Tesis sobre el tema "Multi-détecteurs"

La fibre optique semble être le seul média capable de transporter des débits allant jusqu'au Gigabit par seconde et au-delà, vu sa grande bande passante. La technologie radio DECT-DPRS et l'Ultra-large bande (UWB) permettent de transporter des flux de données en mode paquets avec des débits élevés. L'utilisation d'une infrastructure optique pour relier les différents points d'accès (radio sur fibre) permettra des économies dans le déploiement des réseaux haut débit dans le monde de l'entreprise. Nous nous intéressons dans ce mémoire à l'accès multiple par code (CDMA). Le but de ce travail est de proposer une structure de récepteur multi-utilisateurs, basée sur une annulation en parallèle des interférences, améliorée en termes de performance et de complexité réduite. L'amélioration proposée consiste à introduire un coefficient de pondération des interférences et/ou un coefficient multiplicateur pour le signal de l'utilisateur détecté. Une étude théorique complète, abondée par des simulations est présentée et les imperfections des éléments du réseau optique sont prises en compte, sans oublier une comparaison avec les dispositifs classiques pré-existants. De plus, dans le but d'assurer une mutualisation des éléments intelligents de l'interface DPRS reliant le réseau optique, nous avons proposé un algorithme d'identification des modulations proposées dans le standard de l'ETSI afin d'assurer la gestion dynamique des ressources. Plusieurs solutions possibles sont présentées et nous proposons un détecteur de type de modulation original, dont nous fournissons une étude théorique et par simulation (optimisation des seuils, comparaisons avec les solutions alternatives)
The optical fiber appears to be the only medium able to convey informations at rates exceeding 1Gb/s, owing to its large bandwidth. The DECT-GPRS and UWB radio technologies allow to transmit data streams in packet mode at high rates. Using an optical infrastructure to link the different access points (radio on fiber) leads to cost reductions in the high data rate networks deployment in the office environment. Our concern, in this thesis report, is with code division multiple access (CDMA). The aim of our work is to design a, performance enhanced and reduced complexity, multi-user receiver structure, based on the parallel cancellation of interferences, our solution is to introduce an interference weighting factor and/or an amplification factor for the detected user signal. A complete theoretical study, supported by simulations, is presented and the optical elements imperfections are taken into account, without omitting a comparison with classical pre-existing systems. Moreover, in order to ascertain the sharing of intelligent components of the DPRS interface to the optical network and dynamic resource supervision, an algorithm is presented for identification of the modulation types authorized by the ETSI standard, several possible solutions are depicted and a novel modulation detector is described, theoretically analyzed, optimized using simulations (thresholds, comparison with alternative solutions)

L'objectif de la thèse est de proposer une solution pour un circuit intégré matriciel pour l'imagerie de rayons X fonctionnant, soit en mode spectrométrique où l'énergie de chaque photon X est mesurée, soit en mode d'intégration de charges où l'énergie totale déposée par les rayons X pendant une image est mesurée, la solution devant être à terme compatible avec un détecteur de grande surface typiquement de 20 cm x 20 cm. Un circuit de test (ASIC), ‘Sphinx' de 20 x 20 pixels au pas de 200 µm x 200 µm, en technologie CMOS 0.13 µm a été conçu pour servir de preuve du concept proposé. L'architecture de pixel retenue permet la quantification de la charge incidente par des paquets de contre-charges aussi bas que 100 électrons, ces contre-charges étant comptabilisées, soit pour chaque photon X (mode spectrométrique), soit pour la totalité des photons détectés pendant une image (mode intégration). Les premières mesures de caractérisation prouvent la validité du concept avec de bonnes performances en termes de consommation, bruit et linéarité. Une partie des pixels est dédiée à la détection directe des rayons X, ceux-ci étant alors convertis en charges électriques dans un semi-conducteur, tel que CdZnTe par exemple, lequel semiconducteur est couplé pixel à pixel à l'ASIC. Une autre partie des pixels est dédiée à la détection indirecte des rayons X, ceux-ci étant alors convertis en photons visibles dans une couche scintillatrice, telle CsI : Tl par exemple, et chaque pixel de l'ASIC possédant alors une photodiode. Pour ce dernier mode, de nouvelles formes de photodiodes rapides et peu capacitives ont de plus été conçues, simulées, et fabriquées en technologie CMOS 0.13 µm sur un autre ASIC. Enfin, la thèse se conclut en proposant des idées d'amélioration de performances à réaliser potentiellement dans un futur prototype
The objective of the thesis is to propose a solution for a 2D integrated circuit X-ray imager working, either in spectrometric mode where each X photon energy is measured, or in charge integration mode where the total energy deposited by X-ray during an image is measured, the solution being compatible with large area detectors typically of 20 cm x 20 cm. A proof of concept prototype ASIC 'Sphinx' was designed and fabricated in CMOS 0.13 µm technology; the ASIC being formed of a matrix of 20 x 20 pixels with a 200 µm pixel pitch. The designed architecture allows the quantification of the incoming charge through the use of counter-charge packets as low as 100 electrons. The injected packets are counted for each X photon (in the spectrometric photon counting mode), or for all charges integrated during the image period (in charge integration mode). First characterization measurements prove the validity of the concept with good performance in terms of power consumption, noise, and linearity. A first part of the ASIC is dedicated to X-ray direct detection where a semiconductor, e.g. CdZnTe, hybridized to the ASIC's pixels converts X-photons to electrical charge. Another part of the ASIC is dedicated indirect X-ray detection where a scintillator, e.g. CsI:Tl, is used to convert X-photons to visible photons which are then detected by in-pixel photodiodes. For the latter mode, new forms of photodiodes characterized by fast detection and low capacity were designed, simulated, and fabricated in CMOS 0.13 µm technology on a different ASIC. Finally, the thesis concludes with proposing performance enhancing ideas to be potentially implemented in a future prototype

Des études récentes ont mis en évidence l’avantage de la détection multi-utilisateurs qui prend en compte l’observation de tous les utilisateurs lors de la détection. A l’origine et pour des raisons de complexité, les récepteurs opèrent la détection et le décodage de manière disjointe. Cependant les détecteurs optimaux sont très complexes. Il devenait intéressant de considérer des techniques de détection et décodage conjoints qui peuvent présenter performances et complexité avantageuses en vue d’implantation circuit. En se basant sur des études préalables, nous avons retenu une configuration de détection à suppression d’interférence successive (SIC) suivi du décodage et une configuration de détection et décodage conjoints intégrant un turbo décodeur à l’intérieur des unités de suppression d’interférence du détecteur SIC. Nous avons commencé par estimer l’effet de la quantification des données en comparaison avec les résultats théoriques des études préalables, ce qui nous a permis de choisir le nombre de bits de quantification adéquat et en application à l’UMTS. Dans une deuxième partie, nous avons modélisé en VHDL les éléments de base du détecteur SIC. A partir de ces modélisations, des analyses temporelles et des bilans de complexité surface, nous avons choisi les architectures adéquates pour chacune des configurations à implanter compte-tenu des contraintes du système UMTS dans sa liaison montante. Cette étude nous a permis de donner l’avantage à l’implantation de la détection et du décodage conjoints qui est la plus adaptée au système d’application sur le plan des performances, de la surface, du temps de traitement et de la flexibilité de fonctionnement
Sims data transmission in CDMA systems depends on multiple access interference which considerably degrades the performance, the optimization of detection is required. Previous studies highlight the advantage of the multi-user detection which considers the observation of all users during detection. Originally for reasons of complexity, the receivers operate on detection and decoding in a separate way. However, the complexity of optimal detectors is very high. It became interested on considering techniques of joint detection and decoding which can have advantageous performances with suitable implementation complexity. Based on some preliminary studies, we consider two configurations for our implementation study, one is achieved by using a successive interference cancellation (SIC) detector followed by turbo decoder and the other is a joint detection and decoding which integrates a turbo decoder inside the interference cancellation unit of the SIC detector. Firstly, we estimated the effect of the data quantization in comparison with the theoretical results in the preliminary studies. This allowed us to choose the adequate quantization bits for our implementation, in which the UMTS uplink model is considered. In the second step, we modelled the basic elements of the SIC detector by using VHDL. Then, according to modelling, temporal analyses and surface complexity, we chose appropriate architectures for each configuration under the constraints of UMTS uplink. This study enabled us to conclude that implementation of the joint detection and decoding configuration is well suitable for the application

Les détecteurs phoswich sont présentement considérés par de nombreux groupes de recherche comme une solution intéressante pour mesurer la profondeur d'interaction en imagerie TEP (tomographie par émission de positrons) et multi-modale TEP/CT ( Computerized Tomography ou tomodensitométrie). Plusieurs facteurs affectent la collecte de lumière et le ratio signal bruit de ces détecteurs à scintillation dont la longueur d'onde d'émission des différents cristaux, l'indice de réfraction et le rendement lumineux. Les effets des propriétés intrinsèques et extrinsèques des scintillateurs sur la propagation et la collecte de lumière ont été étudiés. Des photodiodes avalanches (PDA) et des tubes photomultiplicateurs (TPM) ont été utilisés comme photodétecteurs afin d'étudier le rendement lumineux des cristaux à différentes longueurs d'onde. Huit différents types de réflecteurs ont été expérimentés dans des matrices cristallines (4 x 4 pixels) de BGO (germanate de bismuth), de GSO, de CsI(TI) (iodure de césium dopé au thallium) et de LSO. Le rendement lumineux de même que la résolution en énergie des cristaux ont été mesurés en fonction de leur position à l'intérieur des matrices."--Résumé abrégé par UMI

Le scanner LabTEP/TDM est un scanner bimodal alliant l'imagerie moléculaire offerte par la tomographie d'émission par positrons et l'imagerie anatomique fournie par la tomodensitométrie.Le scanner proposé parLe laboratoire LabTEP de l'Université de Sherbrooke, bien qu'ayant une résolution spatiale limitée en TDM ([tilde] 500 [mu]m), présente un support anatomique suffisant pour réaliser des études fonctionnelles TEP de haute qualité tout en imposant des doses tout à fait légères à l'animal ([tilde] 1 mGy). Le but de cette thèse de doctorat est de développer et d'évaluer un détecteur multi-cristal à base de photodiodes avalanches destiné à un scanner bimodal TEP/TDM. Ce détecteur à scintillation doit être en mesure de capter efficacement les photons résultant de l'annihilation des positrons impliqués en imagerie TEP (511 keV) de même que les rayons X de plus faible énergie employés en imagerie TDM (30-120 keV). Afin d'offrir une bonne efficacité de détection, le détecteur se doit d'être compact en présentant une haute fraction d'empaquetage et une haute fraction de couplage, afin de maintenir une collecte de lumière optimale.Le choix du photodétecteur s'est porté vers les matrices de photodiodes avalanche fabriquées par la compagnie PerkinElmer Optoelectrics (Vaudreuil-Dorion, Québec, Canada) à la fois pour leurs grandes qualités, mais aussi pour maintenir et rehausser notre expertise dans le domaine et, ce qui n'est pas négligeable, pour faire fructifier la longue collaboration que le laboratoire LabTEP entretient avec cette compagnie depuis près de 25 ans. Au cours de cette thèse de doctorat, nous avons démontré plusieurs points. Tout d'abord, nous avons déterminé que le scintillateur LYSO (5%Y) est le cristal idéal pour notre application. Son rendement photonique, sa résolution temporelle de même que sa résolution en énergie et l'aisance avec laquelle il est possible de le tailler et de le polir en font un candidat de choix. De plus, contrairement au LSO, aucune contrainte de propriété intellectuelle ne vient entraver son emploi dans un appareil d'imagerie médicale commercial contrairement au LSO. Nous avons démontré que les scintillateurs LYSO pouvaient être assemblés en matrice où le réflecteur 3M VM2000 Radiant Light Film maximisait la collecte de lumière lorsque les cristaux étaient collés avec de la colle époxy suite à leur polissage mécanique. Ces matrices ont présenté un comportement adéquat à 60 keV tout comme à 511 keV, confirmant leur aptitude à performer à la fois en mode TDM et en mode TEP. L'opacité du réflecteur 3M VM2000 nous cause cependant quelques inquiétudes en raison de la diaphonie optique qu'elle entraîne. En mode TEP, ce phénomène est négligeable. Cependant, il faut déterminer à quel point il est délétère pour les performances obtenues en mode tomodensitométrique et quel est le seuil que nous pouvons tolérer. Les résultats obtenus avec le prototype de photodiode avalanche fabriqué par la compagnie PerkinElmer Optoelectronics sont très prometteurs. Ces résultats démontrent que les matrices de photodiode avalanche se comportent avantageusement comparativement à leur équivalent commercial fabriqué par la compagnie Hamamatsu. Bien que le processus de développement ait été plus long et plus dispendieux, nous obtenons une matrice de photodiodes à bas bruit, haut gain et fraction d'empaquetage très satisfaisante.

L'imagerie infrarouge presente des limitations inherentes aux detecteurs. Afin de proposer et d'evaluer certaines techniques correctives, nous avons realise la maquette d'un dispositif de veille panoramique. Le detecteur utilise est une barrette hgcdte de 288 points, multiplexes par dtc, avec tdi sur 4 elements. C'est un prototype du lir (cea) sensible jusqu'a 11 microns. Les resultats se transposent facilement a d'autre capteurs. L'analyse des limitations liees a la physique et a la technologie des materiaux montre que les caracteristiques des detecteurs ne sont pas parfaitement maitrisees, en particulier la longueur d'onde de coupure. Les consequences, mineures pour un element isole, sont preoccupantes avec des detecteurs multielements. La multiplicite des sites sensibles est le second aspect de l'analyse. La dispersion des caracteristiques et les derives sont la source d'un bruit spatial fixe, que les corrections habituelles ne suppriment pas totalement. Cela nous a mene a optimiser la periodicite d'une prise de reference. Parallelement des procedures de correction non lineaires ont ete mises en uvre et jugees satisfaisantes. D'autre part, le multiplexage des detecteurs peut engendrer des images fantomes qui occasionnent des fausses alarmes. Pour resoudre ce probleme, on presente un traitement d'image base sur la connaissance a priori des parasites. Le troisieme axe concerne l'echantillonnage. L'echantillonnage spatial, dicte par la geometrie du detecteur, conduit a une forte sensibilite du signal suivant la position de l'image a la frontiere entre deux lignes. Cela peut entrainer des non detections qu'il est possible d'eviter par le biais du traitement du signal. On expose entre autre, une procedure a base d'interpolation, qui renforce efficacement la detection.

Les ensembles de détecteurs de rayon gamma de nouvelle génération, tel AGATA, utilisent des détecteurs multi-segmentés de germanium hyper-pur dans les expériences de physique nucléaire pour lesquelles une grande résolution et efficacité sont demandées. Ces caractéristiques sont obtenues par l’application des techniques d'analyse des formes d'impulsion et de tracking des rayons gamma. Ces dernières demandent une caractérisation volumétrique des détecteurs. À cet effet, l'IPHC a développé une table de scan qui utilise la technique Pulse Shape Comparison Scan (PSCS). Des simulations sont réalisées pour quantifier la précision de la technique PSCS et pour la valider. Elles sont appliquées sur un détecteur planaire pixelisé 3x3 et sur un détecteur symétrique d'AGATA de type S. La méthode est testée avec plusieurs énergies de rayons gamma et diverses statistiques d'entrée. Des scans réels sont aussi entrepris sur les deux détecteurs, qui sont totalement caractérisés. En particulier, un scan réalisé pour la première fois avec une source de rayons gamma de 152Eu, prouve la validité de certaines hypothèses sur lesquelles repose la technique de tracking
New generation gamma-ray detectors arrays, such as AGATA, employ multi-segmented high purity germanium detectors in experiments of nuclear physics that require high resolution and efficiency which are obtained thanks to the application of pulse-shape analysis and gamma-ray tracking. These techniques require full volume characterization of the position sensitive detectors. The IPHC developed a scanning table that uses the Pulse Shape Comparison Scan (PSCS) technique to perform this task. Simulations are performed to quantify the accuracy of the PSCS and to validate it.They are applied on a pixelated 3x3 planar detector and a symmetrical S-type AGATA detector. The method is tested with different gamma-ray energies and input statistics. Several real scans are performed as well on both detectors, which are fully characterized. In particular a scan with agamma-ray source of 152Eu, the first ever done, prove some assumptions on which the tracking technique is based

La détection de contour a pour objectif l'acquisition d'une représentation compacte de toutes les propriétés significatives de la scène perçue. Elle doit être efficace et fiable, car la validité et l'efficacité ainsi que les possibilités de réalisation des traitements ultérieurs y sont directement liées. Cependant, la présence du bruit dans l'image rend difficile la conception d'un algorithme général de détection de contours satisfaisant d'une manière optimale ces exigences. C'est la raison pour laquelle de nombreux détecteurs ont été proposés souvent différents par leur objectif ainsi que par leurs propriétés mathématiques et algorithmiques. Le problème auquel se trouve souvent confronter les utilisateurs de la détection de contours est le choix du détecteur le plus approprié pour l'application envisagée. Le thème central de cette thèse est la détection de contours dans des images à niveaux de gris, en visant la mise en œuvre d'une sélection automatique de détecteurs et de leurs paramètres les plus appropriés pour mettre en évidence un contour donné. Pour disposer d'un ensemble d'outils nécessaires à la détection de contours, nous proposons deux détecteurs de contours originaux. Le premier est destiné aux lignes de crête. Il est optimal au sens de Canny et implanté efficacement par des équations aux différences. Le second est un détecteur de contours fermés de type marche fondé sur des techniques d'apprentissage. Il est destiné à des images comportant quelques objets poses sur un fond. Cet algorithme peut être utilisé pour la détection de contours et pour l'extraction de régions. La définition d'un critère de sélection de détecteurs et le calcul automatique de leurs paramètres nécessitent la spécification de la relation de cause à effet entre les caractéristiques du contour et les propriétés des détecteurs. Dans ce contexte, nous proposons une étude bibliographique approfondie et une étude théorique mettant en évidence l'influence des attributs des contours sur les performances des détecteurs. Cette étude validée par des expérimentations a permis d'obtenir des résultats originaux. En ce qui concerne la sélection des détecteurs de contours, nous proposons une approche incrémentale qui consiste à choisir un seul détecteur à chaque itération. La combinatoire de l'approche proposée est faible grâce à l'utilisation d'heuristiques. Le système implanté est composé d'algorithmes originaux. Il a l'avantage de fournir une solution efficace assurant le compromis entre deux critères de performance qui sont de nature antagoniste : la détection et la localisation.

L’émission accidentelle de gaz sur des sites industriels ou l’utilisation d’armes chimiques peuvent avoir des conséquences dramatiques. Bertin Technologies commercialise une caméra multispectrale infrarouge utilisant un détecteur non-refroidi appelée Second Sight permettant de détecter de nombreux gaz. Cependant, l’acquisition temporelle des images spectrales est un frein pour une utilisation sur porteurs mobiles (véhicules, drones…). L’objet de la thèse a donc été d’étudier plusieurs concepts de caméras multispectrales à acquisition simultanée utilisant un seul détecteur non-refroidi. J’ai travaillé sur deux concepts d’architectures optiques : une architecture basée sur l’utilisation d’un kaléidoscope et une architecture multivoies inspiré de l’architecture TOMBO. L’architecture kaléidoscope a l’avantage d’utiliser de manière optimale le détecteur pour de fortes ouvertures et pour une grande variété de champs de vue. Elle est cependant encombrante et la fonction multispectrale reste délicate à intégrer. L’architecture multivoie, quant à elle, est très compacte et facilement adaptable à des applications multispectrales mais un compromis entre le champ de vue et l’ouverture doit être trouvé. Nous avons choisi cette architecture comme successeur de la Second Sight et j’ai pu réaliser un démonstrateur. Enfin, un modèle radiométrique a été développé pour comparer les différentes caméras et j’ai montré que la caméra TOMBO pouvait avoir de meilleures performances que la Second Sight grâce à l’acquisition simultanée des images multispectrales
The accidental emission of gas in an industrial platform or the use of chemical weapons can have dramatic consequences. Bertin Technology commercialize an infrared multispectral camera using an array of uncooled detectors and called Second Sight allowing the detection of numerous gas. However, the temporal acquisition of spectral images is a limitation for a use on mobile platforms (vehicles, drones...). Therefore, the purpose of my PhD was to study several concepts of snapshot multispectral cameras using a single array of uncooled detectors. I worked on two concepts of optical architectures: a kaleidoscope-based design and a multichannel design inspired by the TOMBO architecture. The kaleidoscope-based camera can use optimally the focal plane array while having an important aperture and a great range of Fields of View. However, it has an important footprint and the implementation of the multispectral function is not obvious. By comparing, the multichannel architecture can be very compact and easily adaptable for multispectral applications but a compromise between its aperture and its Field Of View is necessary. Following these studies, the TOMBO multichannel design was chosen as the successor of the Second Sight and I could make a first demonstrator. Finally, a radiometric model was developed to compare the different cameras and I showed that the TOMBO camera could have better performances than the Second Sight thanks to its snapshot feature

La tomographie à rayons X est une technologie d’imagerie en trois dimensions. Elle se base sur la transmission de rayons X à travers l’objet d’étude. Elle est non destructive mais néanmoins irradiante. Cette technique de visualisation est utilisée principalement dans trois domaines : le diagnostic médical, le contrôle non destructif (détection de défauts dans des pièces industrielles de haute performance) et la sécurité (contrôles aéroportuaires des bagages). Les récentes avancées technologiques dans le domaine des détecteurs spectrométriques de rayons X ouvrent des perspectives d’amélioration de cette technique d’imagerie dans ses divers domaines d’application. Nous avons développé une nouvelle méthode reconstruction statistique appelée MLTR-ONE-STEP qui permet de reconstruire la variabilité énergétique du coefficient linéaire d’atténuation de l’objet étudié. Cette approche est dite « one-step » car elle reconstruit directement le volume final à partir des mesures brutes issues de détecteurs spectrométriques.Les phénomènes physiques au sein du détecteur provoquent une distorsion énergétique du spectre d’atténuation qui a été prise en compte lors de la reconstruction. La méthode utilisée s’inscrit dans le cadre bayésien et maximise la log-vraisemblance du modèle tout en prenant en compte de l’a priori spatial sur le volume reconstruit. L’objectif de la méthode est l’amélioration de la qualité de l’image finale (réduction des artefacts et niveau de bruit) et la quantification des matériaux présents. Nous avons étudié dans le cadre de données simulées l’influence des paramètres de régularisation sur la reconstruction. En pratique, le détecteur de rayon X étudié classe les photons incidents en 64 canaux. Ils sont ensuite regroupés en un nombre de canaux plus faible (2 à 25) et l’influence de ce regroupement a été étudiée. La reconstruction MLTR-ONE-STEP a ensuite été testée sur des données expérimentales regroupées en 12 canaux
X-ray spectral tomography is a 3D visualization technique. It is based on the transmission of X-rays through object matter. It is a non-destructive technology but which irradiates the studied object/patient. X-ray tomography is mainly used in three areas: medical diagnosis, non-destructive testing (detection of defects in industry devices) and airport security (luggage screening). New technological breakthroughs in X-ray photon-counting detectors provide new perspective for improving this technique in each application field. We have developed a new reconstruction method named MLTR-ONE-STEP which enables the obtention of energetic variability of the scanned object linear attenuation coefficient. This approach belongs to the “One-Step” class because it directly reconstructs the final images from raw photon-counting detector data.Physical effects inside the detector are causing spectral distortion of the energetic spectrum. This distortion is taken into account in our reconstruction through a Detector Response Matrix. The developed reconstruction method maximizes the poissonian likelihood of the measurements with a spatial regularization Tukey term. The objectives of spectral tomography are the improvement of the image quality compared to standard tomography and the quantification of materials inside the object. We have studied the influence of regularization parameters on the final result. In practice, photon-counting detector measurements are in practice sorted in 64 energy bins. Bins are then merged in a smaller number (from 2 to 25). The influence of this binning was studied on simulated data. The MLTR-ONE-STEP was then tested on real experimental data in order to prove the feasibility of such a “One-Step” reconstruction method

Les électrodes en diamant polycristallin dopé au bore (BDD) présentent beaucoup d'intérêts et notamment une large fenêtre de potentiel supérieure à 3 V en milieux aqueux, un faible courant résiduel et une excellente résistance à la corrosion et à l'encrassement. Ces propriétés en font donc un matériau de choix pour le développement de capteurs chimiques. Afin d'exalter la réactivité des électrodes BDD envers certains composés, notre approche a consisté à déposer sur la surface des électrodes des nanoparticules à base de métaux de transition comme le platine ou l'iridium. Ces nanoparticules présentent une activité électro catalytique intéressante, ce qui ouvre la voie à la détection de produits dérivés de réactions enzymatiques, de pesticides ou de bien d'autres espèces non électro-actives sur les électrodes en BDD nues. L'objectif de mes travaux a été de mettre au point une nouvelle méthode de dépôt de nanoparticules métalliques sur la surface d'électrodes et de les caractériser d'un point de vue à la fois structurel et électrochimique. L'objectif est de développer un système de détection multi-capteurs composé d'électrodes BDD chacune fonctionnalisée par un catalyseur métallique différent sous forme de nanoparticules. Le système de détection permet ainsi d'obtenir une signature chimique caractéristique du composé à détecter. Par couplage des différents capteurs, des méthodes algorithmiques d'apprentissage / reconnaissance permettent alors d'apporter de la sélectivité au système de détection, à la manière d'une " langue électronique ". La technique a été appliquée à plusieurs composés d'intérêt, et notamment à l'eau oxygénée, l'indole, le scatol, le paraoxon, et l'imidaclopride
Boron-doped polycrystalline diamond electrodes (BDD) exhibit a number of advantages, including a wide potential window above 3V in aqueous media, a low background current, and excellent resilience to corrosion and fouling. These properties make it a very interesting material for the development of chemical sensors. In order to enhance the reactivity of the BDD electrodes towards a wider range of chemical compounds, we have studied the possibility to deposit on the electrode surface nanoparticles based on transition metals such as platinum or iridium. These nanoparticles exhibit an interesting electro-catalytic activity and open the way to the detection of products derived from enzymatic reactions, pesticides or many other electrochemically non-active species. The aim of this thesis work has been to propose a new method for the deposition of metallic nanoparticles on the diamond surface and to characterize them from a structural and electrochemical point of view. The objective is to develop a multi-sensor detection system composed of several BDD electrodes each functionalized using a different metal catalyst in the form of nanoparticles. The detection system thus enables to obtain a characteristic chemical fingerprint of the product to detect. By assembling several of such sensors, and coupling them with algorithmic learning / recognition methods, the system provides an improved selectivity, in a similar way to an “electronic tongue”. This was applied to several case studies, including the detection of hydrogen peroxide, scatol, indole, paraoxon and imidaclopride

Le Dispositif d'Irradiation d'Agrégats Moléculaires (DIAM) est conçu pour l'étude de mécanismes de dissociation résultant de l'interaction de nanosystèmes moléculaires avec des protons de 20-150 keV. Une technique originale de spectrométrie de masse appelée COINTOF (Correlated Ion and Neutral Time Of Flight) permet la mesure corrélée du temps de vol des fragments neutres et chargés issus de la dissociation d'un système moléculaire sélectionné en masse. Une stratégie de traitement des signaux a été développée afin de pouvoir distinguer des fragments proches en temps (< 1ns). Les données collectées sont structurées dans le logiciel ROOT® pour l'analyse statistique des corrélations. Le fonctionnement de la technique COINTOF est illustré par des expériences de dissociation induite par collision d'agrégats d'eau protonés sur une cible gazeuse. La méthodologie d'analyse des données est exposée à travers l'étude du canal de dissociation du trimère d'eau protoné produisant l'ion chargé H3O+ et deux molécules d'eau. La distribution de la différence de temps de vol entre les deux fragments neutres est mesurée, mettant en évidence une énergie libérée de quelques eV. En parallèle, un second spectromètre de masse à temps de vol adapté à l'évolution du dispositif a été développé. Il associe un temps de vol linéaire et un temps de vol orthogonal et intègre un détecteur à position (ligne à retard). Des simulations ont démontré les potentialités du nouvel analyseur. Enfin, des travaux ont été menés au laboratoire R.-J. A. Lévesque (Université de Montréal) portant sur les capacités d'imagerie de détecteurs à position multi-pixel de la collaboration MPX-ATLAS.

Le développement des détecteurs de rayons X en comptage à base de semiconducteurs est en plein essor depuis une dizaine d’années, et des applications aussi bien dans le domaine médical que dans le domaine du contrôle non destructif sont envisagées. Ces détecteurs permettent en effet de réaliser des mesures à des énergies multiples en une seule acquisition, et ce avec une excellente séparation énergétique. Depuis les années 2008-2009, il semble qu’une véritable course se soit lancée pour le développement de détecteur permettant des mesures multi-énergies sur un nombre toujours plus nombreux de bandes d’énergies. Cependant, à ce jour, parmi l’ensemble des travaux qui ont été réalisés, l’intérêt de réaliser des mesures sur un grand nombre d’énergies n’a pas été démontré pour l’identification de matériaux. Dans le cadre d’une étude en sécurité, nous avons évalué l’intérêt lié à l’utilisation de détecteurs de rayons X en comptage permettant la réalisation de mesures sur plusieurs bandes d’énergies. Le domaine applicatif étudié concerne l’identification de matériaux dans les bagages des voyageurs. Nous avons tout d’abord développé une méthode originale d’identification de matériaux homogènes applicable à tout type de détecteur multi-énergies. Dans un premier temps, nous avons étudié, en simulation, l’évolution des performances d’identification de matériaux avec l’augmentation du nombre de bandes d’énergies de comptage. Un processus d’optimisation a été réalisé dans le but de déterminer, pour certaines configurations, une géométrie optimale des bandes d’énergies de comptage. Dans un second temps, les conséquences résultant de la prise en compte de la fonction de réponse du détecteur ont été quantifiées par la simulation de différents effets détecteurs (partage de charge, résolution en énergie). Une validation expérimentale a enfin pu être effectuée en utilisant un détecteur spectrométrique en comptage. À partir des mesures réalisées avec un tel détecteur, un regroupement des données nous a permis d’évaluer les performances d’identification de détecteurs possédant un nombre de bandes d’énergies de comptage différent. Enfin, nous avons mené une étude préliminaire sur la transposition à la tomographie multi-énergies de la méthode d’identification de matériaux homogènes développée initialement en radiographie. Cette modalité d’imagerie permet alors l’identification de matériaux superposés
The development of X-ray photon counting detectors based on semiconductors has grown up over the last ten years, and applications in medicine, in security and in nondestructive testing are under study. These detectors make it possible to perform measurements at multiple energies in a single acquisition, with an excellent energetic separation. Since the years 2008-2009, it seems that a real race started for the development of detectors performing multi-energetic measurements on an increasing number of energy bands. However, today, within the works already done, the interest of performing measurements on a large number of energies has not been demonstrated for material identification. As part of a study in homeland security, we assessed the interest of using Xray counting detectors that perform measurements on multiple energy bands. The considered field of interest is material identification in the luggage of travelers. We first developed an original method for identifying single materials. This method is applicable to any type of multi-energy detector. In a first time, we studied in simulation the evolution of the performance for identifying materials with the increasing number of energy bands. An optimization process was carried out to determine, for certain configurations, an optimal geometry of the energy bands.In a second step, the consequences of taking into account the detector response function were quantified by simulating different sensors effects (charge sharing, energy resolution). An experimental validation has been performed by using a counting spectrometric detector. From the measurements experimentally obtained with such a detector, combining the data allowed us to evaluate the identification performance that would have detectors possessing a different number of energy bands. Finally, we conducted a preliminary study on the transposition of the identification method initially developed for radiography to the multi-energy computed tomography. This imaging modality allows to identify superimposed materials

La prochaine génération d’instruments pour l'observation de la polarisation du fond diffus cosmologique est particulièrement exigeante en termes de nombre de détecteurs, de qualité de la mesure et d'efficacité de remplissage du plan focal. De plus, pour détecter les modes-B de polarisation provenant de l’inflation, il faut observer le ciel avec plusieurs bandes de fréquence afin de soustraire les avant-plans. Dans ce contexte, les détecteurs à inductance cinétique (KIDs) représentent une technologie très prometteuse en raison de leur grand facteur de multiplexage et de leur facilité de réalisation, tandis que le couplage avec une antenne peut fournir des solutions multi-bandes et double-polarisation dans un design compacte. Les KIDs à éléments localisés (LEKID) couplé à une antenne développé dans cette thèse sont sensibles à la polarisation avec deux sous-bandes à 140 GHz et 160 GHz chacune avec une bande passante de 10%. L'architecture proposée utilise une antenne à fente excitée par une ligne microruban et deux filtres passe-bande vers deux résonateurs. Ces derniers sont couplés capacitivement avec l'antenne et comprennent une ligne microruban en Aluminium comme absorbeur. Cette architecture est particulièrement simple à fabriquer, sans via et ne nécessite que de deux niveaux de métallisation. La transition ne nécessite aucun dépôt de diélectrique au-dessus du résonateur, évitant ainsi les limitations de toute source de bruit due au substrat non-monocristallin (TLS). En outre, la même technique de couplage peut être appliquée à de nombreux types d'antennes excitées par une ligne microruban, ce qui permet de s'adapter aux filtres passe-bande
Next generation telescopes for observing the Cosmic Microwave Background are demanding in terms of number of detectors and focal plane area filling efficiency. Moreover, foreground reduction in B-Mode polarimetry requires sky observation with multiple frequency bands. In this context KIDs are promising technology because of their large multiplexing rate, while antenna coupling can provide multi-band and dual-polarization solutions in compact design. The proposed polarization sensitive antenna-coupled LEKID is operating at 140 GHz and 160 GHz with a bandwidth of almost 10% for each sub-band. The design involves a microstrip excited slot antenna and two open-stub band-pass filters to direct the signal toward two resonators. These are lumped elements capacitively coupled to the antenna and include an Aluminium strip as absorber. The architecture proposed is particularly simple to fabricate, via-less and only involves two metallization levels. The transition doesn't require any dielectric deposition above the resonator, thus preventing limitations from any source of noise due to non-monocrystalline substrate (TLS). Furthermore, the same coupling technique can be applied to many types of microstrip excited antennas, which allow to accommodate band-pass filters

Les bolomètres à électrons chauds (HEB) supraconducteurs sont aujourd'hui les composants les plus sensibles pour la détection cohérente dans le domaine des ondes THz. Ce travail est centré sur l’étude et le développement des mélangeurs de type HEB à refroidissement par phonons dans une configuration quasi-optique permettant l’application multi pixels. D’abord, nous avons étudié un nouveau concept de mélangeur HEB sur membrane comprenant des éléments de couplage en quasi-optique associés à des micro-miroirs. Le comportement du mélangeur HEB sur membrane a été modélisé en utilisant le modèle "hot spot" récemment développé. Les propriétés de couplage du signal incident à cette structure incluant membranes et micro-mirroirs ont été calculées. Certains résultats obtenus par simulation ont été validés par des mesures sur des modèles à l’échelle développés spécifiquement. Nous avons également étudié les propriétés de rayonnement des mélangeurs HEB en quasi-optique utilisant des substrats épais associés à des lentilles. Deux types de configurations ont été étudiées: en mono pixel et en multi pixels. Une approche hybride combinant l’optique géométrique et l’optique physique a été adoptée pour simuler la structure quasi-optique, car une approche électromagnétique globale aurait nécessité des moyens de calcul extrêmement puissants à cause du rapport très élevé entre la dimension de la lentille et la longueur d’onde submillimétrique. Finalement, un modèle de "hot spot" amélioré est présenté. Les prédictions des caractéristiques statiques ainsi que les performances de sensibilité ont été comparées avec les mesures sur un mélangeur en mono pixel et un bon accord a été obtenu

Les détecteurs en silicium sont largement utilises en la Physique de Hautes Energies et representent une surface importante d'un grand detecteur. Ces détecteurs permettent d'obtenir une excellente résolution, aussi bien en position qu'en temps. Ce travail de thèse a consisté a développer un circuit intégré en technologie CMOS fortement sous-micronique (DSM) pour lire les détecteurs à micro-pistes de silicium. Ces circuits doivent équiper les trajectographes pour l'expérience ILC (Intenational Linear Collider). Le premier prototype a été conçu en technologie CMOS 180n en 2005 et comprend un integrateur a faible bruit, un circuit de mise en forme, et un échantillonneur-bloqueur. La disponibilité de la technologie UMC CMOS 130nm au début de l'année 2006 a permis de développer ensuite une autre version plus performante exploitant les spécificités de cette technologie plus fine, et de renforcer l'efficacité du circuit par l'adjonction de nouvelles fonctionnalités. Ce dernier comprend un intégrateur, un circuit de mise en forme, une suppression des voies non touchées opérant sur la somme de trois voies adjacentes et fournissant un signal de déclenchement, une mémoire analogique d'un profondeur de huit périodes d’horloge, et un convertisseur analogique/numérique parallèle. Les circuits sont d'abord testés sur table pour confirmer les fonctionnalités et déterminer les caractéristiques électroniques. Les circuits ont d'abord été testés sur table pour confirmer leur fonctionnalité, et leurs caractéristiques détaillées ont été mesurées. Ils ont été ensuite connectés aux détecteurs et testés avec une diode laser et un source radioactive (90Sr) délivrant des signaux comparables aux particules ionisantes. Enfin, un système complet a été entièrement testé auprès d'une source de particules réelle au CERN. Les résultats de ces divers tests Le choix de la technologie et de l'architecture du circuit sont ainsi validés par ces tests.

Le tube à dérive multifils (TDM) a été développé pour répondre aux problèmes posés dans la conception d'un détecteur central de traces par la haute luminosité des futurs collisionneurs hadroniques comme SSC ou LHC. Pour chaque module (d'un diamètre de 3 cm), 10 fils d'anode en moyenne sont touchés au passage d'une particule. La faible dimension d'une cellule hexagonale (définie par une anode entourée de 6 cathodes situées à 1. 5 mm) permet de détecter 95% des événements en moins de 40 ns, et de minimiser l'effet de charge d'espace lié aux forts taux de comptage. Un détecteur à microbandes a été utilisé comme référence spatiale extérieure: la coordonnée longitudinale est mesurée dans le TDM (par division de charge) avec une résolution (r. M. S. ) sig=3. 5 mm (=0. 9% de la longueur du fil); lorsqu'on utilise du diméthyléther (DME), la coordonnée dans le plan transverse est obtenue (par conversion du temps de dérive) avec une résolution sig=60 microns, grâce au nombre élevé (45/cm) d'ionisations primaires qui caractérise ce gaz. Une analyse préliminaire d'événements multi-traces a permis d'évaluer à 800 microns la distance entre les traces parallèles à partir de laquelle celles-ci sont reconstruites avec une efficacité de 90%. Enfin, des mesures de vieillissement ont montré la stabilité des performances du TDM soumis à une irradiation de 1 Mrad.

L’apparition de la segmentation électrique des détecteurs au GeHP et de l’électronique numérique a ouvert la voie à des applications prometteuses, telles que le tracking γ, l’imagerie γ ou la mesure bas bruit de fond, pour lesquelles une connaissance fine de la réponse du détecteur est un atout. L’IPHC a développé une table de scan utilisant un faisceau collimaté, qui sonde la réponse d’un détecteur dans tout son volume en fonction de la localisation de l’interaction. Elle est conçue pour utiliser une technique innovante de scan 3D, le Pulse Shape Comparison Scan, qui a été d’abord simulée afin de démontrer son efficacité. Un détecteur AGATA a été scanné de manière approfondie. Des scan 2D classiques ont permis, entre autres, de mettre en évidence des effets locaux de modification de la collection des charges, liés à la segmentation. Pour la première fois, une base de données 3D, complète, de formes d’impulsions fonction de la position d’interaction a été établie. Elle permettra notamment d’améliorer les performances du spectromètre AGATA
Recent developments of electrical segmentation of HPGe detectors, coupled with digital electronics have led to promising applications such as γ-ray tracking, γ-ray imaging or low-background measurements which will benefit from a fine knowledge of the detector response. The IPHC has developed a new scanning table which uses a collimated γ-ray beam to investigate the detector response as a function of the location of the γ-ray interaction. It is designed to use the Pulse Shape Comparison Scan technique, which has been simulated in order to prove its efficiency. An AGATA detector has been thoroughly scanned. 2D classical scans brought out, for example, local charge collection modification effects such as charge sharing, due to the segmentation. For the first time, a 3D, complete pulse-shape database has been established. It will especially allow to improve the overall AGATA array performances

Les capteurs de gaz à oxydes semi-conducteurs actuels reposent souvent sur des structures peu stables dans le temps et présentent toujours une faible sélectivité aux gaz. Ainsi ce travail détaille le développement de microcapteurs de gaz dits de « nouvelle génération ». Les différents éléments qui composent ce type de dispositif ont été étudiés et améliorés. En particulier, une nouvelle plateforme chauffante à résistance en platine a été développée en s’appuyant sur une simulation numérique basée sur la méthode des éléments finis. Le bon contrôle des procédés technologiques a permis la mise au point d'une filière technologique multi-capteur associant quatre cellules sur une puce. Une couche sensible de WO3 a pu être intégrée à ce dispositif et les caractérisations électriques et thermographiques ont permis de valider le fonctionnement et la très bonne stabilité de ces structures. Des tests préliminaires en ambiance gazeuse contrôlée ont permis de montrer de bonnes performances globales en termes de sensibilité et de sélectivité. Ce travail constitue une première étape encourageante pour la réalisation d’un nez électronique intégré
Semiconducting oxide gas sensors often bases on structures unstable over time and presents always low gas selectivity. Thus this work describes the development of new generation gas microsensors. The different elements of the device have been studied and improved. In particular, a new micro-hotplate with platinum resistance could be achieved by using a numerical approach based on the finite element method. Good control of technological processes has enabled the development of a multi-sensors technology involving four cells on one chip. A WO3 sensitive layer was able to be integrated into this system and electrical and thermographic characterizations of devices have been enabled to validate functioning and good stability of structures. Preliminary tests in controlled gaseous atmosphere have provided good overall performances in term of sensibility and selectivity. This work is encouraging first stage for electronic nose realisation

Dans ce travail, nous décrivons l’élaboration de nouveaux biocapteurs électrochimiques permettant la détection d’ADN ou d’anticorps. Des monomères pyrrole-ferrocène hydrophiles ont été synthétisés puis co-électropolymérisés avec des dérivés pyrrole fonctionnalisés par des acides nucléiques ou des peptides. Les études électrochimiques ont été réalisées en solution aqueuse sur un format de puce innovant comportant huit électrodes de graphite miniaturisées, permettant ainsi une approche en multi-détection. Les polymères obtenus ont montré de bonnes propriétés électrochimiques. Concernant la détection d’ADN, nos systèmes corrèlent l’existence d’une hybridation avec une forte diminution simultanée de l’intensité au pic d’oxydation du ferrocène du polymère concerné. Un seuil de détection faible de 100 pM de cibles ADN dans 30 µL de solution a pu être atteint. Des études préliminaires nous ont permis de détecter des interactions spécifiques peptide-anticorps en utilisant la même méthodologie
New electrochemical biosensors for the detection of nucleic acids and antibodies are described in this work. Water-soluble pyrrole-ferrocene monomers were synthesized and efficiently co-electropolymerized with pyrrole monomers bearing either nucleic acids or peptides. Electrochemical studies were carried out onto innovative miniaturized graphite microelectrode arrays in aqueous solution. The multi-electrode device allowed to develop a multi-detection assay by the use of our strategy. The obtained polymers showed good electrochemical properties. When investigated as potential new DNA sensor, our system specifically correlated hybridization with concomitant strong decrease in ferrocene oxidation peak intensity. A low detection threshold of 100 pM DNA targets in 30 µL of sample was reached. Preliminary studies allowed us to detect specific peptide-antibody interactions using the same methodology

Ce travail contribue à la conception d’un système de détection-diffusion contrôlant en temps réel la concentration en huile essentielle dans un espace confiné. L’objectif est d’assurer la reproductibilité des conditions d’exposition aux stimuli olfactifs de sujets vivants, afin de tester les impacts neurosensoriels provoqués. La principale contrainte est de pouvoir mesurer, avec de bonnes qualités de rapidité et précision, la concentration odorante d’une atmosphère. Pour la détection gazeuse, le choix s’est porté sur un dispositif basé sur des capteurs de gaz commerciaux à base d’oxyde métalliques (nez électronique), couplé à un étalonnage préalable sous concentrations fixes d’huile essentielle de pin. Un équipement expérimental a été mis au point afin d’étudier, de caractériser et surtout d’optimiser les performances de ce dispositif. De premières études ont permis de classer les capteurs selon la rapidité, la sensibilité et le niveau de dérives, et d’optimiser la procédure de mesures : cycle d’exposition gazeuse de 75sec suivie de 350sec de régénération des capteurs sous air pur. Une caractérisation a été menée à partir de mesures systématiques réalisées sous diverses variations (croissantes, décroissantes, aléatoires) de concentration, prenant ainsi en compte toutes les formes possibles de dérive. Afin de réduire les erreurs dues à ces dérives, un prétraitement original a été initié en normalisant les signaux de réponse, grâce à la réponse de chaque capteur prise en fin de régénération. Deux descripteurs normalisés (conductance moyenne et maximale) ainsi que la valeur maximale de la courbe dérivée de chaque réponse temporelle ont été définis pour chaque capteur. L’exploitation de la base de données constituée à l’aide de ces trois paramètres par des méthodes de classification ACP et AFD montrent la difficulté de différencier les hautes concentrations, même en éliminant les deux capteurs les moins performants. Une toute nouvelle approche est alors proposée en combinant la technique de correction orthogonale des signaux (OSC), conduisant à la suppression des informations non pertinentes de la base de données, suivie d’une régression des moindres carrés partiels (PLS) adaptée aux problèmes de multi-colinéarité et au nombre élevé de variables. L’association de ces méthodes permet une meilleure discrimination des fortes concentrations, tout en garantissant le maximum de stabilité au modèle de régression et la précision d’estimation requise des concentrations gazeuses. Enfin, cette discrimination a été optimisée en remplaçant les trois paramètres représentatifs précédents par l’intégralité des signaux de réponse, le temps de calcul nécessaire restant modique. Une très bonne évaluation de la concentration gazeuse dans toute la gamme utilisée a alors été obtenue. Nous avons ainsi élaboré un modèle robuste et précis pour l’étalonnage de notre système, grâce à des méthodes d’analyse et de prétraitement judicieux, qui permet d’entreprendre la réalisation du prototype
ControlThis work contributes to the design of a gas diffusion-sensing system controlling in real time the essential oil concentration in a confined atmosphere. The objective is to create reproducible exposure conditions of olfactory stimuli on living beings to test their neurosensory impacts. The main constraint is to measure with good accuracy and rapidity the odor concentration of a global atmosphere. We decided to use a gaseous detection device (electronic nose) based on commercial resistive metal oxide sensors coupled to a prior learning at fixed concentrations of pine essential oil. Experimental equipment was first developed in order to study, characterize and especially optimize the device performances to be achieved. Initially, the study of time gas sensor responses was used to optimize working measurement conditions: cycle of 75s gas exposure phase, followed by 350s pure air regeneration phase. First results allowed the classification of our sensors in terms of rapidity, sensitivity and drift levels. A systematic characterization measurement was made under various concentration variations: increasing, decreasing or random ones taking account of all possible forms of response drifts. To reduce errors due to the drifts, an original pretreatment was initiated by normalizing each sensor response value in relation with its corresponding conductance value at the end of regeneration phase. Two normalized features and also the maximum value of the derivative curve were defined for each time sensor response. The analysis by ACP and AFD classification methods of the database created using these three features show the difficulty in differentiating high concentrations, even by eliminating the two least efficient sensors. So, a completely new approach was proposed by combining the orthogonal signal correction technique (OSC) allowing to remove irrelevant information, and the Partial Linear Square regression method PLS, adapted in case of multi-collinearity and a large number of parameters. Using these two methods yields a much better discrimination of the high concentrations, maintaining the concentration prediction accuracy with a maximum stability of the regression model. Finally, the concentration prediction has been optimized by substituting representative parameters with the full response signal, the calculation time remaining low. A very good assessment of the gas concentration in all the used range was obtained. So we have developed a robust and accurate model for the calibration of our system thanks to a combination of original processing and analysis methods, allowing to achieve a reliable detection-diffusion prototype

L'étude de la fission des actinides répond à un double enjeu. Les mesures de distributions de fragments de fission et des probabilités de fission permettent une meilleure compréhension du phénomène en lui-même et une discrimination des modèles de structure et de dynamique nucléaires. De plus, dans le contexte de la conception de réacteurs nucléaires de nouvelle génération et d'incinérateurs de déchets radio-toxiques, de nouvelles mesures sont indispensables pour améliorer les bases de données nucléaires. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de programmes expérimentaux français et américains, utilisant la méthode de substitution, c'est-à-dire des réactions de transfert menant aux mêmes noyaux composés que par irradiation de neutron mais inaccessibles par les méthodes conventionnelles. L'expérience sur laquelle se base ce travail utilise les réactions de transfert multi-nucléon entre un faisceau de 238et une cible de 12en cinématique inverse, afin d'établir, grâce au spectromètre VAMOS, les distributions isotopiques complètes des fragments de fission associée à chaque voie de transfert. Le travail présenté dans ce mémoire se concentre sur l'identification des voies de transfert et leurs propriétés, comme les distributions angulaires et celles en énergie d'excitation, grâce au télescope SPIDER qui identifie les noyaux de recul de la cible. Ce travail de thèse exploratoire vise à généraliser la méthode de substitution à des transferts lourds et à mesurer des probabilités de fission pour la première fois en cinématique inverse. Les résultats obtenus sont comparés aux mesures en cinématique directe et aux mesures par irradiation de neutrons disponibles
The study of actinide fission encounters two major issues. On one hand, measurements of the fission fragment distributions and the fission probabilities allow a better understanding of the fission process itself and the discrimination among the models of nuclear structure and dynamics. On the other hand, new measurements are required to improve nuclear data bases, which are a key component for the design of new generation reactors and radio-toxic waste incinerators. This thesis is in line with different French and American experimental projects using the surrogate method, i. E. Transfer reactions leading to the same compound nuclei as in neutron irradiation, allowing the study of fission of actinides which are inaccessible by conventional techniques, whereas they are important for applications. The experiment is based on multi-nucleon transfer reactions between a 238U beam and a 12C target, using the inverse kinematics technique to measure, for each transfer channel, the complete isotopic distributions of the fission fragments with the VAMOS spectrometer. Work presented in this dissertation is focused on the identification of the transfer channels and their properties, as their angular distributions and the distributions of the associated excitation energy, using the SPIDER telescope to identify the target recoil nuclei. This work of an exploratory nature aims to generalize the surrogate method to heavy transfers and to measure, for the first time, the fission probabilities in inverse kinematics. The obtained results are compared with available direct kinematics and neutron irradiation measurements

Le besoin d'un capteur de gaz sensible,sélectif, stable et compact s'accentue en raison des préoccupations publiques et militaires. La détection photo-acoustique, variante de la spectroscopie par diode laser accordable est une solution prometteuse. Les dispositifs actuels commercialisés et en voie de développement sont encore encombrants et inadaptés pour être transportés par une personne afin de réaliser des mesures embarqués. Cette thèse a pour objectif d'étudier et de développer un micro-résonateur en silicium à transduction capacitive pour la réalisation d'un capteur de gaz par mesure photo-acoustique. Il s'agit d'une approche originale qui n'a jamais été proposée. Elle offre des perspectives nouvelles et une solution pour disposer d'un capteur de gaz à la fois très compact, sensible, sélectif et stable. Une étude théorique des micro-résonateurs capacitifs est tout d'abord menée pour mettre en place des outils de modélisations et déterminer les paramètres clés à optimiser. Les performances sont étroitement liées aux propriétés mécaniques et à l'amortissement visqueux. Un procédé technologique sur substrat SOI divisé en deux grandes étapes est ensuite développé pour permettre de les fabriquer. Nous démontrons ensuite la faisabilité de mesures stables et reproductibles de méthane et d'éthylène à faible concentration. Nous proposons finalement une nouvelle architecture de micro-résonateur adaptée à la spectroscopie photo-acoustique et qui s'affranchira des limites qu'impose la transduction capacitive
The need of a sensitive, selective, stable and compact gas sensor is increasing due to public and military issues. Photoacoustic detection variant of tunable diode laser spectroscopy is a promosing solution. Current devices available on the market and developing are still cumbersome and unsuitable for being transported by a person. The goal of this thesis is to study and develop silicon capacitive micro-resonator in order to achieve a gas sensor based on photoacoustic spectroscpy. This original approach has never been proposed. It offers new perspectives and a solution to have very compact, sensitive, selective and stable gas sensor. First, theoretical study of capacitive micro resonators is done in order to set up modeling tools and determine the key optimization parameters. The performances are strictly linked to mechanical properties and viscous damping. A SOI process divided into two main steps is then developed in order to produce capacitive micro-resonator. Then, we demonstrate the approach by stable and reproducible methane and ethylene detection. Finally, we propose new micro-resonator adapted to photoacoustic spectroscopy without the constraints of capacitive transduction

Une question sans réponse qui se trouve au carrefour de la physique et de la chimie est : quelle est la limite du tableau périodique. Les théories nucléaires suggèrent l'existence de ce qu'on appelle "l'îlôt de stabilité", habitée par des éléments super-lourds à longue durée de vie. Ces éléments ne doivent leur existence qu’à d’importants effets quantiques. Ainsi, les éléments super-lourds forment un laboratoire unique pour l'étude de la structure et de la dynamique nucléaires sous l'influence d’une très forte répulsion Coulombienne entre les nombreux protons du noyau. Cependant, un défi théorique réside dans la prédiction de la position exacte de cet îlôt, car différents modèles prédisent la position des prochaines fermetures de couches au delà de Z=82 et N=126 à Z = 114, 120 ou 126, et N = 172, 184 de façon plutôt inharmonieuse. Pour mieux comprendre le comportement de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes du nombre de protons et de neutrons et contraindre les modèles nucléaires, il est donc nécessaire d'étudier la nature et la séquence d’états dans des noyaux transactinides plus légers et plus accessibles par des études spectroscopiques. Dans ce travail, des états de ²⁵⁵Rf ont été peuplés par la réaction de fusion-évaporation ⁵⁰Ti(²⁰⁷Pb, 2n)²⁵⁵Rf en utilisant un faisceau intense de ⁵⁰Ti fourni par le cyclotron U400 du FLNR à Dubna. Les résidus d'évaporation ont été séparés du faisceau et du fond d'autres produits de réaction à l'aide du séparateur de noyaux de recul SHELS et implantés dans le détecteur d'implantation du dispositif GABRIELA. Le multidétecteur GABRIELA permet d'effectuer des corrélations de temps et en position entre les noyaux implantés et leurs désintégrations ultérieures et est sensible à l'émission de rayonnemments gamma, d'électrons de conversion interne, de particules alpha et de produits de fission. Pour interpréter les spectres de désintégration expérimentaux, le multidétecteur GABRIELA a été caractérisé à l'aide de simulations GEANT4, qui ont été validées avec des données d'étalonnage. En particulier, l'impact des effets de sommation sur l'efficacité de la détection des rayons gamma et des électrons a été étudié et a montré que les simulations sont essentielles pour interpréter des résultats expérimentaux obtenus grâce à des dispositifs compactes et efficaces comme GABRIELA. Une nouvelle méthode pour estimer le profil de profondeur d'implantation des résidus d'évaporation a été mise au point, ce qui est essentiel notamment pour la spectroscopie des électrons de conversion interne.Afin de pouvoir utiliser GEANT4 pour des éléments plus lourds que Fm (Z=100), le code source a été modifié et les données de fluorescence et d’émission Auger ont été extrapolées pour permettre des simulations précises de décroissances radioactives jusqu'à l’élément Rf. En utilisant les données expérimentales obtenues sur le noyau ²⁵⁷Rf étudié à Dubna et le schéma de désintégration connu de l'isomère 21/2+ de haut K, la fonctionnalité du code GEANT4 modifié a été validée. Les simulations ont ensuite été utilisées pour étudier la structure fine de décroissance alpha du ²⁵⁵Rf et dériver les rapports d’embranchements vers les états du ²⁵¹No. Les rapports d’embranchements de décroissance gamma et les coefficients de conversion interne de transitions du ²⁵¹No ont également été extraits. Dans le ²⁵⁵Rf, deux nouveaux états isomériques de haut K ont été identifiés et l'existence à basse énergie d’excitation d'un isomère de spin a été confirmée. Les comparaisons quantitatives et qualitatives des spectres expérimentaux aux simulations ont permis d'établir les schémas de désexcitation les plus probables et d'assigner les configurations quasi-particules possibles pour les 3 isomères
One unanswered question that lies at the crossroad of physics and chemistry is: what is the limit of the periodic table. Nuclear theories suggest the existence of the so-called "island of stability", inhabited by long-lived superheavy elements. These elements can materialize only because of strong quantum shell stabilizing effects. Thus, superheavy elements form a unique laboratory for studying nuclear structure and dynamics under the influence of very large Coulomb forces between the numerous protons in the nucleus. However, a theoretical challenge lies in the prediction the exact position of this island as different models predict the position of the next shell closures at Z = 114, 120, or 126, and N=172, 184 beyond the closed spherical shells at Z = 82 and N = 126 rather inharmoniously. To better understand the behavior of nuclear matter for extreme values of proton and neutron numbers and constrain nuclear models it is, therefore, necessary to investigate the nature and sequence of states in lighter, more accessible, transactinide nuclei through spectroscopic studies. In this work, states of ²⁵⁵Rf were populated through the fusion-evaporation reaction ⁵⁰Ti(²⁰⁷Pb,2n)²⁵⁵Rf using an intense ⁵⁰Ti beam provided by the U400 cyclotron of FLNR in Dubna. The evaporation residues were separated from the beam and background of other reaction products using the recoil separator SHELS and implanted into the implantation detector of the GABRIELA setup. The GABRIELA multidetector array allows to perform time and position correlations between the implanted nuclei and their subsequent decays and is sensitive to the emission of gamma rays, internal conversion electrons, alpha particles and fission products. To interpret the experimental decay spectra, the GABRIELA multidetector was characterized using GEANT4 simulations, which were validated with calibration data. In particular, the impact of summing on the gamma-ray- and electron-detection efficiencies was investigated and showed that simulations are vital for interpreting experimental results obtained using compact and efficient setups like GABRIELA. A novel method to estimate the implantation depth profile of the evaporation residues was devised, which is essential especially for internal-conversion-electron spectroscopy.To be able to use GEANT4 for elements heavier than Fm (Z=100), the source code was modified and the Fluorescence and the Auger emission data were extrapolated to allow accurate radioactive decay simulations up to the element Rf. Using ²⁵⁷Rf experimental data obtained in Dubna and the known decay scheme of the 21/2+ high-K isomer, the functionality of the modified GEANT4 code was validated. Simulations were then used to study the fine structure alpha decay of ²⁵⁵Rf and derive branching ratios to states in ²⁵¹No. The gamma-decay branching ratios and internal conversion coefficients for transitions in ²⁵¹No were also extracted. In ²⁵⁵Rf, two new high-K isomeric states were identified and the existence of a low-lying spin isomer was confirmed. Quantitative and qualitative comparisons of the experimental spectra to simulations have allowed to establish the likely decay schemes and assign possible quasiparticle configurations for all 3 isomers

Les systèmes robotiques modulaires (MRS) font aujourd’hui l’objet de recherches très actives. Ils ont la capacité de changer la perspective des systèmes robotiques, passant de machines conçues pour effectuer certaines tâches à des outils polyvalents capables d'accomplir presque toutes les tâches. Ils sont utilisés dans un large éventail d'applications, notamment la reconnaissance, les missions de sauvetage, l'exploration spatiale, les tâches militaires, etc. Constamment, MRS est constitué de "modules" allant de quelques à plusieurs centaines, voire milliers. Chaque module implique des actionneurs, des capteurs, des capacités de calcul et de communication. Habituellement, ces systèmes sont homogènes où tous les modules sont identiques ; cependant, il pourrait y avoir des systèmes hétérogènes contenant différents modules pour maximiser la polyvalence. L’un des avantages de ces systèmes est leur capacité à fonctionner dans des environnements difficiles dans lesquels les schémas de travail contemporains avec intervention humaine sont risqués, inefficaces et parfois irréalisables. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la robotique modulaire auto-reconfigurable. Dans de tels systèmes, il utilise un ensemble de détecteurs afin de détecter en permanence son environnement, de localiser sa propre position, puis de se transformer en une forme spécifique pour effectuer les tâches requises. Par conséquent, MRS est confronté à trois défis majeurs. Premièrement, il offre une grande quantité de données collectées qui surchargent la mémoire de stockage du robot. Deuxièmement, cela génère des données redondantes qui compliquent la prise de décision concernant la prochaine morphologie du contrôleur. Troisièmement, le processus d'auto-reconfiguration nécessite une communication massive entre les modules pour atteindre la morphologie cible et prend un temps de traitement important pour auto-reconfigurer le robot. Par conséquent, les stratégies des chercheurs visent souvent à minimiser la quantité de données collectées par les modules sans perte considérable de fidélité. Le but de cette réduction est d'abord d'économiser de l'espace de stockage dans le MRS, puis de faciliter l'analyse des données et la prise de décision sur la morphologie à utiliser ensuite afin de s'adapter aux nouvelles circonstances et d'effectuer de nouvelles tâches. Dans cette thèse, nous proposons un mécanisme efficace de traitement de données et de prise de décision auto-reconfigurable dédié aux systèmes robotiques modulaires. Plus spécifiquement, nous nous concentrons sur la réduction du stockage de données, la prise de décision d'auto-reconfiguration et la gestion efficace des communications entre les modules des MRS dans le but principal d'assurer un processus d'auto-reconfiguration rapide
Modular robotic systems (MRSs) have become a highly active research today. It has the ability to change the perspective of robotic systems from machines designed to do certain tasks to multipurpose tools capable of accomplishing almost any task. They are used in a wide range of applications, including reconnaissance, rescue missions, space exploration, military task, etc. Constantly, MRS is built of “modules” from a few to several hundreds or even thousands. Each module involves actuators, sensors, computational, and communicational capabilities. Usually, these systems are homogeneous where all the modules are identical; however, there could be heterogeneous systems that contain different modules to maximize versatility. One of the advantages of these systems is their ability to operate in harsh environments in which contemporary human-in-the-loop working schemes are risky, inefficient and sometimes infeasible. In this thesis, we are interested in self-reconfigurable modular robotics. In such systems, it uses a set of detectors in order to continuously sense its surroundings, locate its own position, and then transform to a specific shape to perform the required tasks. Consequently, MRS faces three major challenges. First, it offers a great amount of collected data that overloads the memory storage of the robot. Second it generates redundant data which complicates the decision making about the next morphology in the controller. Third, the self reconfiguration process necessitates massive communication between the modules to reach the target morphology and takes a significant processing time to self-reconfigure the robotic. Therefore, researchers’ strategies are often targeted to minimize the amount of data collected by the modules without considerable loss in fidelity. The goal of this reduction is first to save the storage space in the MRS, and then to facilitate analyzing data and making decision about what morphology to use next in order to adapt to new circumstances and perform new tasks. In this thesis, we propose an efficient mechanism for data processing and self-reconfigurable decision-making dedicated to modular robotic systems. More specifically, we focus on data storage reduction, self-reconfiguration decision-making, and efficient communication management between modules in MRSs with the main goal of ensuring fast self-reconfiguration process

Les Noyaux Actifs de Galaxies (NAG) sont parmi les sources les plus énergétiques dans l’Univers. Certains possèdent un jet relativiste dont l’émission est purement non-thermique. Lorsque le jet est aligné avec notre ligne de visée, ces objets appelés “blazars” voient leur émission amplifiée par effet Doppler relativiste. Depuis l avènement de l’astrophysique aux très hautes énergies (THE; E > 100 GeV), les télescopes Čerenkov comme H. E. S. S. Ont observé près d’une trentaine de NAG, principalement des blazars, depuis le sol. Ils tirent parti du rayonnement Čerenkov issu des gerbes de particules secondaires engendrées par l’arrivée d’un photon dans l’atmosphère terrestre, pour remonter aux propriétés du photon incident et ainsi étudier ces sources extragalactiques. Nous avons étudié l’émission THE rapidement variable du blazar PKS 2155-304, dont deux éruptions majeures ont été détectées en Juillet 2006, grâce à un modèle Synchrotron self-Compton (SSC) dynamique. Cette émission variable présente des propriétés extrêmes excluant certains scénarios d’émission standard des blazars. Nous avons aussi développé un modèle d’émission SSC de jets relativistes non alignés avec la ligne de visée, afin d’interpréter la découverte récente par H. E. S. S. De deux radio galaxies, M87 et CenA, qui prouve l’émergence d’une nouvelle famille d’émetteurs cosmiques au TeV. Nous concluons avec une étude systématique menée sur l’ensemble des NAG actuellement connus au TeV, à l’aide d’un modèle SSC stationnaire. Nous présentons des diagnostics de prédictions de densités de flux dans ces objets, pouvant être confrontés aux observations futures du Čerenkov Telescope Array (CTA)
Active Galactic Nuclei (AGN) are among the most energetic sources in the Universe. A subgroup of AGN possesses relativistic jets, the emission of which is purely non-thermal. In the case where the jet is aligned to the line of sight, these objects, called “blazars”, have their emission amplified by the relativistic Doppler effect. Since the advent of very high energy (VHE; E > 100GeV) -ray astrophysics, Čerenkov telescopes like H. E. S. S. Have observed almost thirty AGN, mainly blazars, from the ground. Čerenkov radiation from particle showers created by the interaction of -rays in the terrestrial atmosphere is used to derive the properties of the incident photon and thus to study these extragalactic sources. We have studied the highly variable VHE -ray emission from the blazar PKS 2155- 304, from which two major outbursts were detected in July 2006, within the framework of a dynamic Synchrotron self-Compton (SSC) model. This variable emission presents properties excluding the most standard emission scenarios for blazars. We have also developed an SSCemission model for misaligned relativistic jets, to interpret the recent discovery of VHE -ray emission from two radio galaxies, M87 and CenA, which established the emergence of a new familiy of cosmic TeV emitters. We conclude with a systematic study conducted on all the AGN currently known at TeV with a stationary SSC model. We present tools for predictions of flux densities in these objects, which can be confronted with future observations by the Čerenkov Telescope Array (CTA)

L'objectif de ce travail est la détection conjointe d'ondes gravitationnelles et de neutrinos cosmique de haute énergie à travers une approche multi-messagers. Les astronomies "neutrinos" et "ondes gravitationnelles" sont encore en phase de développement, mais elles sont appelées à jouer un rôle fondamental dans le futur. En effet, ces "messagers" peuvent parcourir de grandes distances grâce à leur faible interaction avec la matière (contrairement aux photons qui, à haute énergie, sont rapidement absorbés), sans être affectés par les champs magnétiques (contrairement aux rayons cosmiques chargés). Ils peuvent également s' échapper de milieux denses et fournir des informations sur les processus qui ont lieu au coeur des sources astrophysique (les photons s' échappent des couches périphériques des objets célestes). En un mot, ces astronomies sont susceptibles d'ouvrir une nouvelle fenêtre d'observation sur le cosmos. La collaboration ANTARES a construit en Méditerranée un télescope sous-marin de neutrino de haute énergie d'une surface de détection proche de 0.1 km². C'est le télescope le plus sensible pour la partie du ciel observée. Les interféromètres VIRGO et LIGO sont des détecteurs terrestres pour l'observation directe d'ondes gravitationnelles, instalés en Europe et aux états-Unis d'Amérique respectivement. Les instruments ANTARES, VIRGO et LIGO offrent une sensibilité inégalée dans la zone de recherche commune. Le premier chapitre de cette thèse introduit les motivations théoriques pour une recherche jointe d'ondes gravitationnelles et de neutrinos de haute énergies en développant les différents scénarios d'émission. Le deuxième et troisième chapitres sont consacrés à l'étude des techniques de détection avec les interféromètres VIRGO-LIGO et le télescope à neutrinos ANTARES. Les quatriéme et cinquième chapitres de ce travail présentent les résultats d'analyses de données combinées d'ANTARES, VIRGO et LIGO prises séparement pendant les années 2007 et 2009-2010.

This work deals with the design of a CMOS pixel sensor prototype (called MIMOSA 31) for the outer layers of the International Linear Collider (ILC) vertex detector. CMOS pixel sensors (CPS) also called monolithic active pixel sensors (MAPS) have demonstrated attractive performance towards the requirements of the vertex detector of the future linear collider. MIMOSA 31developed at IPHC-Strasbourg is the first pixel sensor integrated with 4-bit column-level ADC for the outer layers. It is composed of a matrix of 64 rows and 48 columns. The pixel concept combines in-pixel amplification with a correlated double sampling (CDS) operation in order to reduce the temporal and fixed pattern noise (FPN). At the bottom of the pixel array, each column is terminated with an analog to digital converter (ADC). The self-triggered ADC accommodating the pixel readout in a rolling shutter mode completes the conversion by performing a multi-bit/step approximation. The ADC design was optimized for power saving at sampling frequency. Accounting the fact that in the outer layers of the ILC vertex detector, the hit density is inthe order of a few per thousand, this ADC works in two modes: active mode and inactive mode. This thesis presents the details of the prototype chip and its laboratory test results.

Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent le développement d‘une approche originale permettant la détermination de plusieurs composés (principalement aflatoxines et pesticides organophosphorés), à l‘aide de biocapteurs électrochimiques basés sur l‘inhibition de l‘acétylcholinestérase. Dans un premier temps, un nouveau biocapteur potentiométrique utilisant des transistors à effet de champ sensibles au pH (pH-FETs) comme transducteurs a été développé pour la détermination de l‘aflatoxine B1 (AFB1) et différent paramètres d‘élaboration et de fonctionnement du biocapteur ont été optimisés. Le biocapteur proposé est caractérisé par une stabilité opérationnelle élevée and bonne reproductibilité du signal en cours d‘utilisation et de stockage. Le biocapteur a ensuite été évalué pour l‘analyse d‘échantillons réels (blé, sésame, noix et pois) et une simulation mathématique de la réponse du biocapteur potentiométrique à l‘AFB1 a été proposée pour la première fois et validée. Dans un deuxième temps, un biocapteur conductimétrique utilisant des microélectrodes interdigitées en or a été développé. La sensibilité de ce biocapteur aux aflatoxines ainsi qu‘à d‘autres classes de substances toxiques, tels que les pesticides organophosphorés, les métaux lourds, les glycoalkaloïdes, et les surfactants, a été déterminée. Une nouvelle procédure originale, permettant la détermination sélective de toxines multiclasses par application successive de solutions de réactivation visant spécifiquement des inhibiteurs irréversibles ou réversibles, a été finalement proposée. En utilisant cette méthode, il a été montré que les biocapteurs enzymatiques pouvaient être appliqués à l‘analyse des aflatoxines et des pesticides organophosphorés, ainsi qu‘à la détermination de la toxicité globale des échantillons
Investigations reported in this manuscript are focused on the development of an original approach for the detection of several toxic compounds, mainly aflatoxins and organophosphorus pesticides, using acetylcholinesterase (AChE)-based inhibitory electrochemical biosensors. In a first step, a new potentiometric biosensor using pH Sensitive Field-Effect Transistors (pH-FETs) as transducers was investigated for aflatoxin B1 (AFB1) determination and different elaboration and working parameters were optimized. The proposed biosensor was characterized by high operational stability and reproducibility of the signal during the work as well as during the storage. The biosensor was further evaluated for real samples analysis (wheat, sesame, walnuts and peas) and a mathematical simulation of the potentiometric biosensor response to aflatoxin B1 was proposed for the first time and validated. In a second step, a conductometric biosensor using interdigitated gold microelectrodes was developed. The sensitivity of the biosensor to aflatoxins and other classes of toxic substances, such as organophosphorus pesticides, heavy metals ions, glycoalkaloids, and surfactants, was determined. A new and original procedure, enabling the selective determination of multiclass toxins by applying successive reactivation solutions targeting either irreversible or reversible inhibitors, was finally proposed. Using this method, the electrochemical enzyme inhibitory biosensors could be applied to the analysis of aflatoxins and organophosphorus pesticides, as well as for the determination of total toxicity of the samples

Dans le cadre de la robotique mobile extérieure, les notions de perception et de localisation sont essentielles au fonctionnement autonome d'un véhicule. Les objectifs de ce travail de thèse sont multiples et mènent vers un but de localisation et de cartographie simultanée d'un environnement extérieur dynamique avec détection et suivi d'objet mobiles (SLAMMOT) à l'aide d'un unique capteur extéroceptif tournant de type radar dans des conditions de circulation dites "réalistes", c'est-à-dire à haute vitesse soit environ 30 km/h. Il est à noter qu'à de telles vitesses, les données acquises par un capteur tournant son corrompues par le déplacement propre du véhicule. Cette distorsion, habituellement considérée comme une perturbation, est analysée ici comme une source d'information. Cette étude vise également à évaluer les potentialités d'un capteur radar de type FMCW (onde continue modulée en fréquence) pour le fonctionnement d'un véhicule robotique autonome. Nous avons ainsi proposé différentes contributions : - une correction de la distorsion à la volée par capteurs proprioceptifs qui a conduit à une application de localisation et de cartographie simultanées (SLAM), - une méthode d'évaluation de résultats de SLAM basées segment, - une considération de la distorsion des données dans un but proprioceptif menant à une application SLAM, - un principe d'odométrie fondée sur les données Doppler propres au capteur radar, - une méthode de détection et de pistage d'objets mobiles : DATMO avec un unique radar.

L'objectif principal de cette thèse est de comprendre le fonctionnement d'un écosystème semi-aride, en développant des méthodologies permettant de combiner des mesures satellites optique et micro-onde et un modèle semi-empirique pour estimer l'évapotranspiration et sa dynamique saisonnière dans une région semi-aride (plaine de Kairouan). L'estimation de cette dernière nécessite une bonne description de la dynamique du couvert végétal et un suivi du stock d'eau dans le sol. Pour se faire, une analyse de la dynamique de la végétation est faite sur la base de la série temporelle SPOT VEGETATION de 1998 à 2010. Pour appréhender le comportement de la végétation face à des fréquentes périodes de sècheresse, une analyse fractale est developpée pour étudier la persistance du couvert végétal. Un nouvel indice statistique VAI " Vegetation Anomaly Index " décrivant l'état du stress hydrique de la végétation a été proposé. Cet indice quantitatif permet de décrire à l'échelle mensuelle l'état de la végétation. Plusieurs approches de validation sont mises en œuvre pour montrer la performance de cet indice. En termes de suivi du stock d'eau dans le sol, l'analyse est basée sur des produits d'humidité (IPF Université de Vienne) des diffusiomètres spatiaux ERS et ASCAT/METOP. Ces produits ont été validés sur notre site d'étude via deux approches différentes. Un indice de sécheresse a été proposé à partir de la longue série de produits d'humidité qui couvre vingt années (de 1991 à 2010). L'indice proposé MAI " Moisture Anomaly Index " est basé sur une analyse des anomalies des variabilités temporelles des stocks d'eau dans le sol, estimées par les satellites ERS et ASCAT/METOP. Une analyse comparative avec d'autres indices de sécheresse, particulièrement le SPI " Standardized Precipitation Index " est faite pour mettre en évidence la performance de cet indice. Ces informations tirées à partir des deux séries temporelles optiques et micro-ondes sont ensuite intégrées dans un modèle simple et opérationnel, le modèle FAO-56 (approche double coefficient culturale) pour la cartographie de l'évapotranspiration réelle journalière. Une validation de cette approche est proposée en confrontant les résultats avec des sorties d'un modèle SVAT : ISBA-A-gs.

Le réchauffement climatique dû à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre constitue l’une des problématiques majeures actuelles. Dans ce contexte, le stockage du CO2 dans des réservoirs géologiques se présente comme un moyen susceptible de limiter les conséquences de ces émissions sur l’environnement. Pour des raisons sécuritaires, cette méthode de gestion nécessite une surveillance continue des réservoirs de stockage à l’aide de capteur IR pouvant descendre dans les puits. L’application de cette technologie nécessite également de connaître le comportement du CO2 lors des différentes étapes de stockage, notamment lorsqu’il est dans son état supercritique. C’est pourquoi la microfluidique est actuellement utilisée afin de simuler et comprendre les phénomènes liés à l’injection et au stockage du CO2 sous forme supercritique. La mise en œuvre d’une telle approche requiert : (i) le développement de nouvelles solutions compactes pour la surveillance in situ des réservoirs en continu pour sécuriser les sites de stockage et; (ii) la bonne compréhension du comportement du CO2 lors des différentes étapes de stockage.Le premier axe de recherche consiste à synthétiser des matériaux vitreux afin d’optimiser l’efficacité d’un capteur optique de CO2 pour la surveillance des sites de stockage en aquifère salin et susceptible de détecter d’autres gaz, tels le méthane ou le monoxyde de carbone. Le capteur doit pouvoir être déployé en profondeur et capable de détecter des concentrations inférieures à 1000 ppmv pour repérer rapidement d’éventuelles fuites. Les verres de chalcogénures dopés avec des ions de terres rares spécifiques, peuvent produire une luminescence qui peut ensuite être utilisée pour détecter les signatures infrarouges de toutes les molécules possédant des bandes d'absorption dans la région spectrale 3-5 µm. Les compositions vitreuses Ga5Ge20Sb10(Se,S)65 (%mol.) dopées Pr3+ et Dy3+ ont été développées en vue de réaliser un capteur environnemental de CO2. Le potentiel de ces matériaux pour la multidétection de gaz (CO2, CH4 et CO) a également été exploré.Les systèmes microfluidiques HP/HT actuels ne permettent pas de coupler simultanément la spectroscopie infrarouge et Raman à ces dispositifs. Ce problème est dû à l’utilisation du verre Pyrex associé au wafer de silicium pour la fabrication des microréacteurs. C’est pourquoi le deuxième axe de recherche développé au cours de cette thèse vise à explorer différents systèmes vitreux pour trouver une alternative au Pyrex. Le verre en question doit présenter le meilleur compromis entre les propriétés optiques, thermomécaniques et électriques visées. Ainsi, des verres à base de GeO2 ont été développés pour répondre aux spécifications attendues, telle que le procédé de collage anodique utilisé pour fixer le verre au wafer de silicium. La composition vitreuse retenue pour les tests est 70GeO2-15Al2O3-10La2O3-5Na2O (%mol.)
Global warming due to the increase of greenhouse gas emissions is one of the main current challenges. In this context, the CO2 storage in geological reservoirs appears as a likely way to limit the consequences of these emissions on the environment. For safety reasons, this management method requires continuous monitoring of the storage tanks by using IR sensors who can go down into the wells. The application of this technology also requires to know the CO2 behavior during various storage steps, in particular when it is in its supercritical state. This is why microfluidics is currently used to simulate and understand the phenomena related to the injection and storage of CO2 in supercritical form. The implementation of such approach requires: (i) the development of novel compact solutions for in situ continuous gas monitoring to secure the storage site and; (ii) a better understanding of the CO2 behavior during the different storage steps.The first research axis of this thesis has consisted in developing vitreous active materials to increase the efficiency of optical CO2 sensor (and eventually other gas like CH4 or CO) for their continuous monitoring in saline aquifer storage sites. This sensor must be able to be deployed in depth and be sensitive to CO2 concentrations below 1000 ppmv to quickly identify any leak. Chalcogenide glasses doped with specific rare earth ions may provide broadband luminescence that can be used to detect infrared signatures of all molecules whose absorption bands are located in the 3-5 µm spectral region. Glass compositions Ga5Ge20Sb10(Se,S)65 (mol.%) doped Pr3+ and Dy3+ have been developed in order to be integrated into a functional environmental CO2 sensor. The multi-sensing gas (CO2, CH4 and CO) potential of these materials has also been investigated.Current HP/HT microfluidic systems do not allow coupling FTIR and Raman spectroscopies. This problem is due to the using of Pyrex glass for the manufacture of these microreactors. That is why the second research axis developed during this thesis has consisted in exploring various vitreous systems to propose an alternative to the Pyrex glass. The target glass had to demonstrate the best compromise between the desired optical, thermomechanical and electrical properties. In this way, glasses based on GeO2 have been developed to meet these specifications, such as the anodic bonding process used to attach the glass on the silicon wafer. The glass composition selected after the completed studies is 70GeO2-15Al2O3-10La2O3-5Na2O (mol.%)