Dissertations / Theses on the topic 'Détection à faible bruit de fond'

Dans le cadre de la Chromodynamique quantique, le nucléon est constitué de trois quarks de valence baignant dans une mer de gluons et de paires de quark-antiquark. Seuls les trois quarks les plus légers (u, d et s) contribuent de façon significative aux propriétés du nucléon. Dans l'expérience Go nous utilisons la propriété de l'interaction faible de violer la parité pour déterminer séparément les contributions des 3 types de quarks aux facteurs de forme du nucléon. L'expérience, qui a lieu Go au laboratoire Thomas Jefferson (USA), se propose de mesurer l'asymétrie de violation de la parité en diffusion électron-proton. En faisant des mesures à plusieurs valeurs du quadri-moment échangé, et pour plusieurs cinématiques (angles avant où le proton est détecté, puis aux angles arrières où ce sera l'électron) vont permettre de déterminer séparément les contributions électriques et magnétiques des quarks étranges aux facteurs de forme du nucléon. Afin d'extraire une asymétrie avec de faibles erreurs, il est nécessaire de connaître et de corriger tous les paramètres faisceau, et d'avoir des taux de comptage élevées. Une électronique spécifique a été développée permettant de traiter l'information venant des 16 paires de scintillateurs pour chacun des 8 secteurs du spectromètre Go. Un calcul complet des corrections radiatives a été effectué et des simulations Monte Carlo avec le programme GEANT ont permis de déterminer la forme des spectres expérimentaux incluant le bruit de fond. Ce travail permettra de faire une comparaison des données expérimentales avec des calculs théoriques basés sur le modèle standard
In the framework of quantum chromodynamics, the nucleon is made of three valence quarks surrpounded by a sea of gluons and quark-antiquark pairs. Only the only lightest quarks (u, d and s) contribute significantly to the nucleon properties. In Go we using the property of weak interaction to violate parity symmetry, in order to determine separately the contributions of the three types of quarks to nucleon form factors. The experiment, which takes place at Thomas Jefferson laboratory (USA), aims at measuring parity violation asymmetry in electron-proton scattering. By doing several measurements at different momentum squared of the exchanged photons and for different kinematics (forward angle when the proton is detected and backward angle it will be the electron) will permit to determine separately strange quarks electric and magnetic contributions to nucleon form factors. To extract an asymmetry with small errors, it is necessary to correct all the beam parameters, and to have high enough counting rates in detectors. A special electronics was developed to treat information coming from 16 scintillator pairs for each of the 8 sectors of the Go spectrometer. A complete calculation of radiative corrections has been clone and Monte Carlo simulations with the GEANT program has permitted to de determine the shape of the experimental spectra including inelastic background. This work will allow to do a comparison between experimental data and theoretical calculations based on the Standard Model

On presente une methode simplifiee de modelisation fort signal des mesfet et tegfet et transistors bipolaires. Ces trois types de transistors sont utilises dans un montage oscillateur dont les caracteristiques ont ete determines de trois facons differentes, analytique par simulation electrique temporelle et par mesures experimentales. On presente enfin une etude en bruit bf et bruit mf des transistors et des oscillateurs afin de determiner le composant le plus performant. Nous proposons trois facons de determiner le coefficient de conversion bruit bf - bruit mf, par des mesures directes; indirectes et par simulation temporelle

Les effets de site peuvent augmenter fortement la durée et l’amplitude des sollicitations sismiques imposées aux structures. Les effets de site 2D-3D induisent des amplifications sur une large bande de fréquence qui ne peuvent pas être simulées numériquement jusqu’à haute fréquence (>2-4 Hz) du fait de la limite de résolution des connaissances géologiques, géophysiques et/ou géotechniques du sous-sol. Les évaluations empiriques des effets de site sont donc indispensables pour pouvoir observer ce phénomène complexe de façon fiable jusqu’à haute fréquence. De telles évaluations nécessitent l'enregistrement de bonne qualité de nombreux séismes ce qui rend leur obtention rapide difficile dans les régions faiblement actives.Ce travail présente une analyse comparative de ces évaluations empiriques sur deux sites très différents, l’un en contexte sismique modéré (Provence, France) et l’autre en contexte très actif (Céphalonie, Grèce). Sur le site provençal, 500 séismes ont pu être enregistrés en l’espace de 2½ ans grâce à l’utilisation de vélocimètres. Une mesure du paramètre d’atténuation de site k_0 a ainsi pu être réalisée via l’analyse des spectres en accélération (k_(0_AS)) et en déplacement (k_(0_DS)). La mesure de k_0 n’est relativement fiable que sur les sites au rocher du fait des amplifications de site au sédiment. La méthode des rapports spectraux sismique (SSR) permet l’évaluation des effets de site relatif à partir des nombreux enregistrements de mouvement faible. Les résultats montrent une forte variabilité épistémique attribuable à l’éclairage induit par la position de la source sismique vis-à-vis du bassin. Ainsi, une estimation fiable de la réponse des sites est possible à partir de quelques évènements seulement dans le cas 1D, mais nécessite un nombre beaucoup plus important de séismes répartis de façon homogène autour du site dans les cas 2D-3D. Les résultats SSR moyens sont ensuite comparés à ceux issus des méthodes utilisant le bruit ambiant. Conformément aux attentes, la méthode des rapports spectraux H/V (HVSR) ne permet que de caractériser la fréquence fondamentale pour certains sites. À l’inverse, la méthode SSR appliquée au bruit ambiant (SSRn) montre des résultats très comparables à ceux de la méthode SSR jusqu’à haute fréquence à la condition que le site de référence soit pris dans le bassin sédimentaire. Les approches par corrélation de bruit (cohérence et ANIRF) révèlent qu’une estimation de la fonction de transfert relative à un site de référence au rocher est possible au moins jusqu’à basse fréquence (<4 Hz). L’utilisation du bruit ambiant permet ainsi d’envisager l’évaluation rapide de la réponse des sites et de sa variabilité spatiale (microzonage), même lorsque la sismicité est faible. Partout, les méthodes empiriques d’évaluation des effets de site apportent un complément essentiel aux approches numériques qui reste indispensables.Ces résultats permettent de proposer une méthodologie d’évaluation de l’aléa sismique site-spécifique qui se décompose en trois étapes principales : (i) ajustement des équations de prédictions de mouvement du sol (GMPEs) sur le site de référence au rocher au moyen, entre autres, de k_(0_DS) ; (ii) évaluation empirique fiable de la réponse d’au moins un site dans le bassin relativement au site de référence (pour lequel les GMPEs ont été ajustées) par la méthode SSR; (iii) réalisation de cette évaluation à partir de l’ANIRF dans les régions les moins actives sismiquement et/ou extension à toute la zone d’étude à partir du SSRn. Cette méthodologie permet d’envisager une bien meilleure prise en compte des effets de site (en particulier 2D-3D) et une réduction importante des incertitudes dans les évaluations de l’aléa sismique spécifique à un site. Elle nécessite simplement l’enregistrement simultané de séismes sur au moins deux sites équipé de vélocimètres sensibles, et la réalisation de campagnes de mesure temporaire du bruit ambiant, si nécessaire
Site effects can greatly increase both the duration and the amplitude of the seismic solicitation imposed on structures. 2D-3D site effects induce broadband amplifications that cannot be simulated up to high frequency (>2-4 Hz) due to the limited resolution of the geological, geophysical and/or geotechnical information. Empirical site effect assessment is therefore essential for reliable observations of this complex phenomenon up to high frequency. However, such assessments often require good quality records from many earthquakes that cannot be rapidly obtained in low seismicity areas.This work presents a comparative analysis of these empirical evaluations on two very different sites, the first in a moderate seismicity context (Provence, France) and the second in a very active context (Kefalonia, Greece). For the Provençal site, nearly 500 earthquakes were recorded in only 2½ years thanks to the use of velocimeters. The site attenuation parameter κ_0 could thus be measured both on the acceleration (κ_(0_AS)) and displacement (κ_(0_DS)) spectra. Our results show that the measurement of κ_0 is relatively reliable on rock sites only, mainly due to the too great disturbance by the amplification for sedimentary sites, even for those that are quite stiff. The standard spectral ratio (SSR) approach provides the relative site effects from the numerous weak motion recordings available at sites located in Provence and Kefalonia. The results show a strong epistemic variability due to the lighting induced by the position of the seismic source with respect to the basin. Thus, while a reliable site response estimation is possible from only a few events for 1D geometries, it requires much more earthquakes evenly distributed around the site when the geometry is 2D-3D. The mean SSR results are then compared with those obtained from methods using the ambient noise. As expected, the H/V spectral ratio approach (HVSR) provides only the fundamental frequency for some sites. Conversely, SSR applied to ambient noise (SSRn) shows very similar results to the SSR method up to high frequency, provided that the reference site is taken in the sedimentary basin. Approaches using the noise correlation (coherence and ANIRF) reveal that the transfer function relative to a rock reference site can be estimated at least up to low frequency (<4 Hz). Methods using ambient noise are promising for a rapid evaluation of the site response and its spatial variability (microzoning), even when seismicity is low. Empirical site effects methods are therefore applicable everywhere. They provide an essential complement to numerical approaches, which remain inevitable when the coverage of available earthquakes is not homogeneous or when soils are likely to present non-linear behaviors.These results led us to propose a methodology for the evaluation of the site-specific seismic hazard, which consists of three main stages: (i) adjustment to the rock reference site of the ground motion prediction equations (GMPEs) using, among others, κ_(0_DS); (ii) Reliable evaluation of the SSR transfer function between at least one site in the basin and the reference site (for which the GMPEs were adjusted); (iii) carrying out this assessment from the ANIRF in the less seismically active regions and/or extension to the entire study area with the SSRn. This methodology allows a much better consideration of the site effects (especially 2D-3D) and a significant reduction of the uncertainties in the evaluations of the site-specific seismic hazard. It only required, simultaneous recording of earthquakes on at least two sites equipped with sensible velocimeters, and to carrying out temporary campaign of ambient noise measurements, if necessary

Les moniteurs de mesure de la contamination radioactive atmosphérique sont utilisés dans les installations nucléaires afin d’assurer la radioprotection des travailleurs vis-à-vis de l’exposition aux aérosols radioactifs. Les performances de ces moniteurs sont évaluées dans des conditions normatives IEC, lesquelles couvrent une large gamme d’atmosphères de travail. Dans des situations typiques de celles mesurées en chantier de démantèlement nucléaire, lesquelles sont d’ailleurs hors cadre IEC, un comportement inattendu des moniteurs de mesure de la contamination radioactive atmosphérique est souvent observé. Celui-ci correspond à l’émission d’une alarme de type faux positif. L’objectif de ce travail de thèse est d’améliorer les connaissances sur le comportement des moniteurs de mesure de la contamination radioactive atmosphérique dans des situations hors conditions normative IEC. Pour ce faire, un dispositif expérimental spécifique a été conçu, à l’intérieur duquel la reproduction d’atmosphères typiques de celles mesurées en chantier de démantèlement est possible. Ainsi, ce dispositif a rendu possible l’étude en laboratoire du comportement d’un moniteur de mesure de la contamination radioactive atmosphérique de type ABPM203M. Cette étude expérimentale a permis d’une part, de mettre en avant les conditions qui conduisent à un comportement inattendu du moniteur et d’autre part, de démontrer les raisons pour lesquelles une alarme de type faux positif est souvent émise dans ces conditions hors IEC. A la synthèse des résultats de l’étude, un procédé nouveau de mesure a été proposé, lequel permet d’une part, de considérer à la fois les caractéristiques des aérosols non-radioactifs et celles des aérosols radioactifs et d’autre part, d’améliorer la mesure effectuée par le moniteur permettant de toujours assurer la radioprotection des travailleurs
The Continuous Air monitors are used in the nuclear facilities for ensuring the radiation protection of workers who are likely to be confronted to radioactive aerosols. The CAM behavior are evaluated under IEC normative conditions. In atmospheric conditions as measured in decommissioning nuclear sites, outside of IEC, wrongs CAM behavior are observed. Which correspond to the false positives triggering. The aim of this thesis work is to enhance the knowledge about the CAM behavior when it is faced to outside IEC normative conditions. A specific experimental chamber has been designed, inside which the reproduction of the dismantling nuclear site atmosphere is achievable. Thus, this experimental chamber made it possible, in the laboratory, the study of the behavior of a CAM type ABPM203M. With the results we have, on the one hand, highlighted the conditions which lead to unexpected behavior of the CAM and, on the other hand, demonstrated the reasons why a false positive alarm is often emitted under these conditions, outside IEC. At the synthesis of the results of the study, a new measurement process was proposed, which makes it possible, on the one hand, to consider both the characteristics of non-radioactive aerosols and those of radioactive aerosols and on the other hand, to improve the measurement achieved out by the CAM to always ensure the radiation protection of workers

Avec le contexte actuel des défis sécuritaires, la détection de petits objets devient un enjeu majeur pour lutter contre les actes malveillants. Mais les évolutions des technologies en bandes millimétriques et le potentiel de ces bandes, notamment autour de 60 GHz peuvent faciliter la conception de systèmes de plus en plus performants, permettant de répondre à ces enjeux. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte pour proposer un système de détection ultra-large bande (ULB) millimétrique pour des applications de courte portée. Après un état de l'art détaillé des fondamentaux de la détection, nous présentons une validation de l'estimation de la surface équivalente radar (SER) par simulation avec le logiciel HFSS et par mesures en chambre anéchoïque. Ces deux études nous ont permis d'identifier les éléments essentiels à l'analyse système et les paramètres critiques de la détection d'objets canoniques cylindres et plaques. Une fois l'analyse système cernée, nous avons proposé une approche de détection multi-bande basée sur le radar monostatique pour améliorer la couverture de détection des systèmes, mais aussi et surtout pour pallier la limitation de la détection des objets en fonction de leur orientation par rapport à l'axe de viser de l'antenne. Nous avons également proposé une architecture (émetteur-récepteur) simple pouvant être associée au principe de détection. Le dimensionnement du système nous a permis d'identifier les amplificateurs faible bruit (LNAs) comme éléments critiques du récepteur et ainsi d'établir leurs spécifications pour atteindre les performances visées. Une comparaison des technologies SG13S de IHP et D007IH de OMMIC est menée dans la dernière partie de ce travail. Le choix de la technologie est justifié et la conception des LNAs sous ADS Keysight est détaillée. Une simulation de l'ensemble du système basée sur les performances des LNAs conçus et sur les simulations de SER est présentée pour illustrer la mise en œuvre de la détection. Enfin, les performances de la détection sont évaluées pour des cibles cylindriques et les apports du système proposé sont illustrés en comparaison avec une détection classique mono-bande
With the current context of security challenges, small objects detection is becoming a major issue in the fight against malicious acts. However, developments in millimeter-band technologies and the potential of these bands, particularly around 60 GHz, can facilitate the design of increasingly efficient systems to meet these challenges. This thesis is part of this context to propose an ultra-wideband (UWB) millimeter-wave detection system for short-range applications.After a detailed state-of-the-art of the fundamentals of detection, we present a validation of the radar cross-section (RCS) estimation by simulations with HFSS software and by measurements in anechoic chamber. These two studies allowed us to identify the essential elements for system analysis and the critical parameters for the detection of canonical objects such as cylinders and plates.Once the system analysis was identified, we proposed a multi-band detection approach based on monostatic radar to improve the detection coverage of the systems, but also and especially to overcome the limitation of objects detection according to their orientation in relation to the antenna boresight. We also proposed a simple architecture (transceiver) that could be associated with the detection principle. The system design allowed us to identify low noise amplifiers (LNAs) as critical elements of the receiver and thus establish their specifications to achieve the targeted performances.A comparison of IHP's SG13S and OMMIC's D007IH technologies is conducted in the last part of this work. The choice of technology is justified and the design of LNAs under ADS Keysight is detailed. A simulation of the entire system based on the performance of the designed LNAs and RCS simulations is presented to illustrate the implementation of detection. Finally, detection performances are evaluated for cylindrical targets and the contributions of the proposed system are illustrated in comparison with conventional single-band detection

Le travail de cette thèse a été réalisé dans le cadre d’un contrat CIFFRE entre le laboratoire GREYC et l’entreprise Inphynix. L’objectif est l’étude et le développement de magnétomètres à hautes performances à base bobines de capture, et des conditionneurs associés, avec une perspective de mesure mixte des champs électrique E et magnétique H. Le cahier de charge du magnétomètre exige une grande bande passante, une grande dynamique et un faible encombrement. L’étude analytique, numérique et expérimentale de bobines de captures compactes dédiées à la magnétométrie a été réalisée. La résolution spatiale pour des bobines de différentes formes géométriques a été étudiée. Des conditionneurs différentiels amplificateur de courant ou à transconductance optimisés pour ce type d’utilisation ont été étudiés et modélisés en particulier pour la composante différentielle du signal et en bruit. Un magnétomètre original à base de deux bobines différentielles, couplées et fonctionnant en mode flux, connectées à un amplificateur à transimpédance a été développé. Les avantages d’utilisation des bobines couplés par rapport à deux bobines de captures séparées ont été démontrés : un volume réduit, une meilleure résolution spatiale, une amélioration des performances en bruit et une amélioration d’un facteur deux de la fréquence de coupure basse. La structure d’un capteur de champ mixte E-H original et son conditionneur ont été définis. Mot clés : Bobine de capture, Magnétomètre, Amplificateur à transimpédance, Amplificateur de courant différentiel, Résolution spatiale, Sonde mixte champ électrique –champ magnétique
This PhD thesis was carried out in the framework of a contract CIFRE between the GREYC laboratory and the company Inphynix. The objective is the study and development of high performance magnetometers, based on search coils and associated transimpedance amplifier with a perspective of simultaneous measurement of both Electric E and Magnetic H fields. The magnetometer specifications were a high bandwidth, a high dynamic range and a small volume occupancy. A theoretical and experimental study of compact search coils dedicated were performed. The spatial resolution for search coils with different geometrical forms was studied. Differential current amplifiers and transimpedance amplifiers optimized for this application were studied especially for differential signal mode transfer and noise. An original differential search coil based magnetometer, made of coupled coils, operating in flux mode and connected to a differential transimpedance amplifier has been developed. It was shown that this structure is better than two separated coils in terms of volume occupancy, spatial resolution, noise and low cut-off frequency. The structure of an original mixed E-H field sensor and its amplifier has been defined. Key words: Search coil sensor, Magnetometer, Transimpedance amplifier, Differentiel current amplifier, Spatial resolution, mixed E-H field sensor

Grâce aux progrès des technologies silicium, il est désormais possible de concevoir des circuits complexes dans la bande de fréquence millimétrique au-delà de 110 GHz. La conception de ces systèmes repose sur l’utilisation de modèles précis et fiables des dispositifs passif et actif tels que les transistors MOS ou bipolaires. Afin de s’assurer de la validité de ces modèles au-delà de 110 GHz, il est nécessaire de réaliser des mesures supérieures à 110 GHz. Cependant, au-delà de cette fréquence, les bancs et méthodes de caractérisation actuels atteignent leurs limites. Ces travaux de thèse s’inscrivent pleinement dans cette problématique liée à la montée en fréquence des besoins de caractérisation, dont l’objectif est le développement de bancs de caractérisation pour la mesure de bruit et de puissance entre 130 GHz et 320 GHz. Les travaux réalisés ont abordé le développement d’un récepteur de bruit qui a ainsi permis la caractérisation des sources de bruit développées, jusque 260 GHz. La dernière problématique traitée par ces travaux a été le développement d’un détecteur de puissance hautes fréquences jusque 320 GHz, possédant une large dynamique de mesure et une sensibilité suffisamment élevée pour assurer une mesure précise et fiable
Thanks to advances in silicon technologies, it is now possible to design complex circuits in the millimeter frequency band above 110 GHz. The design of these systems relies on the use of accurate and reliable models of passive and active devices such as MOS or bipolar transistors. In order to ensure the validity of these models above 110 GHz, it is necessary to perform measurements above 110 GHz. However, beyond this frequency, the current test bench and methods of characterization are reaching their limits. These thesis studies are fully in line with this problem related to the increasing frequency of characterization needs, whose objective is the development of characterization benches for noise and power measurement between 130 GHz and 320 GHz. The work carried out has addressed the development of a noise receiver that has enabled the characterization of noise sources developed up to 260 GHz. The last problem dealt with by this work was the development of a high frequency power detector up to 320 GHz, with a large measurement dynamic range and a sufficiently high sensitivity to ensure an accurate and reliable measurement

Dans le cadre de la vérification du Traité d'Interdiction Complète des Essais nucléaires (TICE), la mesure des traces de produits de fission dans l'environnement est fondamentale. Ces mesures sont des indicateurs indéniables du caractère nucléaire d'une explosion. Afin d'améliorer ses capacités de mesures, le CEA/DAM-Ile de France s'est équipé d'un nouveau spectromètre de surface. Ce spectromètre, baptisé GAMMA3, est équipé de trois détecteurs au germanium, de deux détecteurs au silicium (intégrés à une cellule de mesure des gaz, la PIPSBox) et d'un blindage optimisé. Ce blindage permet de diminuer très fortement les interférences dues au flux de muons, neutrons ou photons environnementaux. Le bruit de fond radiologique au sein de l'enceinte de mesure est parmi les plus bas rencontrés dans le domaine. Cet ensemble de détecteurs à hautes résolutions énergétiques permet d'optimiser la mesure d'un échantillon suivant son activité, sa géométrie ou sa nature. En particulier, un gaz noble sera mesuré en coïncidence photon/électron, un échantillon actif sera mesuré en coïncidence photon/photon, et un échantillon faiblement actif sera mesuré avec un fort rendement de détection. En combinant ces deux points, les Activités Minimales Détectables requises pour un laboratoire expert du TICE sont atteintes très rapidement. En particulier, elles sont obtenues en 5h pour le 140-Ba (24 mBq), en 6h30 pour les 131m/133m-Xe (5 mBq) et en 7h15 pour le 133-Xe (5mBq) contre les 6 jours réglementaires
For the verification of the Comprehensive nuclear Test Ban Treaty (CTBT), the measurement of fission products trace levels in the environment is fundamental. Such measurement is a key indicator of a nuclear explosion. For constant amelioration of these measurements, the CEA/DAM-Ile de France has developed and installed a new dedicated surface spectrometer. Named GAMMA3, it is equipped with three germanium detectors, two silicon detectors (integrated in a dedicated gas cell, the PIPSBox) and includes an optimized shielding.This shielding reduces greatly the interference of environmental photons, muons and neutrons with the detectors. The residual radiological background measured inside the shielding is the community’s lowest for a surface laboratory. This set of high energy resolution detectors allows the operator to optimize a measurement according to the sample geometry, activity or nature. More precisely, a radioactive noble gas can be measured by photon/electron coincidence, an active sample can be measured by photon/photon coincidence, and a low-active sample can be measured in a high-efficiency configuration. Combining optimized shielding and optimized measurement, Minimum Detectable Activities required for CTBT certification are obtained quickly. Specifically, MDA is reached in 5 hours for 140-Ba (24 mBq), in 6h30 hours for 131m/133m-Xe (5 mBq) and in 7h15 for 133-Xe (5 mBq), when CTBT requirement is in 6 days

La tomographie optique diffuse (TOD) est une technique d’imagerie médicale relativement récente qui utilise la lumière dans le proche infrarouge pour acquérir des images in vivo de façon non invasive. Cette technique est en utilisation croissante par de nombreux chercheurs et biologistes et plusieurs équipes dans le monde travaillent sur le développement de scanners par TOD y compris notre groupe de recherche (groupe TomOptUS). Le Centre d’imagerie moléculaire de Sherbrooke dispose d’un appareil pour imagerie optique sur petit animal développé par la compagnie Quidd, soit le QOS (Quidd Optical imaging System). Cet appareil est utilisé par des biologistes et chercheurs pour diverses études précliniques sur modèles animaux (souris) de maladies humaines comme le cancer. Le QOS est entièrement contrôlé par ordinateur à l’aide d’un logiciel sophistiqué (le QOSoft) qui permet d’obtenir des images en fluorescence et en bioluminescence. Il est toutefois limité en ne permettant d’acquérir que des images planaires de la lumière sortant d’un animal ; il ne permet pas la tomographie, à savoir obtenir des images tridimensionnelles (3D) des sources fluorescentes ou bioluminescentes situées en profondeur à l’intérieur de l’animal. Bien que le QOS offre une grande flexibilité en terme d’angle d’acquisition d’images autour de l’animal avec sa caméra montée sur un bras rotatif, il a une sensibilité limitée pour de l’imagerie en profondeur, notamment parce qu’il fonctionne en mode épiillumination (détection de la lumière du même côté que l’injection de la lumière excitatrice dans l’animal) et aussi à cause de la sensibilité limitée de sa caméra. Afin d’augmenter les capacités tomographiques et la sensibilité du QOS, ainsi que le contraste des images qu’il fournit, le présent projet propose des développements logiciels intégrés au QOSoft. Ces ajouts logiciels au niveau du contrôle d’instrumentation et de l’interface graphique permettent d’intégrer une caméra EMCCD à ultra-haute sensibilité et ultra-faible bruit pour remplacer la caméra CCD refroidie existante ainsi qu’un module d’illumination laser rotatif. Ce module d’illumination, développé par le groupe TomOptUS, permet l’imagerie en mode transillumination ainsi que toutes les configurations intermédiaires jusqu’à l’épi-illumination. Ce module permet en outre d’injecter une densité de puissance lumineuse supérieure à celle possible avec la configuration actuelle du QOS. Le QOS et son logiciel mis à jour avec les ajouts faisant l’objet du présent projet sont validés par des expériences de fluorescence et de bioluminescence sur fantômes et animaux vivants.

Les expériences de violation de la parité dans les atomes, explorant l'interaction faible électron-noyau à très faible énergie sont un test de la théorie électrofaible complémentaire de ceux de haute énergie. Une mesure précise de la charge faible du noyau de césium apporterait des informations très utiles sur les corrections radiatives. L'expérience proposée sur la transition très interdite 6S - 7S du césium à 540 nm vise à atteindre une précision de l'ordre de 1% sur cette mesure. Les atomes sont excités de 6S à 7S en présence d'un champ électrique longitudinal par un laser pulsé (durée de l'ordre de 10 ns). Il sont ensuite détectés par émission induite par un laser sonde accordé sur 7S - 6P3/2 à 1.470 μm). L'amplification transitoire du faisceau sonde peut dépasser 100%. La vapeur présente un fort dichroïsme plan dû à l'alignement de 7S par la polarisation linéaire du faisceau pompe. L'interaction faible dans l'atome fait tourner cet alignement d'un petit angle (1 à 10 microradians) que la mesure de la polarisation de la sonde amplifiée permet de déterminer. Dans cette thèse sont décrites les trois principales étapes que nous avons franchies: l'essai avec un champ transverse et des lasers continus, la mise en oeuvre d'un laser pulsé, et enfin le passage à une configuration de champ longitudinal. L'utilisation d'un polarimètre équilibré à deux voies spécialement étudié et d'une double chaine de mesure d'impulsions lumineuses a permis la mesure à chaque tir du taux de polarisation d'impulsions de 10^8 photons, au bruit de photons près. Les résultats obtenus semblent indiquer que l'expérience projetée sera réalisable.

La désintégration beta du neutron est définie par divers coefficients de corrélation mesurables qui sont utilisés pour déterminer des paramètres du Modèle Standard et rechercher de nouvelle physique. L'objectif du spectromètre aSPECT est de mesurer le coefficient a de corrélation angulaire entre l'électron et l'antineutrino avec une précision sans précédent de 1%. Ce coefficient est extrait à partir d'une mesure de haute précision du spectre d'énergie des protons. Un point central de cette thèse est l'analyse du bruit de fond, motivée par les observations de décharges durant le temps de faisceau de 2011, et par une précédente indication d'une dépendance sur le potentiel de sélection des protons. Au cours de cette thèse, plusieurs mesures ont été réalisées hors ligne, en absence de particules ionisantes issues de la désintégration du neutron. Un bruit de fond "interne" (rayons-X et ions) a été identifié. Son influence sur da/a est de l'ordre de 10^-5 à 10^-4 suivant le niveau du vide (~10^-9 mbar) et la configuration du spectromètre. L'analyse des données du temps de faisceau en 2013 permet de construire un modèle de correction des différents bruits de fond présents dans l'expérience de désintégration du neutron, en considérant sa dépendance dans le temps. La correction est d'environ 3% sur le coefficient pour une configuration et un vide standard, mais elle peut atteindre 7% dans une configuration défavorable. Pour réduire ce bruit de fond, un champ électrique de dérive est appliqué au-dessus du maximum du potentiel de sélection. Des mesures supplémentaires réalisées durant ce temps de faisceau incluaient des tests systématiques comme les effets de bord (profil du faisceau) et différentes configurations des électrodes. Afin d'obtenir le résultat final, l'analyse doit être complétée en incluant les différentes corrections et en la comparant avec des simulations des effets systématiques.

De nombreuses observations astrophysiques et cosmologiques tendent à prouver que la matière ordinaire (dite baryonique) ne constituerait qu'environ 5 % du contenu énergétique de l'Univers. Les principales composantes de celui-ci seraient l'énergie noire (à 70 %) ainsi que la matière noire (à 25 %). Cette dernière serait invisible et seuls ses effets gravitationnels traduiraient sa présence dans l'Univers. Plusieurs particules, regroupées sous le terme générique de WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), pourraient correspondre à cette théorie et sont activement recherchées. Plusieurs dispositifs expérimentaux ont été développés dans ce but et s'appuyent sur les stratégies suivantes : la production de ces particules au sein de collisionneurs, l'observation de particules produites via l'annihilation de WIMP ou encore la détection directe de ces particules via leur interaction avec le noyau des atomes constitutifs d'un détecteur. C'est sur cette dernière méthode que s'appuie l'expérience EDELWEISS. Il s'agit d'une expérience de détection directe de matière noire dédiée à la recherche de WIMP de masse comprise entre 1 GeV et 1 TeV. Son but premier est de détecter les reculs nucléaires induits par la diffusion élastique de particule de matière noire dans les détecteurs. Les taux d'événements attendus < 10 /(kg.an) étant de plusieurs ordres de grandeur inférieurs à ceux induits par la radioactivité ambiante, une double mesure de l'ionisation et de la chaleur est employée pour discriminer les reculs électroniques induits par les bruits de fonds β et γ des reculs nucléaires induits par les WIMPs. De plus, l'expérience a été placée en site souterrain pour se prémunir des rayonnements cosmiques, induisant des événements dans les détecteurs. Ceux utilisés par l'expérience sont des bolomètres en germanium, appelés FID, refroidis à des températures cryogéniques (18 mK) et opérant à bas champ (1 V/cm). Depuis 2015, la nouvelle stratégie de l'expérience consiste à se focaliser sur les WIMPs de masse inférieure à 10 GeV, zone de recherche privilégiée pour les expériences utilisant des détecteurs cryogéniques. Le fonctionnement de l'expérience a donc été amélioré afin d'atteindre cet objectif.Le but de cette thèse consiste à analyser les campagnes de données de l'expérience, effectuées en 2015 et 2016. Celles-ci utilisaient les détecteurs FID soumis à un champ électrique plus important que précédemment afin d'améliorer leur sensibilité. La limite extraite à partir de ces données s'appuie sur la statistique de Poisson et a permis de mettre en évidence que le bruit de fond dominant de l'expérience à basse énergie impacte grandement les résultats. C'est pourquoi une étude de ces événements, appelés heat-only, a été réalisée. Ceux-ci se caractérisent par une élévation de chaleur vue par les senseurs thermiques sans que les électrodes du détecteur ne mesurent d'ionisation en son sein. Une étude de ce bruit de fond a été réalisée et a permis de mettre en évidence la possibilité de modéliser ces événements. Suite à ces résultats, une analyse par maximum de vraisemblance a été construite. Cette méthode d'analyse permet de soustraire de manière statistique les bruits de fond de l'expérience grâce à leurs spectres en énergie différents de ceux attendus pour un signal de matière noire. De cette façon, une limite sur la section efficace des WIMP a été calculée en utilisant pour la première fois des détecteurs FID soumis à des champs électriques supérieurs aux valeurs utilisées jusqu'à présent
Many astrophysical and cosmological observations lead to postulate the existence of an unknown matter, called dark matter. Ordinary matter can explain only 5 % of the energy content of the Universe : the main components would be the dark energy (70 %) and dark matter (25 %). This latter is invisible and manifest itself only via its gravitational effects. Several particles, grouped under the generic term of WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), could correspond to this theory and are actively searched. Many experiments have been developed for this purpose and are based on three strategies: the production of these particles with colliders, the observation of the particles produced by their annihilation in astrophysical objects or the direct detection of these particles via their interaction with the nucleus of the atoms constituent of a detector. It is on this last method that the EDELWEISS experiment is based. It is a dark matter direct detection experiment dedicated to the search for WIMP with masses between 1 GeV and 1 TeV. Its primary purpose is to detect nuclear recoils induced by elastic scattering of dark matter particles in detectors. Since the expected event rates < 10 /(kg.year) are several orders of magnitude lower than those induced by ambient radioactivity, a double measurement of ionization and heat is used to discriminate electron-induced recoils arising from β and γ interactions from WIMP-induced nuclear recoils. In addition, the experiment was placed underground to guard against cosmic radiation, inducing events in the detectors. These are germanium bolometers, called FID, cooled to cryogenic temperatures (18 mK) and operating at low field (1 V/cm). Since 2015, the new strategy of the experiment consists of focusing on WIMPs with mass below 10 GeV, an interessant research area where experiments using cryogenic detectors can exploit their ability to operate with experimental thresholds well below 1 keV. The operation of the experiment has been improved to achieve this goal. The aim of this thesis is to analyze the data set recorded by EDELWEISS in 2015 and 2016. These used the FID detectors subjected to a greater electric field than previously to improve their sensitivity. It is expected that the limit on the spin-independent WIMP-nucleon crosssection extracted from these data will be greatly impacted by a dominant background, called heat-only events. That is why they are studied in detail in this work. They are characterized by a rise in heat seen by thermal sensors without any ionization signal on the collecting electrodes. This study resulted in to highlight a model for these events that can be used in the WIMP search analyses. Following these results, a maximum likelihood analysis was constructed. This method of analysis makes it possible to statistically subtract the background noise from the experiment by exploiting the difference between the energy spectra of signal and backgrounds. In this way, limits on the spin-independent WIMP-nucleon cross-section are obtained. They will be compared to the results of other experiments

Dans ce manuscrit de thèse, nous introduisons les avancées récentes sur la décomposition en matrices (et tenseurs) de rang faible et parcimonieuse ainsi que les contributions pour faire face aux principaux problèmes dans ce domaine. Nous présentons d’abord un aperçu des méthodes matricielles et tensorielles les plus récentes ainsi que ses applications sur la modélisation d’arrière-plan et la segmentation du premier plan. Ensuite, nous abordons le problème de l’initialisation du modèle de fond comme un processus de reconstruction à partir de données manquantes ou corrompues. Une nouvelle méthodologie est présentée montrant un potentiel intéressant pour l’initialisation de la modélisation du fond dans le cadre de VSI. Par la suite, nous proposons une version « double contrainte » de l’ACP robuste pour améliorer la détection de premier plan en milieu marin dans des applications de vidéo-surveillance automatisées. Nous avons aussi développé deux algorithmes incrémentaux basés sur tenseurs afin d’effectuer une séparation entre le fond et le premier plan à partir de données multidimensionnelles. Ces deux travaux abordent le problème de la décomposition de rang faible et parcimonieuse sur des tenseurs. A la fin, nous présentons un travail particulier réalisé en conjonction avec le Centre de Vision Informatique (CVC) de l’Université Autonome de Barcelone (UAB)
This thesis introduces the recent advances on decomposition into low-rank plus sparse matrices and tensors, as well as the main contributions to face the principal issues in moving object detection. First, we present an overview of the state-of-the-art methods for low-rank and sparse decomposition, as well as their application to background modeling and foreground segmentation tasks. Next, we address the problem of background model initialization as a reconstruction process from missing/corrupted data. A novel methodology is presented showing an attractive potential for background modeling initialization in video surveillance. Subsequently, we propose a double-constrained version of robust principal component analysis to improve the foreground detection in maritime environments for automated video-surveillance applications. The algorithm makes use of double constraints extracted from spatial saliency maps to enhance object foreground detection in dynamic scenes. We also developed two incremental tensor-based algorithms in order to perform background/foreground separation from multidimensional streaming data. These works address the problem of low-rank and sparse decomposition on tensors. Finally, we present a particular work realized in conjunction with the Computer Vision Center (CVC) at Autonomous University of Barcelona (UAB)

In experiments looking for rare events, like neutrinoless double beta decay (DBD0v) and dark matter search (DM), one of the main issues is to increase the experimental sensitivity through the material selection and production. In the specific the background contribution coming from the materials used for the detector realization has to be minimized. Moreover the net reduction of the background produced by the bulk part of the apparatus has raised concerns about the background contribution coming from the surfaces. Many procedures and techniques were developed during the last years in order to remove and to minimize the presence of possible contaminants on detector surfaces. To succeed in this strategy a big effort was put in defining all possible mechanisms that lead to surface contaminations, as well as specific cleaning procedures, which are able to reduce and control the surface radioactivity. The presence in air and gases of possible radioactive elements that can stick on the detector surfaces can lead to a recontamination process that will vanish all the applied cleaning procedures. Here is presented and analyzed the contribution to the background of rare events experiments like CUORE (DBD0v) and EDELWEISS (DM) produced by an exposure of their detector components to a big activity of 222Rn, radioactive daughter isotope from the 238U chain.

La matière sombre compte pour 85% de la matière composant l’univers et nous ne savons toujours pas ce qu’elle est. Depuis plusieurs années, l’expérience Picasso, maintenant devenue l’expérience PICO, tente d’élucider ce mystère. Les fréons de la famille des CXFY sont utilisés comme cibles de choix dans les détecteurs à liquides surchauffés de l’expérience PICO. Situés à SNOLab, en Ontario, ces détecteurs font parties des plus performant de la recherche de la matière sombre. Lors d’interactions de particules avec le liquide en surchauffe, un changement de phase est induit par le dépôt d’énergie engendré par l’interaction. Les bulles créées par l’évènement sont alors détectées par différents capteurs afin de déterminer le type d’interaction qui a eu lieu. Dans ce travail seront présentés les détecteurs à liquides surchauffés dans le cadre de la recherche de la matière sombre. Principalement, nous y verrons trois types de détecteurs utilisés par les expériences PICO et Picasso. Le principe de fonctionnement de chacun des détecteurs sera exposé en premier lieu ainsi que leur fabrication, puis leur mode d’opération et l’analyse des données. Les méthodes de calibration seront par la suite expliquées pour terminer avec une description des résultats obtenus démontrant la performance de ce type de détection.
Dark matter makes up 85% of the matter content of the universe and we still don’t know what it is made of. The Picasso experiment, now named PICO, has been searching for it for several years with the use of superheated liquid detectors. Following the interaction of a particle with a superheated liquid freon of the CXFY family, a bubble is formed through a phase change and is detected with several types of sensors, telling us about the nature of the event. Located at SNOLab, in Ontario, these detectors produce some of the best results in the field. The present work will go through three types of superheated liquid detectors. A full description of the working principles will be presented for each of them. In addition, the fabrication, the operation mode and the data analysis will be shown. Detector calibration techniques will then be presented with different particle sources. Finally, the most recent results will be discussed, demonstrating the performance of the superheated liquid detector technique.