-temporal remote sensing data. Moreover, in preparation for the upcoming German EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) satellite mission, the understanding of BRDF effects in Arctic tundra is essential for the retrieval of high quality, consistent and therefore comparable datasets. The research in this doctoral thesis is based on field spectroscopic and field spectro-goniometric investigations of representative Siberian and Alaskan measurement grids. The first objective of this thesis was the development of a lightweight, transportable, and easily managed field spectro-goniometer system which nevertheless provides reliable spectro-directional data. I developed the Manual Transportable Instrument platform for ground-based Spectro-directional observations (ManTIS). The outcome of the field spectro-radiometrical measurements at the Low Arctic study sites along important environmental gradients (regional climate, soil pH, toposequence, and soil moisture) show that the different plant communities can be distinguished by their nadir-view reflectance spectra. The results especially reveal separation possibilities between the different tundra vegetation communities in the visible (VIS) blue and red wavelength regions. Additionally, the near-infrared (NIR) shoulder and NIR reflectance plateau, despite their relatively low values due to the low structure of tundra vegetation, are still valuable information sources and can separate communities according to their biomass and vegetation structure. In general, all different tundra plant communities show: (i) low maximum NIR reflectance; (ii) a weakly or nonexistent visible green reflectance peak in the VIS spectrum; (iii) a narrow “red-edge” region between the red and NIR wavelength regions; and (iv) no distinct NIR reflectance plateau. These common nadir-view reflectance characteristics are essential for the understanding of the variability of BRDF effects in Arctic tundra. None of the analyzed tundra communities showed an even closely isotropic reflectance behavior. In general, tundra vegetation communities: (i) usually show the highest BRDF effects in the solar principal plane; (ii) usually show the reflectance maximum in the backward viewing directions, and the reflectance minimum in the nadir to forward viewing directions; (iii) usually have a higher degree of reflectance anisotropy in the VIS wavelength region than in the NIR wavelength region; and (iv) show a more bowl-shaped reflectance distribution in longer wavelength bands (>700 nm). The results of the analysis of the influence of high sun zenith angles on the reflectance anisotropy show that with increasing sun zenith angles, the reflectance anisotropy changes to azimuthally symmetrical, bowl-shaped reflectance distributions with the lowest reflectance values in the nadir view position. The spectro-directional analyses also show that remote sensing products such as the NDVI or relative absorption depth products are strongly influenced by BRDF effects, and that the anisotropic characteristics of the remote sensing products can significantly differ from the observed BRDF effects in the original reflectance data. But the results further show that the NDVI can minimize view angle effects relative to the contrary spectro-directional effects in the red and NIR bands. For the researched tundra plant communities, the overall difference of the off-nadir NDVI values compared to the nadir value increases with increasing sensor viewing angles, but on average never exceeds 10 %. In conclusion, this study shows that changes in the illumination-target-viewing geometry directly lead to an altering of the reflectance spectra of Arctic tundra communities according to their object-specific BRDFs. Since the different tundra communities show only small, but nonetheless significant differences in the surface reflectance, it is important to include spectro-directional reflectance characteristics in the algorithm development for remote sensing products. / Die arktische Tundra ist mit circa 5,5 % der Landoberfläche eines der letzten großen verbliebenen fast unberührten Ökosysteme unserer Erde. Nur die Fernerkundung ist in der Lage, benötigte Informationen über Struktur und Zustand dieses Ökosystems großräumig und in regelmäßigen Zeitabständen zur Verfügung zu stellen. Aber fast alle natürlichen Oberflächen zeigen individuelle anisotrope Reflexionsverhaltensweisen, welche durch die bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion (englisch: BRDF) beschrieben werden können. Dieser Effekt kann zu erheblichen Veränderungen im gemessenen Reflexionsgrad der Oberfläche in Abhängigkeit von den solaren Beleuchtung- und Blickrichtungsgeometrien führen. Zielstellung dieser Arbeit ist die hyperspektrale und spektro-direktionale Charakterisierung der Oberflächenreflexion wichtiger und repräsentativer arktischer Pflanzengesellschaften in Sibirien und Alaska, als Grundlage für die Extraktion von Vegetationsparametern und die Normalisierung von BRDF-Effekten in Off-Nadir und multi-temporalen Fernerkundungsdaten. In Vorbereitung auf die bevorstehende nationale EnMAP Satellitenmission ist ein Grundverständnis der BRDF-Effekte in der arktischen Tundra von wesentlicher Bedeutung für die Erstellung von hochqualitativen, konsistenten und damit vergleichbaren Datensätzen. Die in dieser Arbeit genutzten Daten beruhen auf geländespektroskopische und geländespektro-goniometrische Untersuchungen von repräsentativen Messflächen in Sibirien und Alaska. Die Entwicklung eines leichten, transportablen und einfach anzuwendenden Geländespektro-Goniometers, welches dennoch zuverlässig Daten liefert, war die erste Aufgabe. Hierfür habe ich ein Gerät mit der Bezeichnung ManTIS („Manual Transportable Instrument platform for ground-based Spectro-directional observations“) entwickelt. Die Ergebnisse der geländespektro-radiometrischen Messungen entlang wichtiger ökologischer Gradienten (regionales Klima, pH-Wert des Bodens, Bodenfeuchte, Toposequenz) zeigen, dass die Pflanzengesellschaften sich anhand ihrer Nadir-Reflektanzen unterscheiden lassen. Insbesondere die Möglichkeit der Differenzierung im sichtbaren (VIS) blauen und roten Wellenlängenbereich. Die Nah-Infrarot (NIR) Schulter und das NIR-Reflektanzplateau sind trotz ihrer niedrigeren Reflektanzwerte eine wertvolle Informationsquelle, die genutzt werden kann um die Pflanzengesellschaften entsprechend ihrer Biomasse und der Vegetationsstruktur voneinander zu unterscheiden. Im Allgemeinen zeigen die verschiedenen Pflanzengesellschaften der Tundra: (i) eine niedrige maximale NIR-Reflektanz; (ii) ein schwaches oder nicht sichtbares lokales Reflektanzmaximum im grünen VIS-Spektrum; (iii) einen schmalen „red-edge“ Bereich zwischen dem roten und NIR-Wellenlängenbereich und (iv) kein deutliches NIR-Reflektanzplateau. Diese gemeinsamen Nadir-Reflektanzeigenschaften sind entscheidend für das Verständnis der Variabilität der BRDF-Effekte in der arktischen Tundra. Keine der untersuchten Pflanzengesellschaften wies isotrope Reflektanzeigenschaften auf. Im Allgemeinen zeigt Tundravegetation: (i) die höchsten BRDF-Effekte in der solaren Hauptebene; (ii) die maximalen Reflexionsgrade in den rückwärts gerichteten Blickrichtungen; (iii) höhere Grade an Anisotropie im VIS-Spektrum als im NIR-Spektrum und (iv) schüsselförmige Reflexionsgradverteilungen in den längeren Wellenlängenbereichen (>700 nm). Die Analyse des Einflusses von hohen Sonnenzenitwinkeln auf die Anisotropie der Rückstrahlung zeigt, dass sich mit zunehmenden Sonnenzenitwinkeln die Anisotropie-Eigenschaften in azimutal-symmetrische schüsselförmige Reflexionsgradverteilungen ändern. Auch ergeben die spektro-direktionalen Analysen, dass Fernerkundungsprodukte wie der NDVI oder die relative Absorptionstiefe stark von BRDF-Effekten beeinflusst werden. Die anisotropen Eigenschaften der Fernerkundungsprodukte können sich erheblich von den beobachteten BRDF-Effekten in den ursprünglichen Reflektanzdaten unterscheiden. Auch lässt sich aus den Ergebnissen ableiten, dass der NDVI relativ gesehen die blickrichtungsabhängigen BRDF-Effekte minimieren kann. Für die untersuchten Pflanzengesellschaften der Tundra weichen die Off-Nadir NDVI-Werte nie mehr als 10 % von den Nadir-NDVI-Werten ab. Im Resümee dieser Studie wird nachgewiesen, dass Änderungen in der Sonnen-Objekt-Sensor-Geometrie direkt zu Reflektanzveränderungen in den Fernerkundungsdaten von arktischen Pflanzengesellschaften der Tundra entsprechend ihrer objekt-spezifischen BRDF-Charakteristiken führen. Da die verschiedenen Arten der Tundravegetation nur kleine, aber signifikante Unterschiede in der Oberflächenreflektanz zeigen, ist es wichtig die spektro-direktionalen Reflexionseigenschaften bei der Entwicklung von Algorithmen für Fernerkundungsprodukte zu berücksichtigen.

La mission JUICE de l’ESA sera la troisième mission d’exploration entièrement dédiée au système de Jupiter, et la première à se concentrer sur les lunes Galiléennes glacées susceptibles d’abriter des océans d’eau liquide. Prévue pour un lancement en 2022 et une insertion en orbite jovienne fin 2029, la sonde emportera parmi ses 11 instruments le spectro-imageur MAJIS. Les données d’un tel instrument comprennent une image à haute résolution spatiale de la zone étudiée et un spectre pour chacun des pixels de cette image. Ce spectre, dans la gamme allant de 0.5 à 5.5 µm, permet d’obtenir des informations physico-chimiques sur le contenu du pixel concerné. Le laboratoire où j’ai effectué mon travail de thèse, l’IAS, s’est vu confier la responsabilité de la réalisation de MAJIS. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail était de contribuer à la définition et à l’implémentation de l’étalonnage de l’instrument : j’ai pour cela dû comprendre d’abord ses objectifs scientifiques et les exigences instrumentales qui en découlent, et maîtriser les caractéristiques des sous-systèmes qui composent MAJIS. J’ai tout d’abord traité les données de l’imageur intégral de champ de SPHERE, un instrument du VLT, qui avait observé la lune Galiléenne volcanique Io en 2014. Bien que ce satellite soit un objectif mineur de la mission JUICE, j’ai dû me confronter au fonctionnement de l’instrument pour en réduire les données et le traitement des spectres a requis le développement d’un modèle photométrique d’observation de la surface que j’ai pu confronter à la réalité et à d’autres études. L’identification de nombreux biais systématiques dans ces données et la quantification de ses limites de détection spatiales et spectrales m’ont permis de souligner l’aspect critique de la phase d’étalonnage de MAJIS pour que ses données soient exploitables. Avant cette étape toutefois, la connaissance des sous-systèmes qui vont constituer l’instrument est elle aussi nécessaire car certains de leurs paramètres conditionneront le déroulement de cet étalonnage et ils ne pourront pas tous être mesurés à cette occasion. J’ai donc caractérisé, à l’aide des bancs optiques dédiés à l’IAS, le plan focal de l’instrument et surtout son détecteur CMOS infrarouge de type HgCdTe. J’ai pu mesurer ses caractéristiques les plus courantes, comme son courant d’obscurité, sa profondeur de puits, son efficacité quantique, son éventuelle persistance, son bruit de lecture et la linéarité de sa réponse. Dans le cas d’une mission vers Jupiter, un autre aspect des performances du détecteur doit être étudié en détail : sa résistance aux radiations, particulièrement intenses dans la magnétosphère jovienne. J’ai pu effectuer une série de tests sur des détecteurs témoins avec des sources d’électrons, de protons et de photons de hautes énergies, qui m’ont permis de montrer la très bonne résistance du plan focal aux dégâts permanents. Ces données ont aussi permis de caractériser expérimentalement le signal transient induit par un bombardement aux électrons, ce qui m’a permis de valider l’approche de filtrage de ce signal qui sera implémentée en vol. C’est enfin grâce aux résultats de ces trois approches et au développement d’un modèle photométrique complet de l’instrument et de son dispositif d’étalonnage, que j’ai pu discuter l’architecture de ce dernier et proposer des séquences de mesure pour la campagne d’étalonnage. J’ai donc travaillé avec les ingénieurs du laboratoire et des industriels pour réaliser ce dispositif d’étalonnage, sélectionner les sources de lumière qui permettront la mesure de la réponse spatiale, spectrale et radiométrique de l’instrument nécessaires à l’interprétation de ses données au cours de la mission. Au moment de la rédaction de ce manuscrit, le banc d’étalonnage était en cours d’assemblage et j’ai donc pu conclure ce travail par la confrontation de mon modèle aux résultats expérimentaux de validation de certaines voies optiques du dispositif d’étalonnage. / The ESA JUICE mission will only be the third mission fully dedicated to exploring the Jupiter system, and the first with a specific focus on the icy Galilean moons that may harbor oceans of liquid water. Planned for launch in 2022 for a Jovian orbit insertion in late 2029, the probe will carry MAJIS among its 11 instruments, an imaging spectrometer operating from the visible to medium infrared wavelengths. This type of instrument provides very comprehensive data of the observed surface or atmosphere/exosphere: its high spatial resolution capability provides geomorphological information, such as the presence of craters or faults that mark the age and activity of the terrain, while for each pixel a spectrum is acquired. This spectrum, ranging from 0.5 to 5.5 $mu$m, yields physical and chemical information on the region of interest, thus placed in its geomorphic context. The Institut d'Astrophysique Spatiale, my PhD host laboratory, has a legacy of development of such instruments, prominently OMEGA aboard the 2003 Mars Express probe, of which MAJIS is the latest and current project. In this context, my work’s aim was to contribute to the definition and implementation of the instrument’s calibration: to achieve that I first had to understand its scientific objectives and the resulting instrumental requirements, as well as mastering the characteristics of MAJIS subsystems. As part of that process, I analyzed recent data of Io acquired with SPHERE, an integral field spectrometer on the VLT, which possesses similarities with the expected data products of MAJIS. Though this satellite is a minor objective of the JUICE mission, I had to understand the instrument itself in order to reduce its data and the spectra analysis required the development of a photometric model of a surface observation which I confronted to the reality and to previous studies. The identification of many systematic biases in these data and the quantification of its spatial and spectral detection limits allowed me to highlight the critical aspect in the upcoming calibration phase of MAJIS in order to get interpretable in-flight data. To reach this goal the knowledge of the subsystems of the instrument is also necessary because their behavior will condition the calibration scenario and all their parameters will not be measured again on this occasion. I have therefore characterized, using dedicated optical benches, the focal plane of the instrument and especially its HgCdTe CMOS infrared detector. I was able to measure its most common characteristics, such as its dark current, full-well capacity, quantum efficiency, persistence and readout noise. The knowledge of QE and full-well depth was incorporated into an end-to-end radiometric model of MAJIS, which I fed with the spectral radiance of different scientific targets, including modeled ionian surface flows. In turn, this allowed me to select sources and optical solutions suitable for calibration. Due to the intense radiation levels in the Jovian magnetosphere, the detector’s resilience to radiations also needed to be studied. I was able to perform three test campaigns on control detectors with sources of electrons, protons and high energy photons, which allowed me to show the overall very good resilience of the focal plane to permanent damages and to validate the foreseen transient effects reduction algorithms. These three approaches required that I develop a complete photometric model of the instrument and of its calibration setup which I used to discuss its design and submit test sequences for the calibration campaign. I have worked with our laboratory engineers and industrials to design then build the calibration setup with the light sources that will allow measurement of the spatial, spectral and radiometric responses of the instrument, required to interpret its data during the mission.

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Nous présentons des observations obtenues en spectroscopie X, à l'aide du satellite japonais GINGA, et en spectro-imagerie X, à l'aide du satellite americano-germanique ROSAT, que nous analysons, puis interprétons à l'aide d'une modélisation de l'évolution des galaxies elliptiques, d'une part, et de la distribution du gaz X et de la masse totale dans les amas de galaxies, d'autre part. Dans une première partie, nous présentons l'analyse des données de la spectroscopie X, lorsqu'elles sont combinées aux données optiques et d'imagerie X. Nous confirmons la présence d'une masse importante de fer dans le milieu intra-amas ainsi que son origine localisée dans les galaxies elliptiques (et lenticulaires). Dans une seconde partie, un modèle d'évolution appliqué aux galaxies elliptiques, où la formation d'étoiles massives est renforcée en début d'évolution est développé, qui permet d'expliquer conjointement les observations à l'échelle des amas et à l'échelle des galaxies mêmes; les supernovae de type II produisant simultanément le fer et l'énergie thermique à l'origine de son éjection hors des galaxies. Dans une troisième et dernière partie, nous présentons une méthode de détermination de la masse, et de la distribution, du gaz intra-amas et de la masse totale ("matière noire" comprise) à partir des données X (spectroscopie globale et imagerie détaillée), puis l'appliquons à un amas particulier : A2163, dont les propriétés extrêmes (amas le plus chaud et le plus massif connu) ont des conséquences importantes sur les modèles cosmologiques.