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In 2021, in Côte d'Ivoire, 1737 localities in rural areas were not yet electrified out of a total of 8518. The rural electrification programs initiated by the Ivorian State, with the support of financial institutions and development partners, did not sufficiently support localities with less than 500 inhabitants located more than 20 km from the interconnected electricity grid.To accelerate rural electrification and diligently take into account the electricity needs of these populations, two scenarios are possible. The first will be to accelerate the connection of these localities to the national interconnected grid, by intensifying the construction and extension of the MV/LV networks. The second will be electrification through decentralized mini-grids via renewable energy sources or genset.In Côte d'Ivoire, the current rural electrification policy favours the first scenario. Our thesis focuses on the second scenario, electrification through decentralized mini-grids. To do this, a relevant identification of the needs and uses of electrical energy is necessary for an optimized sizing of these mini-grids.The xlstat software, Energy Sentinel, QGIS, HOMER PRO, allowed us through the collection and analysis of electricity consumption data, from four electrified villages in Côte d'Ivoire, in order to determine daily needs, to identify the load curves of all households, consumption peaks and hourly step profiles. This has resulted in optimised and economically viable solution choices with renewable energy sources.The case study of the ELOKATO village with the HOMER ENERGY software, made it possible to identify thirteen scenarios considered the most profitable, based on the parameterization data in available deposits and energy systems that we entered into the software. The scenario, the most optimal and the most viable, technically and economically, out of the thirteen identified according to our simulations is the configuration constituted by a hybrid photovoltaic/ tidal turbine / storage / generator system. This solution is cost-effective if the distance between the locality to be electrified and the interconnected network is more than 1.90km. This solution will cost approximately US$620,000 with a discounted energy cost of US$0.203/kWh.Power generation systems, along with renewable energy sources, require high initial investments but relatively low operating costs. Today, initial investment costs are on a downward trend, thanks to technological advances.Our thesis made it possible to develop, for the first time, in Côte d'Ivoire, a load profile with hourly steps for rural areas and to set up a mapping of specific daily consumption by locality (kWh/day/locality). It is also a contribution to the acceleration of rural electrification. It aims to help decision-makers on national rural electrification policies via renewable energy and decentralised mini-grids. This, for the well-being of the populations and for the consolidation of local development initiatives.Keywords: Rural electrification, Renewable energies, energy mapping, XLSTAT, ENERGY SENTINEL, QGIS, HOMER PRO., En 2021, en Côte d’Ivoire, 1737 localités dans les zones rurales n’étaient pas encore électrifiées sur un total de 8518. Les programmes d’électrification rurale initiés par l’Etat ivoirien, avec le soutien des institutions financières et des partenaires au développement, ne prenaient pas suffisamment en charge les localités de moins de 500 habitants situés à plus de 20 km du réseau électrique interconnecté.Pour accélérer l’électrification rurale et prendre en compte avec diligence les besoins en électricité de ces populations, deux scénarios sont possibles. Le premier consistera à accélérer le raccordement de ces localités au réseau national interconnecté, par intensification de la construction et l’extension des réseaux HTA/BT. Le second consistera à l’électrification par des mini-réseaux décentralisés via des sources d’énergies renouvelables ou par des groupes électrogènes.En Côte d’Ivoire, la politique d’électrification rurale actuelle privilégie le premier scénario. Notre thèse porte sur le deuxième scénario, l’électrification par des mini-réseaux décentralisés. Pour ce faire, une identification pertinente des besoins et des usages de l’énergie électrique est nécessaire pour un dimensionnement optimisé de ces mini-réseaux.Les logiciels XLSTAT, Energy Sentinel, QGIS, HOMER PRO, nous ont permis à travers la collecte et l'analyse des données de consommations d'électricité, de quatre villages électrifiés de la Côte d’Ivoire, afin de déterminer les besoins journaliers, d’identifier les courbes de charges de l’ensemble des ménages, les pics de consommations et les profils à pas horaires. Cela a abouti à des choix de solutions optimisées et économiquement viables avec les énergies de sources renouvelables. L’étude de cas du village d’ELOKATO avec le logiciel HOMER ENERGY a permis d’identifier treize scénarios jugés les plus rentables, à partir des données de paramétrage (gisements disponibles et systèmes énergétiques) que nous avons saisis dans le logiciel. Le scénario, le plus optimal et le plus viable, techniquement et économiquement, sur les treize identifiés selon nos simulations est la configuration constituée par un système hybride photovoltaïque/hydrolienne/stockage/groupe électrogène. Cette solution est rentable si la distance entre la localité à électrifier et le réseau interconnecté est au-delà de 1,90km. Cette solution coûtera environ 620 000 dollars US avec un coût actualisé de l'énergie de US 0.203$/kWh.Les systèmes de production d’électricité, avec les sources d’énergies renouvelables, nécessitent des investissements initiaux élevés mais des coûts d’exploitation relativement faibles. Aujourd’hui les coûts d’investissements initiaux ont une tendance baissière, grâce aux progrès technologiques.Notre thèse a permis d’élaborer, pour la première fois, en Côte d’Ivoire, un profil de charge à pas horaires pour les zones rurales et de mettre en place une cartographie des consommations spécifiques journalières par localité (kWh/jour/localité). Elle est aussi une contribution à l’accélération de l’électrification rurale. Elle vise à éclairer les décideurs des politiques nationales d’électrification rurale via les énergies renouvelables et les mini-réseaux décentralisés. Cela, pour le bien-être des populations et pour la consolidation des initiatives de développement de proximité.

International audience

Superconducting accelerator cavities are now made from solid Niobium. It is the only metallic superconducting material that can be used in its elemental form to fabricate the complex geometries required. Technological progress has been such in recent years that the surface qualities obtained almost reach now the intrinsic limits of the material. The quest for new materials or surface structures is thus necessary to overcome the limit of Niobium technology. This PhD work is addressing two important axes for the development of these new alternative materials. Firstly, a device for testing the sample under nominal conditions of an accelerating cavity (cryogenic temperature, vacuum, radio frequency electromagnetic field) was designed. It has been optimized to better meet the constraints associated with the deposition of thin films than the devices currently in operation. It is more compact and allows the testing of samples of simple geometry and small dimensions. Secondly, deposition of thin films of insulating materials such as Al₂O₃ and Y₂O₃ have been performed by the ALD technique (Atomic Layer Deposition). Their properties and purities were analyzed by several techniques before and after optimization of the subsequent heat treatment. The deposition of such a layer, of about ten nanometers, is crucial for the improvement of superconducting cavities performances. In the short term, it allows the passivation of the Niobium surface in order to remove the native oxide layer that impair the surface superconducting properties. In the longer term, this insulating layer is essential for the decoupling of multiple layers of superconducting materials allowing the realization of an efficient shielding of the Niobium substrate., Les cavités accélératrices supraconductrices sont aujourd’hui fabriquées en Niobium massif. C’est le seul matériau supraconducteur métallique pouvant être utilisé à l’état pur pour fabriquer les géométries complexes requises. Les progrès technologiques ont été tels ces dernières années que les qualités de surface obtenues permettent d’atteindre quasiment les limites intrinsèques du matériau. La recherche de nouveaux matériaux ou structurations de surface est aujourd’hui nécessaire pour dépasser la limite du Niobium massif. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce contexte en abordant deux axes importants pour le déploiement de ces nouveaux matériaux. Premièrement, un dispositif de test d’échantillon dans des conditions représentatives de l’environnement d’une cavité accélératrice (température cryogénique, vide, champ électromagnétique radiofréquence) a été conçu. Il a été optimisé pour mieux répondre aux contraintes liées au dépôt de couches minces que les dispositifs actuellement en opération. Il est plus compact et permet de tester des échantillons de géométrie simple et de petites dimensions. Deuxièmement, des dépôts de couches minces de matériaux isolants tels que l’Al₂O₃ et l’Y₂O₃ ont été réalisés par la technique ALD (Atomic Layer Deposition). Leur propriétés et puretés ont été analysées par plusieurs techniques avant et après optimisation du traitement thermique. Le dépôt d’une telle couche, d’une dizaine de nanomètres, est cruciale pour l’amélioration des performances des cavités supraconductrices. A court terme, il permet la passivation de la surface du Niobium afin de supprimer la couche d’oxyde native présentant des propriétés supraconductrices amoindries. A plus long terme, cette couche isolante est indispensable pour le découplage des couches de matériaux supraconducteurs permettant la réalisation d’un blindage du substrat en Niobium.

The rapid innovation of neural network algorithms has led to neural network architectures with more calculations and deeper structures. However, the neural network deployment on traditional devices such as CPU/GPU faces energy consumption challenges. In this case, Field Programmable Gate Array (FPGA) has become an alternative to realizing neural networks because of its efficient energy and reconfigurability. However, the deployment of neural network engineers on FPGAs requires specific hardware design tools and solid hardware knowledge to complete the design to the final implementation. The objective of the thesis is to provide an FPGA-based Cloud computing infrastructure dedicated to machine learning engineers to perform different CNN models on various FPGA platforms without hardware acknowledges. The infrastructure offers multiple CNN hardware IPs, which have a high-throughput structure through pipelines, or save hardware resource consumption, or have a structure that strikes a balance between the two. These IPs are designed to generate different CNN hardware architectures on FPGAs according to the requirements of machine learning engineers. The infrastructure also involves several mathematical models, which estimate the resource usage of the two IPs developed. This estimation can help allocate FPGA resources well in the cloud. Finally, a quantization tool is designed to compress the network size with any bit width for the implementation on the FPGA. In order to complete the functionality of the infrastructure, several use cases are also developed to achieve the multiple usages of the neural network applications. This thesis also provides an overview of the life cycle for this infrastructure to conduct an in-deep analysis of how the infrastructure works for different machine learning engineers in various use cases. The proposed infrastructure can analyze the user needs of other use cases, deploy the CNN hardware architecture on, L’évolution rapide des réseaux de neurones a conduit à des architectures de réseaux nécessitant des capacités de calculs importantes avec des structures de réseau de plus en plus profondes. Le déploiement des réseaux de neurones sur des composants CPU/GPU fait face aux défis de la consommation énergétique. Pour faire face à ce problème de consommation énergétique, l’utilisation de circuits reconfigurables, comme les FPGA (Field Programmable Gate Array) est devenu une alternative de plus en plus envisagée. Cependant, le déploiement de réseaux sur des FPGA nécessite des outils de conception matérielle spécifiques et une solide expertise matérielle pour mener à bien leur conception jusqu’à l’implémentation finale sur FPGA. L’objectif de la thèse est de fournir une infrastructure de cloud computing basée sur des FPGAs dédiés aux ingénieurs en Machine Learning pour exécuter différents modèles de CNN (Convolutional Neural Network) sur diverses plateformes FPGA sans connaissance matérielle. L’infrastructure offre plusieurs IPs de CNN matériels, qui ont soit une structure haut débit via des mises en œuvre de pipeline, soit optimisent les ressources matérielles, ou ont une structure apportant un compromis entre les ressources et le temps de calcul. Ces IP sont conçus pour générer différentes architectures matérielles de CNN sur des FPGAs en fonction des exigences des ingénieurs en Machine Learning. L’infrastructure intègre également des modèles mathématiques, qui estiment les ressources nécessaires des IPs en fonction de leurs paramètres et sans passer par l’étape de synthèse (qui est très couteuse en temps). Cette estimation peut aider à allouer aux mieux les ressources FPGAs dans le cloud et choisir le ou les FPGAs appropriés. Enfin, un outil de quantification est conçu pour compresser la taille du réseau en diminuant la taille des données des CNN sur FPGA. Afin de compléter la fonctionnalité de l’infrastructure, plusieurs cas d’utilisation sont également développés pour couvrir tous les cas d’usages des applications associées aux réseaux de neurones. Cette thèse présente également le cycle de vie de cette infrastructure afin de mener une analyse approfondie du fonctionnement de l’infrastructure pour différents ingénieurs en Machine Learning dans divers cas d’utilisation. L’infrastructure proposée peut analyser les besoins des utilisateurs pour d’autres cas d’utilisation que l’inférence, déployer l’architecture matérielle du CNN sur le FPGA approprié et mettre en œuvre des techniques d’optimisations si nécessaire.

CERN has been using the stretched wire method for many years for the alignment of accelerator components. Capacitive Wire Positioning Systems (WPS) are used to measure transversal offsets with respect to a stretched wire within a sub-micrometric resolution. Temperature and humidity are two knows parameters to influence WPS measurements. The alignment tolerances requested until now did not require these parameters to be considered. Their consideration is now becoming essential to ensure the necessary alignments for the future accelerators. The impact of temperature and humidity on the WPS systems was investigated through tests in climatic chamber.; Le CERN utilise la méthode du fil tendu depuis de longues années pour l’alignement des composants des accélérateurs. Les systèmes de mesure capacitifs WPS (Wire Positioning System) permettent de mesurer, à des résolutions sub-micrométriques, des déplacements selon deux axes orthogonaux par rapport au fil tendu servant de référence. La température et l’humidité sont deux paramètres connus comme ayant une influence sur les mesures WPS. Les tolérances d’alignement demandées jusqu’à présent n’imposaient pas de considérer ces paramètres. Leur prise en compte devient dorénavant indispensable pour garantir les alignements nécessaires aux futurs accélérateurs. Des essais en chambre climatique ont permis d’étudier l’impact de la température et de l’humidité sur les systèmes WPS.

Ce travail de recherche montre comment l’entreprise Thales a innové son image corporate et de marque par le biais d’une stratégie de brand content en exploitant le tournant digital qui investit la plupart des entreprises globales. Le sujet traité offre l’occasion d’illustrer que dans une époque où tout le monde vante les louanges des plateformes sociales, la stratégie du brand content met en exergue l’importance des contenus. L’étude observe que la création d’une Thales Digital Factory, et donc de l’élaboration d’une stratégie de communication pertinente, permettrait au Groupe Thales de façonner une identité jeune et agile capable de susciter une nouvelle perception auprès du public externe. Elle questionne enfin la possibilité de mesurer l’appréciation des contenus à travers des indicateurs de mesure.

The High-Luminosity upgrade of the CERN LHC will increase its performance and the potential physics discoveries.The beam intensity will be multiplied by two to increase the collider luminosity.With such high intensities, collective effects and in particular beam coupling impedance are a possible performance limitation for the accelerator.After an introduction to accelerator physics and wake-fields, two collective effects codes will be detailed: PyHEADTAIL, a time-domain macro-particle code, and DELPHI, a Vlasov equation solver.Both are important to estimate coherent beam stability margins in the CERN accelerator complex, therefore a detailed comparison for different wakes and impedances, including the LHC model, will be presented.The current LHC stability limits will then be investigated with DELPHI simulations.In particular the Transverse Mode Coupling Instability, a fast instability occurring for high intensity beams with chromaticities close to zero, will be studied.The results will then be compared to measurements performed in the accelerator.Beam based measurements of several collimators will also be presented and compared to predictions from the impedance model.Combining these measurements and their comparison to simulations we will estimate the uncertainty on the LHC impedance model.To cope with the increased beam intensity, the impedance of the High Luminosity upgrade of the LHC will be reduced.The impact of different upgrade scenarios will be studied from the Transverse Mode Coupling Instability perspective.The potential benefits of an impedance reduction will be demonstrated through measurements in the LHC.Measurements performed in the LHC on a low impedance prototype collimator, the key component to the impedance reduction, will also be presented.These simulations and measurements will confirm the increase in the mode coupling threshold towards a value three times higher than the nominal bunch intensity., Le projet de LHC Haute Luminosité sera une amélioration majeure de l'accélérateur visant à accroître ses performances et son potentiel de découvertes.L'intensité du faisceau sera multipliée par deux pour augmenter la luminosité du collisionneur.À de telles intensités, les effets collectifs et en particulier l'impédance de couplage du faisceau sont une limitation possible des performances du LHC.Après une introduction à la physique des accélérateurs et aux effets des champs électromagnétiques induits, deux codes de simulation des effets cohérents du faisceau seront détaillés : PyHEADTAIL, un code macro-particulaire temporel, et DELPHI, un solveur de l'équation de Vlasov.Ces derniers sont important pour estimer les marges de stabilité dans les accélérateurs du CERN, c'est pourquoi une comparaison détaillée pour différentes impédances, y compris celle du LHC, sera présenté.% Les résultats seront également comparés à des formules souvent utilisées comme premières approximations dans les études de stabilité.Les limites de stabilité actuelles du LHC seront ensuite étudiées à l'aide de simulations DELPHI.En particulier, l'instabilité de couplage des modes transversaux, une instabilité rapide se produisant dans les faisceaux de haute intensité pour des chromaticités proches de zéro, sera étudiée.Les résultats seront ensuite comparés à des mesures réalisées dans l'accélérateur.Des mesures basées sur le faisceau de plusieurs collimateurs seront également présentées et comparées aux prédictions du modèle d'impédance.L'association de ces différentes mesures et leur comparaison avec les simulations nous permettra d'estimer l'incertitude sur le modèle d'impédance du LHC.Pour faire face à l'augmentation de l'intensité du faisceau, une réduction d'impédance est prévue pour le projet de LHC Haute Luminosité.L'impact de différents scénarios sera étudié du point de vue de l'instabilité de couplage des modes transversaux.L'effet bénéfique d'une réduction d'impédance sera démontré par des mesures sur le LHC.Les mesures effectuées dans le LHC sur un prototype de collimateur d'impédance réduite, un élément clé du projet, seront également présentées.Ces simulations et mesures confirmeront l'augmentation du seuil de couplage des modes à une valeur trois fois supérieure à l'intensité nominale des paquets.

International audience; The objective was to develop a tool to measure sow postural activity during lactation while kept between fences in the farrowing crate. Several trials were carried out to select sensors and test their ability to detect 5 different positions of the sow. First, several sensors, placed in a single metal box, were attached to the upper part of the back of sows with a custom-built belt that passes underneath the belly, just behind the front legs. For validation of the positions predicted from sensor data, sow behaviour was recorded with use of a digital camera and video records were analysed by a single observer. Prediction ability was tested with machine learning applied to random forests for the three-axis data provided by the sensors in the X, Y and Z dimensions. When comparing information provided by three sensors, i.e. two accelerometers (sensors A and B) and an application developed for a smartphone (sensor C), one sensor detected five positions more accurately than the other two. The error rate of prediction from 30% of the data was 2.1% with sensor A, 3.1% with sensor B, and 4.8% with sensor C. Additional trials focused on the ability of sensor A to distinguish among the five positions, using five sows. Statistical sensitivity was 0.94 and 0.95 for the right and left lateral positions, respectively; 0.79 for the ventral position; 0.75 for the standing position; but only 0.33 for the sitting position (because it represented only 4% of sows’ time budget). One single axis was sufficient to detect the two lateral positions. Next, we concentrated our interest on the advantages and drawbacks of 2 accelerometers: we ran new trials to compare outputs from sensor A with those obtained with a sensor D. We used acquisition speeds varying from 1 to 16 obs/sec to optimize the sampling rate to detect positions accurately and to test if postural changes at risk for the piglets can be detected. Analyses are in progress. The use of accelerometers to measure finely the postural activity of lactating sows is promising.

Recent advances in Laser Plasma Acceleration techniques (LPA) are now able to generate strong accelerating gradients (GV.m⁻¹); however the produced electron beam thus still presents a large energy spread (%) and a large divergence (mrad). The COXINEL project (ERC Advanced Grant 350014, PI. M.E. Couprie), aims at qualifying, in replacement of a conventional accelerator, a Laser Plasma Accelerator, for a Free Electrons Laser application. To achieve the required properties, the electron beam must be manipulated using a transport line. This line consists in a first triplet of permanent magnets quadrupoles of variable gradient which focuses the beam and allows for the control of the initial divergence. An electromagnetic chicane then reduces the slice energy spread by lengthening the beam longitudinally. A restricted energy range can then be selected by inserting a slit inside the chicane. Finally, a quadruple of electromagnetic quadrupoles provides the final focus in an undulator. The thesis deals on the study of electron beam transport produced by LPA along this line. Different electron production regimes have been used: ionization injection, gas cell. The transport was controlled using a new alignment and pointing compensation method for the initial electron beam by adjusting independently the beam position and dispersion at different location on the line. A fine adjustment of the transported energy was carried out by adjusting the quadrupole gradient. The produced beam was transported along the line and was characterized in terms of transverse distribution, emittance and energy. Experimental results were then successfully compared with numerical simulations. This work paves the way for the observation of undulator radiation, a preliminary step before Free Electron Laser amplification.; Les récents progrès en termes de techniques d’accélération par interaction Laser Plasma (LPA) permettent aujourd’hui de générer de forts gradients accélérateurs (GV.m⁻¹); cependant, les faisceaux d’électrons ainsi produits présentent encore une grande dispersion énergie (%) et une divergence élevée (mrad). Le projet COXINEL (ERC Advanced Grant 350014, PI. M.E. Couprie), vise à qualifier, en remplacement d’un accélérateur conventionnel, un accélérateur Laser Plasma, dans le but d’une application de Laser à Électrons Libres. Pour atteindre les propriétés requises, le faisceau d’électrons doit être manipulé à l’aide d’une ligne de transport. Cette ligne est constituée d’un premier triplet de quadrupôles à aimants permanents de gradient variable qui focalise le faisceau et permet la maîtrise de la divergence initiale. Une chicane électromagnétique réduit ensuite la dispersion en énergie par tranche en allongeant longitudinalement le faisceau. Une gamme d’énergie restreinte peut être ensuite sélectionnée via l’insertion d’une fente dans la chicane. Enfin, un quadruplet de quadrupôles électromagnétiques fournit la focalisation finale dans un onduleur. Le travail de thèse porte sur l’étude du transport des faisceaux d’électrons produit par LPA le long de cette ligne. Différents régimes de production d’électrons ont été utilisés : injection par ionisation, cellule de gaz. La maîtrise du transport a été obtenue à l’aide d’une nouvelle méthode d’alignement et de compensation de dérive de pointé initial des électrons en réglant de manière indépendante la position et la dispersion du faisceau à différents endroits de la ligne. Un réglage fin de l’énergie transportée a été effectué en ajustant le gradient des quadrupôles. Les faisceaux produits ont été transportés le long de la ligne et caractérisés en termes de distribution transverse, d’émittance et d’énergie. Les résultats expérimentaux ont ensuite été comparés avec succès aux simulations numériques. Ce travail ouvre la voie à l’observation de rayonnement de l’onduleur, étape préliminaire à une amplification Laser à Électrons Libres.

This thesis discusses the development of a real-time monitoring system based on a diamond detector for the new gamma source being built in Magurele, Romania as part of the Extreme Light Infrastructure (ELI) project. The machine consists of an electron linear accelerator that branches into two lines, one at low energy between 80 and 320 MeV and one at higher energy going up to 720 MeV. On both lines, an optical recirculator leads a high power laser to collide with 32 electrons bunches to produce gamma rays by inverse Compton interaction. This machine is built by a European consortium named EuroGammaS, of which the "Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire" is a member and tasked with developing most of the optical components. This is where I prepared the work presented in this manuscript. The electron bunches separated by 16 ns will collide with a circulating laser pulse at a rate of 100 Hz. To monitor the quality and stability of these interactions, the diamond detector system has been set-up. This involved simulation work on GEANT4 as well as two experiments to test the equipment at HiGS in the USA and newSubaru in Japan, two facilities that also offer gamma ray beams produced by inverse Compton scattering. The results obtained demonstrate the effectiveness of the system by analysing detection efficiency, charge collected or beam shape. This is promising in anticipation of the installation and commissioning expected for 2019.; Cette thèse présente le développement d'un système de contrôle en temps réel basé sur un détecteur en diamant pour la nouvelle source de rayons gamma en cours de construction à Magurele, en Roumanie, pour le projet Extreme Light Infrastructure (ELI). La machine comprend un accélérateur linéaire d'électrons qui se sépare en deux lignes, une à basse énergie entre 80 et 320 MeV et l'autre à plus haute énergie pouvant atteindre 720 MeV. Sur les deux lignes, un recirculateur optique guide un laser haute puissance pour entrer en collision avec 32 paquets d'électrons afin de produire des rayons gamma par interaction Compton inverse. Cette machine est construite par le consortium européen EuroGammaS, dont le Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire fait partie et qui a pour mission de développer la plupart des composants optiques. C'est aussi là où j'ai préparé le travail présenté dans ce manuscrit. Les paquets d'électrons séparés de 16 ns collisionneront avec une impulsion laser à une fréquence de 100 Hz. Pour s'assurer de la qualité et de la stabilité de ces interactions, le système du détecteur diamant a été mis en place. Cela a impliqué du travail de simulation sous GEANT4 ainsi que des expériences pour tester l'équipement à HiGS aux Etats-Unis et à newSubaru au Japon, deux établissements scientifiques qui proposent aussi des sources de rayons gamma produits par interaction Compton inverse. Les résultats obtenus démontrent l'efficacité de ce système en analysant l'efficacité de détection, la charge collectée ou encore la forme de faisceau. Ceci est encourageant en vue de l'installation et du commissioning qui sont attendus pour 2019.

This thesis discusses the development of a real-time monitoring system based on a diamond detector for the new gamma source being built in Magurele, Romania as part of the Extreme Light Infrastructure (ELI) project. The machine consists of an electron linear accelerator that branches into two lines, one at low energy between 80 and 320 MeV and one at higher energy going up to 720 MeV. On both lines, an optical recirculator leads a high power laser to collide with 32 electrons bunches to produce gamma rays by inverse Compton interaction. This machine is built by a European consortium named EuroGammaS, of which the "Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire" is a member and tasked with developing most of the optical components. This is where I prepared the work presented in this manuscript. The electron bunches separated by 16 ns will collide with a circulating laser pulse at a rate of 100 Hz. To monitor the quality and stability of these interactions, the diamond detector system has been set-up. This involved simulation work on GEANT4 as well as two experiments to test the equipment at HiGS in the USA and newSubaru in Japan, two facilities that also offer gamma ray beams produced by inverse Compton scattering. The results obtained demonstrate the effectiveness of the system by analysing detection efficiency, charge collected or beam shape. This is promising in anticipation of the installation and commissioning expected for 2019.; Cette thèse présente le développement d'un système de contrôle en temps réel basé sur un détecteur en diamant pour la nouvelle source de rayons gamma en cours de construction à Magurele, en Roumanie, pour le projet Extreme Light Infrastructure (ELI). La machine comprend un accélérateur linéaire d'électrons qui se sépare en deux lignes, une à basse énergie entre 80 et 320 MeV et l'autre à plus haute énergie pouvant atteindre 720 MeV. Sur les deux lignes, un recirculateur optique guide un laser haute puissance pour entrer en collision avec 32 paquets d'électrons afin de produire des rayons gamma par interaction Compton inverse. Cette machine est construite par le consortium européen EuroGammaS, dont le Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire fait partie et qui a pour mission de développer la plupart des composants optiques. C'est aussi là où j'ai préparé le travail présenté dans ce manuscrit. Les paquets d'électrons séparés de 16 ns collisionneront avec une impulsion laser à une fréquence de 100 Hz. Pour s'assurer de la qualité et de la stabilité de ces interactions, le système du détecteur diamant a été mis en place. Cela a impliqué du travail de simulation sous GEANT4 ainsi que des expériences pour tester l'équipement à HiGS aux Etats-Unis et à newSubaru au Japon, deux établissements scientifiques qui proposent aussi des sources de rayons gamma produits par interaction Compton inverse. Les résultats obtenus démontrent l'efficacité de ce système en analysant l'efficacité de détection, la charge collectée ou encore la forme de faisceau. Ceci est encourageant en vue de l'installation et du commissioning qui sont attendus pour 2019.

The thesis is focused on the study of collective effects in a 50 MeV electron storage ring, ThomX, in the absence of synchrotron radiation damping and of longitudinal matching. This thesis is divided in two distinct parts. The first part corresponds to the design of the impedance model (geometric and resistive wakefields, coherent synchrotron radiation) of the storage ring in order to simulate the beam dynamics. The geometric impedance model of the storage ring was obtained via simulation of the individual elements and was checked using wire measurements on prototypes. The coherent synchrotron radiation was simulated taking into account a rectangular vacuum chamber. Beam dynamics simulations, from the RF gun cathode to the storage ring, including collective effects are presented. The simulations are used to optimise the beam dynamics in the storage ring in the micro-bunching regime. The second part is the study of the ion cloud produced by the ionisation of the residual vacuum molecules and the optimisation of the ion clearing techniques. The longitudinal ion accumulation points and the trapping in magnetic fields are both studied analytically and by using a tracking code developed for this purpose. Clearing electrodes and clearing gaps are simulated and optimised using this code and the strategy chosen for the limitation of ion induced effects is described. Finally, the effect of multi-ionisation and ion dissociation is taken into account and the ion effect on the electron beam is estimated.; La thèse est axée sur l'étude des effets collectifs dans un anneau de stockage d'électrons de 50 MeV, ThomX, en l'absence d'amortissement synchrotron et d’adaptation longitudinale. Cette thèse est divisée en deux parties distinctes. La première partie correspond à la conception du modèle d'impédance (champ de sillage géométrique, résistif et rayonnement synchrotron cohérent) de l'anneau de stockage afin de simuler la dynamique faisceau. Le modèle d'impédance géométrique de l'anneau de stockage a été obtenu par la simulation des éléments individuels et a été vérifié en utilisant des mesures RF sur des prototypes. Le rayonnement synchrotron cohérent a été simulé en tenant compte d'une chambre à vide rectangulaire. Des simulations de la dynamique faisceau, de la cathode de canon RF à l'anneau de stockage, comprenant les effets collectifs sont présentées. Les simulations sont utilisées pour optimiser la dynamique faisceau dans l'anneau de stockage dans le régime de micro-paquet. La deuxième partie concerne l'étude du nuage d'ions produit par l'ionisation des molécules du vide résiduel et l'optimisation des techniques de nettoyage des ions. Les points d'accumulation longitudinaux des ions et le piégeage dans les champs magnétiques sont tous les deux étudiés analytiquement et en utilisant un programme développé à cet effet. Les électrodes de nettoyage et les espaces de nettoyages sont simulés et optimisés en utilisant ce code et la stratégie choisie pour la limitation des effets induits par les ions est décrite. Enfin, les effets de la multi-ionisation et de la dissociation ionique sont pris en compte et l'effet des ions sur le faisceau d'électrons est estimé.

The thesis is focused on the study of collective effects in a 50 MeV electron storage ring, ThomX, in the absence of synchrotron radiation damping and of longitudinal matching. This thesis is divided in two distinct parts. The first part corresponds to the design of the impedance model (geometric and resistive wakefields, coherent synchrotron radiation) of the storage ring in order to simulate the beam dynamics. The geometric impedance model of the storage ring was obtained via simulation of the individual elements and was checked using wire measurements on prototypes. The coherent synchrotron radiation was simulated taking into account a rectangular vacuum chamber. Beam dynamics simulations, from the RF gun cathode to the storage ring, including collective effects are presented. The simulations are used to optimise the beam dynamics in the storage ring in the micro-bunching regime. The second part is the study of the ion cloud produced by the ionisation of the residual vacuum molecules and the optimisation of the ion clearing techniques. The longitudinal ion accumulation points and the trapping in magnetic fields are both studied analytically and by using a tracking code developed for this purpose. Clearing electrodes and clearing gaps are simulated and optimised using this code and the strategy chosen for the limitation of ion induced effects is described. Finally, the effect of multi-ionisation and ion dissociation is taken into account and the ion effect on the electron beam is estimated., La thèse est axée sur l'étude des effets collectifs dans un anneau de stockage d'électrons de 50 MeV, ThomX, en l'absence d'amortissement synchrotron et d’adaptation longitudinale. Cette thèse est divisée en deux parties distinctes. La première partie correspond à la conception du modèle d'impédance (champ de sillage géométrique, résistif et rayonnement synchrotron cohérent) de l'anneau de stockage afin de simuler la dynamique faisceau. Le modèle d'impédance géométrique de l'anneau de stockage a été obtenu par la simulation des éléments individuels et a été vérifié en utilisant des mesures RF sur des prototypes. Le rayonnement synchrotron cohérent a été simulé en tenant compte d'une chambre à vide rectangulaire. Des simulations de la dynamique faisceau, de la cathode de canon RF à l'anneau de stockage, comprenant les effets collectifs sont présentées. Les simulations sont utilisées pour optimiser la dynamique faisceau dans l'anneau de stockage dans le régime de micro-paquet. La deuxième partie concerne l'étude du nuage d'ions produit par l'ionisation des molécules du vide résiduel et l'optimisation des techniques de nettoyage des ions. Les points d'accumulation longitudinaux des ions et le piégeage dans les champs magnétiques sont tous les deux étudiés analytiquement et en utilisant un programme développé à cet effet. Les électrodes de nettoyage et les espaces de nettoyages sont simulés et optimisés en utilisant ce code et la stratégie choisie pour la limitation des effets induits par les ions est décrite. Enfin, les effets de la multi-ionisation et de la dissociation ionique sont pris en compte et l'effet des ions sur le faisceau d'électrons est estimé.

The ThomX source should provide quasi-monochromatic high-quality X-rays (range 45-90 keV). The framework of the thesis is the electron beam linac energy upgrade from 50 MeV to 70 MeV necessary to achieve X-rays of 90 keV. For this purpose, the development of a compact high-gradient S-band electron accelerating structure is needed. It implies a research and development (R&D) activity at LAL in partnership with a French company (PMB-Alcen) in the High-Gradient (HG) technology of accelerating structures. The LAL-PMB-Alcen collaboration aims at the fabrication of a normal-conducting HG S-band structure by tackling the technological aspects that limit the achievement of high-gradient acceleration mostly due to vacuum RF breakdown and pulsed heating fatigue. Basically, the electromagnetic and thermal design of the HG S-band accelerating section has been performed at LAL. Meanwhile, PMB-Alcen was in charge to perform the fabrication, tuning and low power tests of prototypes and the final accelerating section. In this work, a fully coupled electromagnetic-thermal-structural finite element analysis on the THOMX RF gun has been performed with Ansys workbench. The HG accelerating section final regular cell dimensions and the power coupler design have been optimized. In particular, the electromagnetic simulation techniques and outcomes have been applied to constant impedance (CI) TW prototypes and also to a constant gradient (CG) final accelerating section. This allowed to verify the geometry choice, validate the fabrication procedure and check the fulfilment of the normal operating conditions. Moreover, a coupled thermo-mechanical study on a CI copper prototype has been performed. The water cooling system has been simulated to validate the capability to extract the heat generated by the dissipated power on the walls of the structure and guarantee a uniform temperature distribution along the section. Also, vacuum simulations have been performed on a 16-cells CI copper prototype and also on the final CG accelerating section. In addition, the main steps for the fabrication of the RF gun at LAL and a 7-cells aluminium prototype at PMB-Alcen have been presented. RF low power tests on the prototype have been performed in order to validate the 3D geometry design and the machining process. Taking into account the experimental results, mechanical problems and technological constraints have been tackled and some solutions have been proposed for the future copper prototype fabrication. Finally, beam dynamics simulations of the ThomX linac has been carried out by ASTRA code. The aim is to reduce as much as possible the energy spread and the transverse emittance to preserve the spectral purity of the produced X-rays, at the electron-photon interaction point. A model as close as possible to the characteristics of the real components, such as RF gun, TW section and solenoids has been considered. Important results came out from these simulations regarding laser parameters (spot size and duration), the maximum magnetic field of solenoids for high space charge effect compensation, dephasing between the RF and laser in the gun and effect of the travelling wave electromagnetic field on the particle dynamics. Different options for the parameter settings of machine operation and a new configuration of the solenoids position have been proposed. An optimization of the beam dynamics properties has been obtained by using a genetic algorithm and the ultimate performances of the electron beam have been highlighted., ThomX, un démonstrateur de source Compton compacte de rayons X d’énergie réglable entre 45 et 90 keV, est en construction sur le campus de l'Université Paris-Saclay à Orsay. La thèse s’inscrit dans le cadre de l’upgrade du linac de ThomX qui consiste à réaliser une section accélératrice compacte à fort gradient en bande S (3 GHz) pour porter les faisceaux de ThomX de 50 MeV à 70 MeV. Un accord de collaboration R&D est signé entre LAL et PMB-Alcen pour développer une structure accélératrice en cuivre (OFHC) compacte en bande S à fort gradient. Une étude électromagnétique, thermique et dynamique de faisceau a été effectuée au LAL pour proposer une géométrie optimale de la section accélératrice pour atteindre des gradients accélérateurs très élevés. PMB est en charge d’améliorer les processus de fabrication en commençant par la réalisation des prototypes pour valider les choix technologiques et ensuite fabriquer la section finale pour répondre aux spécifications demandées. Dans un premier temps une étude couplée électromagnétique-thermique-structurelle du canon HF a été effectuée en utilisant le Logiciel d'analyse des éléments finis 3D (ANSYS). Ensuite l’étude électromagnétique et l’optimisation de la géométrie des cellules accélératrices ainsi que la conception des coupleurs de puissance pour constituer les prototypes à impédance constante avec un certain nombre de cellules réduit et la section accélératrice compacte à gradient constant ont été effectuées en utilisant les logiciels CST MWS et HFSS. Puis une étude thermomécanique de la structure accélératrice a été réalisée avec ANSYS pour concevoir et optimiser le circuit de refroidissement pour extraire la chaleur générée par la puissance HF dissipée dans les parois de la structure et garantir une répartition uniforme de la température au long de la structure. Les simulations du vide ont été également réalisées avec le code Monte Carlo pour envisager la meilleure solution de pompage pour le prototype de cuivre et la section finale. En outre, les principales étapes suivies dans la fabrication du Canon HF au LAL et le prototype en aluminium à 7 cellules chez PMB-Alcen ont été présentées. Des tests HF bas niveau du prototype ont été effectués afin de valider la géométrie « processus d’usinage ». Compte tenu des résultats expérimentaux, des problèmes techniques et des contraintes technologiques ont été abordées et certaines solutions ont été proposées pour la fabrication des prototypes en cuivre et de la section finale. Les simulations de la dynamique des faisceaux du Linac de ThomX ont été effectuées en utilisant le code ASTRA. Le but est de réduire autant que possible la dispersion en énergie et l’emittance transverse du paquet d’électrons au point d’interaction avec les impulsions laser, pour préserver la pureté spectrale de rayons X produits. Un modèle aussi proche que possible des caractéristiques des composants réels, tels que le canon HF, la section accélératrice à onde progressive (OP) et les solénoïdes a été pris en compte dans les simulations. Des résultats importants ressortent de ces simulations concernant les paramètres du laser (taille et durée du spot), le champ magnétique maximal des solénoïdes pour la compensation de l'effet de charge espace, le déphasage entre l’onde RF et le laser et l'effet du champ électromagnétique sur la dynamique des électrons. Différentes options pour les paramètres de fonctionnement de la machine et une nouvelle configuration de la position des solénoïdes ont été proposées. L’optimisation des caractéristiques du paquet d’électrons a été obtenue en utilisant un algorithme génétique et les performances finales du faisceau d’électrons ont été mises en évidence.

The ThomX source should provide quasi-monochromatic high-quality X-rays (range 45-90 keV). The framework of the thesis is the electron beam linac energy upgrade from 50 MeV to 70 MeV necessary to achieve X-rays of 90 keV. For this purpose, the development of a compact high-gradient S-band electron accelerating structure is needed. It implies a research and development (R&D) activity at LAL in partnership with a French company (PMB-Alcen) in the High-Gradient (HG) technology of accelerating structures. The LAL-PMB-Alcen collaboration aims at the fabrication of a normal-conducting HG S-band structure by tackling the technological aspects that limit the achievement of high-gradient acceleration mostly due to vacuum RF breakdown and pulsed heating fatigue. Basically, the electromagnetic and thermal design of the HG S-band accelerating section has been performed at LAL. Meanwhile, PMB-Alcen was in charge to perform the fabrication, tuning and low power tests of prototypes and the final accelerating section. In this work, a fully coupled electromagnetic-thermal-structural finite element analysis on the THOMX RF gun has been performed with Ansys workbench. The HG accelerating section final regular cell dimensions and the power coupler design have been optimized. In particular, the electromagnetic simulation techniques and outcomes have been applied to constant impedance (CI) TW prototypes and also to a constant gradient (CG) final accelerating section. This allowed to verify the geometry choice, validate the fabrication procedure and check the fulfilment of the normal operating conditions. Moreover, a coupled thermo-mechanical study on a CI copper prototype has been performed. The water cooling system has been simulated to validate the capability to extract the heat generated by the dissipated power on the walls of the structure and guarantee a uniform temperature distribution along the section. Also, vacuum simulations have been performed on a 16-cells CI copper prototype and also on the final CG accelerating section. In addition, the main steps for the fabrication of the RF gun at LAL and a 7-cells aluminium prototype at PMB-Alcen have been presented. RF low power tests on the prototype have been performed in order to validate the 3D geometry design and the machining process. Taking into account the experimental results, mechanical problems and technological constraints have been tackled and some solutions have been proposed for the future copper prototype fabrication. Finally, beam dynamics simulations of the ThomX linac has been carried out by ASTRA code. The aim is to reduce as much as possible the energy spread and the transverse emittance to preserve the spectral purity of the produced X-rays, at the electron-photon interaction point. A model as close as possible to the characteristics of the real components, such as RF gun, TW section and solenoids has been considered. Important results came out from these simulations regarding laser parameters (spot size and duration), the maximum magnetic field of solenoids for high space charge effect compensation, dephasing between the RF and laser in the gun and effect of the travelling wave electromagnetic field on the particle dynamics. Different options for the parameter settings of machine operation and a new configuration of the solenoids position have been proposed. An optimization of the beam dynamics properties has been obtained by using a genetic algorithm and the ultimate performances of the electron beam have been highlighted.; ThomX, un démonstrateur de source Compton compacte de rayons X d’énergie réglable entre 45 et 90 keV, est en construction sur le campus de l'Université Paris-Saclay à Orsay. La thèse s’inscrit dans le cadre de l’upgrade du linac de ThomX qui consiste à réaliser une section accélératrice compacte à fort gradient en bande S (3 GHz) pour porter les faisceaux de ThomX de 50 MeV à 70 MeV. Un accord de collaboration R&D est signé entre LAL et PMB-Alcen pour développer une structure accélératrice en cuivre (OFHC) compacte en bande S à fort gradient. Une étude électromagnétique, thermique et dynamique de faisceau a été effectuée au LAL pour proposer une géométrie optimale de la section accélératrice pour atteindre des gradients accélérateurs très élevés. PMB est en charge d’améliorer les processus de fabrication en commençant par la réalisation des prototypes pour valider les choix technologiques et ensuite fabriquer la section finale pour répondre aux spécifications demandées. Dans un premier temps une étude couplée électromagnétique-thermique-structurelle du canon HF a été effectuée en utilisant le Logiciel d'analyse des éléments finis 3D (ANSYS). Ensuite l’étude électromagnétique et l’optimisation de la géométrie des cellules accélératrices ainsi que la conception des coupleurs de puissance pour constituer les prototypes à impédance constante avec un certain nombre de cellules réduit et la section accélératrice compacte à gradient constant ont été effectuées en utilisant les logiciels CST MWS et HFSS. Puis une étude thermomécanique de la structure accélératrice a été réalisée avec ANSYS pour concevoir et optimiser le circuit de refroidissement pour extraire la chaleur générée par la puissance HF dissipée dans les parois de la structure et garantir une répartition uniforme de la température au long de la structure. Les simulations du vide ont été également réalisées avec le code Monte Carlo pour envisager la meilleure solution de pompage pour le prototype de cuivre et la section finale. En outre, les principales étapes suivies dans la fabrication du Canon HF au LAL et le prototype en aluminium à 7 cellules chez PMB-Alcen ont été présentées. Des tests HF bas niveau du prototype ont été effectués afin de valider la géométrie « processus d’usinage ». Compte tenu des résultats expérimentaux, des problèmes techniques et des contraintes technologiques ont été abordées et certaines solutions ont été proposées pour la fabrication des prototypes en cuivre et de la section finale. Les simulations de la dynamique des faisceaux du Linac de ThomX ont été effectuées en utilisant le code ASTRA. Le but est de réduire autant que possible la dispersion en énergie et l’emittance transverse du paquet d’électrons au point d’interaction avec les impulsions laser, pour préserver la pureté spectrale de rayons X produits. Un modèle aussi proche que possible des caractéristiques des composants réels, tels que le canon HF, la section accélératrice à onde progressive (OP) et les solénoïdes a été pris en compte dans les simulations. Des résultats importants ressortent de ces simulations concernant les paramètres du laser (taille et durée du spot), le champ magnétique maximal des solénoïdes pour la compensation de l'effet de charge espace, le déphasage entre l’onde RF et le laser et l'effet du champ électromagnétique sur la dynamique des électrons. Différentes options pour les paramètres de fonctionnement de la machine et une nouvelle configuration de la position des solénoïdes ont été proposées. L’optimisation des caractéristiques du paquet d’électrons a été obtenue en utilisant un algorithme génétique et les performances finales du faisceau d’électrons ont été mises en évidence.

International audience

Recent advances in Laser Plasma Acceleration techniques (LPA) are now able to generate strong accelerating gradients (GV.m⁻¹); however the produced electron beam thus still presents a large energy spread (%) and a large divergence (mrad). The COXINEL project (ERC Advanced Grant 350014, PI. M.E. Couprie), aims at qualifying, in replacement of a conventional accelerator, a Laser Plasma Accelerator, for a Free Electrons Laser application. To achieve the required properties, the electron beam must be manipulated using a transport line. This line consists in a first triplet of permanent magnets quadrupoles of variable gradient which focuses the beam and allows for the control of the initial divergence. An electromagnetic chicane then reduces the slice energy spread by lengthening the beam longitudinally. A restricted energy range can then be selected by inserting a slit inside the chicane. Finally, a quadruple of electromagnetic quadrupoles provides the final focus in an undulator. The thesis deals on the study of electron beam transport produced by LPA along this line. Different electron production regimes have been used: ionization injection, gas cell. The transport was controlled using a new alignment and pointing compensation method for the initial electron beam by adjusting independently the beam position and dispersion at different location on the line. A fine adjustment of the transported energy was carried out by adjusting the quadrupole gradient. The produced beam was transported along the line and was characterized in terms of transverse distribution, emittance and energy. Experimental results were then successfully compared with numerical simulations. This work paves the way for the observation of undulator radiation, a preliminary step before Free Electron Laser amplification., Les récents progrès en termes de techniques d’accélération par interaction Laser Plasma (LPA) permettent aujourd’hui de générer de forts gradients accélérateurs (GV.m⁻¹); cependant, les faisceaux d’électrons ainsi produits présentent encore une grande dispersion énergie (%) et une divergence élevée (mrad). Le projet COXINEL (ERC Advanced Grant 350014, PI. M.E. Couprie), vise à qualifier, en remplacement d’un accélérateur conventionnel, un accélérateur Laser Plasma, dans le but d’une application de Laser à Électrons Libres. Pour atteindre les propriétés requises, le faisceau d’électrons doit être manipulé à l’aide d’une ligne de transport. Cette ligne est constituée d’un premier triplet de quadrupôles à aimants permanents de gradient variable qui focalise le faisceau et permet la maîtrise de la divergence initiale. Une chicane électromagnétique réduit ensuite la dispersion en énergie par tranche en allongeant longitudinalement le faisceau. Une gamme d’énergie restreinte peut être ensuite sélectionnée via l’insertion d’une fente dans la chicane. Enfin, un quadruplet de quadrupôles électromagnétiques fournit la focalisation finale dans un onduleur. Le travail de thèse porte sur l’étude du transport des faisceaux d’électrons produit par LPA le long de cette ligne. Différents régimes de production d’électrons ont été utilisés : injection par ionisation, cellule de gaz. La maîtrise du transport a été obtenue à l’aide d’une nouvelle méthode d’alignement et de compensation de dérive de pointé initial des électrons en réglant de manière indépendante la position et la dispersion du faisceau à différents endroits de la ligne. Un réglage fin de l’énergie transportée a été effectué en ajustant le gradient des quadrupôles. Les faisceaux produits ont été transportés le long de la ligne et caractérisés en termes de distribution transverse, d’émittance et d’énergie. Les résultats expérimentaux ont ensuite été comparés avec succès aux simulations numériques. Ce travail ouvre la voie à l’observation de rayonnement de l’onduleur, étape préliminaire à une amplification Laser à Électrons Libres.

Klystrons are vacuum tubes that amplifiy microwave signals with the modulation of its beam electrons velocities. The electron beam and the klystron cavities exchange electromagnetic energy. This energy exchanges accelerate or decelerate electrons, and create bunches. The electromagnetic energy carried by these bunches is transferred to an external radio-frequency circuit in the last cavity. In the frame of the improvement of klystrons efficiency, a new design inspired by RFQ (Radio-Frequency Quadrupole) had been proposed. With more cavities, poorly-coupled with the beam, the electron bunching is expected to be smoother and more efficient. The purpose of this project was the test of this new design by replacing the interaction line of an existing klystron. This klystron was simulated with several codes such as AJ-Disk, Klys2D and MAGIC2D. We then used this simulation software to try new designs to improve this klystron efficiency. Once we chose the new cavities electromagnetic properties, we designed the interaction line parts.This klystron development involved the design of a new tuning system for the cavities frequencies, and a new titanium deposition method, in order to prevent multipactor effect. This step needed the design and the fabrication of two series of cavities prototypes to test our new parts and methods. The brazing method was also checked with these cavities. The final interaction line parts were fabricated by a subcontractor, and then assembled and brazed at Thales Electron Devices Vélizy. This new klystron was finally tested on a dedicated conditioning and testing bench., Les klystrons sont des tubes électroniques dans lesquels un ou plusieurs faisceaux d'électrons sont modulés afin de d'amplifier un signal radiofréquence. Pour ce faire, des cavités passives constituant la ligne d’interaction du klystron échangent de l’énergie électromagnétique avec le faisceau. Il en résulte une modification périodique de la vitesse des électrons, qui sont regroupés en paquets. A la fin de la ligne d’interaction, cette énergie est partiellement transmise à un circuit radiofréquence externe. Afin d’améliorer les performances des klystrons et d’augmenter leur rendement énergétique, une nouvelle architecture, inspirée des RFQ (Radio-Frequency Quadrupole), a été proposée. Il s’agit d’utiliser un nombre plus important de cavités, faiblement couplées au faisceau, et permettant la mise en paquets des électrons de façon très progressive et économe en énergie. Dans l’optique de tester cette nouvelle architecture, le point de départ de ce projet a été la modification de la ligne d’interaction d’un klystron existant. Les éléments d’origines ont été modélisés avec différents programmes de simulation (AJ-Disk, Klys2D et MAGIC2D). Plusieurs architectures ont été ensuite simulées avec ces programmes, afin d’améliorer le rendement énergétique de ce klystron. Une fois que les paramètres électromagnétiques des cavités ont été déterminés, il a été nécessaire de concevoir les pièces constituant cette nouvelle ligne. Le développement de ce nouveau klystron a imposé la création d’un système d’accord des cavités en fréquence, et d’une méthode de titanage, afin d’empêcher la création de phénomène de multipactor. Pour ce faire, deux séries de prototypes ont été conçues, fabriquées et testées. Cette étape a également permis la vérification des méthodes de brasage prévues avec les pièces finales. Les différents éléments de la ligne d’interaction ont été réalisés par un partenaire industriel extérieur au projet. Ces pièces ont été ensuite assemblées à Thales Electron Devices Vélizy, avant que le nouveau klystron soit testé sur un banc dédié.

National audience; L’étude présentée s’inscrit dans un travail de thèse visant à caractériser le patrimoine scientifique contemporain, auregard de l’étude épistémologique et sociologique d’un objet en particulier : l’accélérateur de particules Cockcroft-Walton. L’analyse s’appuie sur un corpus de BD mettant en scène l’accélérateur et porte sur le statut de l’objet dansla fiction. L’objet est-il mobilisé pour ses qualités techniques, scientifiques, politiques ou bien esthétiques ?Proposant une utilisation du cadre d’interprétation de la théorie des mondes possibles (Lewis) cette étude proposede regarder quel changement ontologique s’opère autour de l’objet en fiction

Measuring the beam transverse emittance is fundamental in every accelerator, in particular for colliders, where its precise determination is essential to maximize the luminosity and thus the performance of the colliding beams. Synchrotron Radiation (SR) is a versatile tool for non-destructive beam diagnostics, since its characteristics are closely related to those of the source beam. At CERN, being the only available diagnostics at high beam intensity and energy, SR monitors are exploited as the proton beam size monitor of the two higher energy machines, the Super Proton Synchrotron (SPS) and the Large Hadron Collider (LHC). The thesis work documented in this report focused on the design, development, characterization and optimization of these beam size monitors. Such studies were based on a comprehensive set of theoretical calculations, numerical simulations and experiments.A powerful simulation tool has been developed combining conventional softwares for SR simulation and optics design, thus allowing the description of an SR monitor from its source up to the detector. The simulations were confirmed by direct observations, and a detailed performance studies of the operational SR imaging monitor in the LHC, where different techniques for experimentally validating the system were applied, such as cross-calibrations with the wire scanners at low intensity (that are considered as a reference) and direct comparison with beam sizes de-convoluted from the LHC luminosity measurements.In 2015, the beam sizes to be measured with the further increase of the LHC beam energy to 7 TeV will decrease down to ∼190 μm. In these conditions, the SR imaging technique was found at its limits of applicability since the error on the beam size determination is proportional to the ratio of the system resolution and the measured beam size. Therefore, various solutions were probed to improve the system’s performance such as the choice of one light polarization, the reduction of depth of field effect and the reduction of the imaging wavelength down to 250 nm.In parallel to reducing the diffraction contribution to the resolution broadening, the extraction mirror, found as the main sources of aberrations in the system was redesigned. Its failure was caused by the EM coupling with the beam’s fields that led to overheating and deterioration of the coating. A new system’s geometry featuring a smoother transition in the beam pipe was qualified in terms of longitudinal coupling impedance via the stretched wire technique. A comparison with the older system was carried out and resulted in a reduction of the total power dissipated in the extraction system by at least a factor of four.A new, non-diffraction limited, SR-based monitor based on double slit interferometry was designed as well as an alternative method to the direct imaging. Its principle is based on the direct relation between the interferogram fringes visibility and the beam size.Since the beam emittance is the physical quantity of interest in the performance analysis of the LHC, determining the optical functions at the SR monitors is as relevant as measuring the beam size. The “K-modulation” method for the optical function determination was applied for the first time in the LHC IR4, where most of the profile monitors sit. The βs at the quadrupoles were measured and via two different propagation algorithms the βs at the BSRT and the WS were obtained reducing significantly the uncertainty at the monitors location., La mesure de l’émittance transverse du faisceau est fondamentale pour tous les accélérateurs, et en particulier pour les collisionneurs, son évaluation precise étant essentielle pour maximiser la luminosité et ainsi la performance des faisceaux de collision.Le rayonnement synchrotron (SR) est un outil polyvalent pour le diagnostic non-destructif de faisceau, exploité au CERN pour mesurer la taille des faisceaux de protons des deux machines du complexe dont l’énergie est la plus élevée, le SPS et le LHC où l’intensité du faisceau ne permet plus les techniques invasives.Le travail de thèse documenté dans ce rapport s’est concentré sur la conception, le développement, la caractérisation et l’optimisation des moniteurs de taille de faisceau basés sur le SR. Cette étude est fondée sur un ensemble de calculs théoriques, de simulation numériques et d’expériences conduite au sein des laboratoires et accélérateurs du CERN. Un outil de simulation puissant a été développé, combinant des logiciels classiques de simulation de SR et de propagation optique, permettant ainsi la caractérisation complète d’un moniteur SR de la source jusqu’au détecteur.La source SR a pu être entièrement caractérisée par cette technique, puis les résultats validés par observation directe et par la calibration à basse énergie basée sur les mesures effectuées avec les wire-scanners (WS), qui sont la référence en terme de mesure de taille de faisceau, ou telles que la comparaison directe avec la taille des faisceaux obtenue par déconvolution de la luminosité instantanée du LHC.Avec l’augmentation de l’énergie dans le LHC (7TeV), le faisceau verra sa taille diminuer jusqu’à atteindre la limite de la technique d’imagerie du SR. Ainsi, plusieurs solutions ont été investiguées afin d’améliorer la performance du système: la sélection d’une des deux polarisations du SR, la réduction des effets liés à la profondeur de champ par l’utilisation de fentes optiques et l’utilisation d’une longueur d’onde réduite à 250 nm.En parallèle à l’effort de réduction de la diffraction optique, le miroir d’extraction du SR qui s’était avéré être la source principale des aberrations du système a été entièrement reconçu. En effet, la détérioration du miroir a été causée par son couplage EM avec les champs du faisceau, ce qui a conduit à une surchauffe du coating et à sa dégradation. Une nouvelle géométrie de miroir et de son support permettant une douce transition en termes de couplage d’impédance longitudinale dans le beam pipe a été définie et caractérisée par la technique dite du “streched wire”. Egalement, comme méthode alternative à l’imagerie directe, un nouveau moniteur basé sur la technique d’interférométrie à deux fentes du SR, non limité par la diffraction, a également été développé. Le principe de cette méthode est basé sur la relation directe entre la visibilité des franges d’interférence et la taille de faisceau.Comme l’emittance du faisceau est la donnée d’intérêt pour la performance du LHC, il est aussi important de caractériser avec précision l’optique du LHC à la source du SR. Dans ce but, la méthode “K-modulation” a été utilisée pour la première fois au LHC en IR4. Les β ont été mesurés à l’emplacement de tous les quadrupoles et ont été évalués via deux algorithmes de propagation différents au BSRT et au WS.

In this thesis, we propose to study the issues of task parallelism with data dependencies onmulticore architectures with accelerators. We target those architectures with the XKaapiruntime system developed by the MOAIS team (INRIA Rhône-Alpes).We first studied the issues on multi-GPU architectures for asynchronous execution andscheduling. Work stealing with heuristics showed significant performance results, but didnot consider the computing power of different resources. Next, we designed a schedulingframework and a performance model to support scheduling strategies over XKaapi runtime.Finally, we performed experimental evaluations over the Intel Xeon Phi coprocessor innative execution.Our conclusion is twofold. First we concluded that data-flow task programming canbe efficient on accelerators, which may be GPUs or Intel Xeon Phi coprocessors. Second,the runtime support of different scheduling strategies is essential. Cost models providesignificant performance results over very regular computations, while work stealing canreact to imbalances at runtime.; Dans cette thèse , nous proposons d’étudier des questions sur le parallélism de tâcheavec dépendance de données dans le cadre de machines multicoeur avec des accélérateurs.La solution proposée a été développée en utilisant l’interface de programmation hauteniveau XKaapi du projet MOAIS de l’INRIA Rhône-Alpes.D’abord nous avons étudié des questions liés à une approche d’exécution totalementasyncrone et l’ordonnancement par vol de travail sur des architectures multi-GPU. Le volde travail avec localité de données a montré des résultats significatifs, mais il ne prend pasen compte des différents ressources de calcul. Ensuite nous avons conçu une interface etune modèle de coût qui permettent d’écrire des politiques d’ordonnancement sur XKaapi.Finalement on a évalué XKaapi sur un coprocesseur Intel Xeon Phi en mode natif.Notre conclusion est double. D’abord nous avons montré que le modèle de programma-tion data-flow peut être efficace sur des accélérateurs tels que des GPUs ou des coproces-seurs Intel Xeon Phi. Ensuite, le support à des différents politiques d’ordonnancement estindispensable. Les modèles de coût permettent d’obtenir de performance significatifs surdes calculs très réguliers, tandis que le vol de travail permet de redistribuer la charge encours d’exécution.; Esta tese investiga os desafios no uso de paralelismo de tarefas com dependências dedados em arquiteturas multi-CPU com aceleradores. Para tanto, o XKaapi, desenvolvidono grupo de pesquisa MOAIS (INRIA Rhône-Alpes), é a ferramenta de programação basedeste trabalho.Em um primeiro momento, este trabalho propôs extensões ao XKaapi a fim de sobre-por transferência de dados com execução através de operações concorrentes em GPU, emconjunto com escalonamento por roubo de tarefas em multi-GPU. Os resultados experimen-tais sugerem que o suporte a asincronismo é importante à escalabilidade e desempenho emmulti-GPU. Apesar da localidade de dados, o roubo de tarefas não pondera a capacidadede processamento das unidades de processamento disponíveis. Nós estudamos estratégiasde escalonamento com predição de desempenho em tempo de execução através de modelosde custo de execução. Desenvolveu-se um framework sobre o XKaapi de escalonamentoque proporciona a implementação de diferentes algoritmos de escalonamento. Esta tesetambém avaliou o XKaapi em coprocessodores Intel Xeon Phi para execução nativa.A conclusão desta tese é dupla. Primeiramente, nós concluímos que um modelo deprogramação com dependências de dados pode ser eficiente em aceleradores, tais comoGPUs e coprocessadores Intel Xeon Phi. Não obstante, uma ferramenta de programaçãocom suporte a diferentes estratégias de escalonamento é essencial. Modelos de custo podemser usados no contexto de algoritmos paralelos regulares, enquanto que o roubo de tarefaspoder reagir a desbalanceamentos em tempo de execução.

Dans cette thèse , nous proposons d’étudier des questions sur le parallélism de tâche avec dépendance de données dans le cadre de machines multicoeur avec des accélérateurs. La solution proposée a été développée en utilisant l’interface de programmation haute niveau XKaapi du projet MOAIS de l’INRIA Rhône-Alpes. D’abord nous avons étudié des questions liés à une approche d’exécution totalement asyncrone et l’ordonnancement par vol de travail sur des architectures multi-GPU. Le vol de travail avec localité de données a montré des résultats significatifs, mais il ne prend pas en compte des différents ressources de calcul. Ensuite nous avons conçu une interface et une modèle de coût qui permettent d’écrire des politiques d’ordonnancement sur XKaapi. Finalement on a évalué XKaapi sur un coprocesseur Intel Xeon Phi en mode natif. Notre conclusion est double. D’abord nous avons montré que le modèle de programmation data-flow peut être efficace sur des accélérateurs tels que des GPUs ou des coprocesseurs Intel Xeon Phi. Ensuite, le support à des différents politiques d’ordonnancement est indispensable. Les modèles de coût permettent d’obtenir de performance significatifs sur des calculs très réguliers, tandis que le vol de travail permet de redistribuer la charge en cours d’exécution. Esta tese investiga os desafios no uso de paralelismo de tarefas com dependências de dados em arquiteturas multi-CPU com aceleradores. Para tanto, o XKaapi, desenvolvido no grupo de pesquisa MOAIS (INRIA Rhône-Alpes), é a ferramenta de programação base deste trabalho. Em um primeiro momento, este trabalho propôs extensões ao XKaapi a fim de sobrepor transferência de dados com execução através de operações concorrentes em GPU, em conjunto com escalonamento por roubo de tarefas em multi-GPU. Os resultados experimentais sugerem que o suporte a asincronismo é importante à escalabilidade e desempenho em multi-GPU. Apesar da localidade de dados, o roubo de tarefas não pondera a capacidade de processamento das unidades de processamento disponíveis. Nós estudamos estratégias de escalonamento com predição de desempenho em tempo de execução através de modelos de custo de execução. Desenvolveu-se um framework sobre o XKaapi de escalonamento que proporciona a implementação de diferentes algoritmos de escalonamento. Esta tese também avaliou o XKaapi em coprocessodores Intel Xeon Phi para execução nativa. A conclusão desta tese é dupla. Primeiramente, nós concluímos que um modelo de programação com dependências de dados pode ser eficiente em aceleradores, tais como GPUs e coprocessadores Intel Xeon Phi. Não obstante, uma ferramenta de programação com suporte a diferentes estratégias de escalonamento é essencial. Modelos de custo podem ser usados no contexto de algoritmos paralelos regulares, enquanto que o roubo de tarefas poder reagir a desbalanceamentos em tempo de execução. In this thesis, we propose to study the issues of task parallelism with data dependencies on multicore architectures with accelerators. We target those architectures with the XKaapi runtime system developed by the MOAIS team (INRIA Rhône-Alpes). We first studied the issues on multi-GPU architectures for asynchronous execution and scheduling. Work stealing with heuristics showed significant performance results, but did not consider the computing power of different resources. Next, we designed a scheduling framework and a performance model to support scheduling strategies over XKaapi runtime. Finally, we performed experimental evaluations over the Intel Xeon Phi coprocessor in native execution. Our conclusion is twofold. First we concluded that data-flow task programming can be efficient on accelerators, which may be GPUs or Intel Xeon Phi coprocessors. Second, the runtime support of different scheduling strategies is essential. Cost models provide significant performance results over very regular computations, while work stealing can react to imbalances at runtime.

This PhD work is about limitations of high intensity proton beams observed in the CERN Proton Synchrotron (PS) and, in particular, about issues at injection and transition energies. With its 53 years, the CERN PS would have to operate beyond the limit of its performance to match the future requirements. Beam instabilities driven by transverse impedance and aperture restrictions are important issues for the operation and for the High-Luminosity LHC upgrade which foresees an intensity increase delivered by the injectors. The main subject of the thesis concerns the study of a fast transverse instability occurring at transition energy. The proton beams crossing this energy range are particularly sensitive to wake forces because of the slow synchrotron motion. This instability can cause a strong vertical emittance blow-up and severe losses in less than a synchrotron period. Experimental observations show that the particles at the peak density of the beam longitudinal distribution oscillate in the vertical plane due to a short range wake field and following a travelling wave of about 700 MHz. In order to perform measurements, a dedicated single bunch beam was set up with a zero chromaticity plateau around transition energy. Extensive measurements were performed of the dynamics of instability in order to compute rise times and intensity thresholds. These measurements were done for several peak densities and the results show that the longer the bunch length, the higher is the threshold in intensity. Other measurements performed with a small negative chromaticity and another working point show that the intensity threshold can be pushed at higher values—in this case, the threshold was increased by 20%. The particularity of this work is that the instability is triggered during the acceleration. At transition energy, the momentum compaction factor is zero and the exchange of particles between the head and the tail of the beam from synchrotron motion, which is a natural way to damp instabilities, vanishes for few turns. Therefore the measurements at which η the instability is triggered are fundamental to know in which longitudinal regime the instability develops. Macro particle simulations were performed in order reproduce the dynamics of the instability with the HEADTAIL code, that simulates the beam interaction with the impedance of the machine. In the case of the PS, a very detailed impedance model does not exist, therefore a very simple resonator impedance was considered. The parameters of the code were adapted in order to simulate the beam as close as possible to the experimental conditions. The simulations showed that the travelling wave is well reproduced and therefore rise times were extracted for different beam intensities and compared to the measurements. A good agreement is found for a such simple impedance model. The intensity thresholds are reproduced for zero chromaticity within 30% and it is clear that some damping mechanisms occurring in the measurements are not reproduced by the code. In particular, octupolar components of the field, non-linear coupling and transverse space charge are not taken into account. These limitations could cause some discrepancies between model and measurements. This study allows to establish a broadband impedance model which can be use to predict the dynamics of the instability. A few experiments were done also with the use a gamma transition jump. In this case, the instability appears in the adiabatic regime and the rising of the instability is following the peak density of the beam. Both the intensity threshold measurements and the simulations show that the gamma jump is by far the most efficient way to increase significantly the intensity threshold. The choice of adequate working point appears also to be a cure of the instability. This study with the support of measurements provides a rough impedance model confirmed by simulations and an understanding of the different mechanisms triggering the instability. The last part of the thesis is dedicated to proton beam losses studies at injection energy. An eventual upgrade of the high intensity beam is limited by large beam losses at injection in the PS. Losses were measured with the current beam loss monitor system of the PS that they occur while the incoming beam enters in the machine and then during several hundred turns while the beam is circulating. Optics measurements were performed to check the mismatch of the transfer line between the PSBooster and the PS. A significant horizontal dispersion mismatch was found and in particular a difference in optics between the four injection lines of the PS. Aperture bottlenecks were found at the injection septum in both transverse planes and at the maximum of the injection bump. With the help of Monte Carlo simulations, the high radiation outside the ring induced by the losses was understood. However, the mismatch does not explain the continuous losses after the beam is injected. A possible explanation is that the space charge forces contribute to make particles cross resonances and are lost while they are oscillating at high amplitudes. The transverse phase space is refilled due to the combination of the synchrotron motion and space charge. Several solutions were proposed to improve the situation. A new optics of the transfer line and at injection could make the beam size smaller. Some special quadrupoles already installed in the PS could be used to adapt the optics of the incoming beam. Increase the injection energy from 1.4 GeV to 2 GeV kinetic would cause a gain of 65% in space charge forces, and these studies are currently ongoing for the upgrade of the PS in the framework of high-intensity LHC upgrade project. High intensity beams are also perturbed by space charge forces and transverse instabilities. Coherent tune shift measurements were performed at injection and extraction in order to evaluate the transverse imaginary part of the impedance and the contribution of the space charge to betatron frequency shift with the beam intensity.

This HDR report summarizes about ten years spent around spallation reaction modelling. Spallation reactions are defined as interaction of a light par- ticle, say a nucleon, and a nucleus at an incident energy from 100 MeV up to 2-3 GeV. These reactions are divided in two steps. A first and fast phase, direct reac- tions also called intranuclear cascade, following by a slower phase, deexcitation of the remnant nucleus. Using the combination of INCL4, the intranuclear cas- cade model developed by the group, and the deexcitation code Abla from GSI, as a connecting thread, the multi-faceted spallation is presented. Chapter one deals with physics and codes, then different types of benchmarks are addressed, followed by several domains where spallation modelling plays a role, and finally, taking advan- tage of what has been said previously and of what can be read in the literature, new developments are suggested.; Ce mémoire de HDR traite d'une dizaine d'années de travaux autour de la modélisation des réactions de spallation. Ces réactions sont définies comme l'interaction nucléaire entre une particule légère, le plus souvent un nucléon, et un noyau atomique à une énergie de l'ordre de 100 MeV à 2-3 GeV. Deux étapes les caractérisent. Une phase rapide, la réaction directe appelée aussi cascade intra- nucléaire, et une phase plus lente, la désexcitation du noyau issu de la première phase. À partir de l'association du code développé par le groupe pour la cascade, INCL4, et du code de désexcitation Abla, de GSI, sont présentés les différentes facettes des réactions de spallation. D'abord la physique et les codes sont présentés, ce sont ensuite les différents types de validations des modèles qui sont exposés, puis les multiples domaines dans lesquels la modélisation de la spallation joue un rôle, pour enfin, tirant profit de tout ce qui aura été dit et d'autres travaux passés, montrer les différents voies qu'il reste à explorer ou redécouvrir.

La mise en route du nouvel équipement ARTEMIS (Accélérateur pour la Recherche en sciences de la Terre, Environnement, Muséologie, Implanté à Saclay) à partir de 2004 ouvre de nouvelles perspectives scientifiques et conduit à de nouvelles procédures de soumission des échantillons destinés à une datation 14C. Le MCC dispose aujourd’hui de droits alloués aux services régionaux de l'archéologie, services du ministère de la Culture, confrontés à ce type de demandes (musées, monuments historiques). Il impose désormais une nouvelle démarche de programmation scientifique des datations, associant une analyse critique des demandes.Since 2004, the availability at Saclay of a new ARTEMIS installation (Accélérateur pour la Recherche en sciences de la Terre, Environnement, Muséologie) has opened new scientific perspectives and led to new procedures for submitting samples for carbon-14 dating. The French Ministry of Culture has the possibility of using this tool for radiocarbon dating at the request of its regional archaeological services or other services, such as museums and the historic monuments administration. This use now implies a new approach to the scientific planning for dating problems, associated with a critical analysis of the requests.

In this thesis, the problem of the transverse coupled-bunch instabilities created by the Large Hadron Collider (LHC) beam-coupling impedance, that can possibly limit the machine operation, is addressed thanks to several new theories and tools. A rather complete vision of the problem is proposed here, going from the calculation of the impedances and wake functions of individual machine elements, to the beam dynamics study. Firstly, new results are obtained in the theory of the beam-coupling impedance for an axisymmetric two-dimensional structure, generalizing Zotter's theories, and a new general theory is derived for the impedance of an infinite flat two-dimensional structure. Then, a new approach has been found to compute the wake functions from such analytically obtained beam-coupling impedances, over-coming limitations that could be met with standard discrete Fourier transform procedures. Those results are then used to obtain an impedance and wake function model of the LHC, based on the (resistive-) wall impedances of various contributors (collimators, beam screens and vacuum pipe) and additional estimations of the geometrical impedance contributions. Finally, the existing code HEADTAIL, which is a macroparticle simulation code for beam dynamics studies with wake fields, is improved to make possible the simulation of multibunch trains, and a spectral analysis technique is found to facilitate the analysis of the output given by this code, giving the complex tune shifts of the unstable modes present in a simulation. All those theories and tools are used to obtain new results concerning the LHC transverse coupled-bunch instabilities, demonstrating the rather small impact on coupled-bunch instabilities of the number of bunches in a train when the bunch spacing is fixed, and the existence of coupled-bunch modes with intrabunch motion which are more critical than their single-bunch counterparts. A full verification of the complete procedure (impedance theories, impedance model and simulation code) is also performed by comparing the simulation results with actual measurements in the LHC, giving a very good agreement at injection energy and a correct order of magnitude at 3.5 TeV/c. In the end, several predictions concerning the beam stability at the future 7 TeV/c operation of the machine are performed in the case of 50 ns spacing (1404 bunches), revealing that the coupled-bunch transverse mode coupling instability threshold is far above the ultimate bunch intensity but about 20% smaller than its single-bunch counterpart. Stability studies with Landau octupoles at their maximum currents reveal that the beam remains stable at nominal intensity with Q' = 2 in both planes, provided the particle transverse distributions are Gaussian. At ultimate intensity with either Q' = 0 or Q' = 2, or at nominal intensity when the chromaticity is zero, the beam happens to be unstable, even with the octupoles at their maximum currents.

The response of a neutron detector, defined as the reading of the device per unit of incident fluence or dose, varies with neutron energy. The experimental determination of this variation, i.e. of the response function of this instrument, has to be performed by facilities producing monoenergetic neutron fields. These neutrons are commonly produced by interaction between accelerated ions (proton or deuteron) onto a thin target composed of a reactive layer deposited on a metallic backing. Using the 7Li(p,n), 3H(p,n), 2H(d,n) and 3H(d,n) reactions, monoenergetic neutrons are obtained between 120 keV and 20 MeV in the ion beam direction (0°).To reach lower neutron energies, the angle of the measuring point with respect to the ion beam direction can be increased. However, this method presents several problems of neutron energy and fluence homogeneities over the detector surface, as well as an important increase of the scattered neutron contribution. Another solution is to investigate other nuclear reactions, as 45Sc(p,n) allowing to extend the neutron energy range down to 8 keV at 0°.A complete study of this reaction and its cross section has been undertaken within the framework of a scientific cooperation between the laboratory of neutron metrology and dosimetry (IRSN, France), two European national metrological institutes, the National Physical Laboratory (UK) and the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Germany), and IRMM, the Institute for Reference Materials and Measurements (EC).In parallel, other possible reactions have been investigated: 65Cu(p,n), 51V(p,n), 57Fe(p,n), 49Ti(p,n), 53Cr(p,n) and 37Cl(p,n). They were compared in terms of neutron fluence and minimum energy of the produced neutrons.; La réponse d’un détecteur de neutrons varie avec l’énergie du neutron incident. La détermination expérimentale de cette variation se réalise au moyen de champs neutroniques monoénergétiques. Ceux-ci sont produits par l’interaction entre un faisceau d’ions accélérés et une cible fine constituée d’un dépôt réactif sur un support métallique. En utilisant différentes réactions telles que 7Li(p,n), 3H(p,n), 2H(d,n) et 3H(d,n), il est possible de produire des neutrons entre 120 keV et 20 MeV dans la direction du faisceau incident (0°).Pour atteindre des énergies inférieures, il est possible d’augmenter l’angle du point de mesure par rapport à la direction du faisceau d’ions. Cependant, cette méthode présente des problèmes d’homogénéité en énergie et en fluence des neutrons à la surface du détecteur, ainsi qu’une augmentation de la proportion de neutrons diffusés. Une alternative est l’utilisation d’autres réactions nucléaires, notamment la réaction 45Sc(p,n) qui permet de descendre jusqu’à des énergies de 8 keV à 0°.Une étude complète de cette réaction et de sa section efficace a été menée au sein d’une coopération scientifique entre le laboratoire de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN) de l’IRSN, deux instituts de métrologie européens, le NPL (National Physical Laboratory, RU) et le PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, All), et l’IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements, CEE). Parallèlement, d’autres réactions envisageables ont été étudiées : 65Cu(p,n), 51V(p,n), 57Fe(p,n), 49Ti(p,n), 53Cr(p,n) et 37Cl(p,n). Elles ont été comparées en termes d’émission neutronique et d’énergie minimale des neutrons produits.

En 1970, la mise en service de l’ensemble accélérateur Alice de l’institut de physique nucléaire d’Orsay avait permis à la physique des ions lourds française de prétendre à une place d’honneur sur le plan international. À partir de 1972, les premières découvertes réalisées avec cette machine ont joué un rôle très positif dans l’élaboration d’un projet d’accélérateur national d’ions lourds, le Ganil, dont le financement a été obtenu dès 1975. In 1970, the Alice device delivered its first beam at the Orsay "Institut de physique nucléaire". This event brought back the French Nuclear Physics to one of the top positions in the international competition. From 1972, the first discoveries performed with this machine played a crucial role in the elaboration of a project for a national heavy ion accelerator, Ganil, the funding of which was obtained as early as 1975.

The response of a neutron detector, defined as the reading of the device per unit of incident fluence or dose, varies with neutron energy. The experimental determination of this variation, i.e. of the response function of this instrument, has to be performed by facilities producing monoenergetic neutron fields. These neutrons are commonly produced by interaction between accelerated ions (proton or deuteron) onto a thin target composed of a reactive layer deposited on a metallic backing. Using the 7Li(p,n), 3H(p,n), 2H(d,n) and 3H(d,n) reactions, monoenergetic neutrons are obtained between 120 keV and 20 MeV in the ion beam direction (0°).To reach lower neutron energies, the angle of the measuring point with respect to the ion beam direction can be increased. However, this method presents several problems of neutron energy and fluence homogeneities over the detector surface, as well as an important increase of the scattered neutron contribution. Another solution is to investigate other nuclear reactions, as 45Sc(p,n) allowing to extend the neutron energy range down to 8 keV at 0°.A complete study of this reaction and its cross section has been undertaken within the framework of a scientific cooperation between the laboratory of neutron metrology and dosimetry (IRSN, France), two European national metrological institutes, the National Physical Laboratory (UK) and the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Germany), and IRMM, the Institute for Reference Materials and Measurements (EC).In parallel, other possible reactions have been investigated: 65Cu(p,n), 51V(p,n), 57Fe(p,n), 49Ti(p,n), 53Cr(p,n) and 37Cl(p,n). They were compared in terms of neutron fluence and minimum energy of the produced neutrons., La réponse d’un détecteur de neutrons varie avec l’énergie du neutron incident. La détermination expérimentale de cette variation se réalise au moyen de champs neutroniques monoénergétiques. Ceux-ci sont produits par l’interaction entre un faisceau d’ions accélérés et une cible fine constituée d’un dépôt réactif sur un support métallique. En utilisant différentes réactions telles que 7Li(p,n), 3H(p,n), 2H(d,n) et 3H(d,n), il est possible de produire des neutrons entre 120 keV et 20 MeV dans la direction du faisceau incident (0°).Pour atteindre des énergies inférieures, il est possible d’augmenter l’angle du point de mesure par rapport à la direction du faisceau d’ions. Cependant, cette méthode présente des problèmes d’homogénéité en énergie et en fluence des neutrons à la surface du détecteur, ainsi qu’une augmentation de la proportion de neutrons diffusés. Une alternative est l’utilisation d’autres réactions nucléaires, notamment la réaction 45Sc(p,n) qui permet de descendre jusqu’à des énergies de 8 keV à 0°.Une étude complète de cette réaction et de sa section efficace a été menée au sein d’une coopération scientifique entre le laboratoire de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN) de l’IRSN, deux instituts de métrologie européens, le NPL (National Physical Laboratory, RU) et le PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, All), et l’IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements, CEE). Parallèlement, d’autres réactions envisageables ont été étudiées : 65Cu(p,n), 51V(p,n), 57Fe(p,n), 49Ti(p,n), 53Cr(p,n) et 37Cl(p,n). Elles ont été comparées en termes d’émission neutronique et d’énergie minimale des neutrons produits.

The sequence comparison process is one of the main bioinformatics task. The new sequencing technologies lead to a fast increasing of genomic data and strengthen the need of fast and efficient tools to perform this task. In this thesis, a new algorithm for intensive sequence comparison is proposed. It has been specifically designed to exploit all forms of parallelism of today microprocessors (SIMD instructions, multi-core architecture). This algorithm is also well suited for hardware accelerators such as FPGA or GPU boards. The algorithm has been implemented into the PLAST software (Parallel Local Alignment Search Tool). Different versions are available according to the data to process (protein and/or DNA). A MPI version has also been developed. According to the nature of the data and the type of technologies, speedup from 3 to 20 has been measured compared with the reference software, BLAST, with the same level of quality.; La comparaison de séquences est une des tâches fondamentales de la bioinformatique. Les nouvelles technologies de séquençage conduisent à une production accélérée des données génomiques et renforcent les besoins en outils rapides et efficaces pour effectuer cette tâche. Dans cette thèse, nous proposons un nouvel algorithme de comparaison intensive de séquences, explicitement conçu pour exploiter toutes les formes de parallélisme présentes dans les microprocesseurs de dernière génération (instruction SIMD, architecture multi-coeurs). Cet algorithme s'adapte également à un parallélisme massif que l'on peut trouver sur des accélérateurs de type FPGA ou GPU. Cet algorithme a été mis en oeuvre à travers le logiciel PLAST (Parallel Local Alignment Search Tool). Différentes versions sont disponibles suivant les données à traiter (protéine et/ou ADN). Une version MPI a également été mise au point pour un déploiement sur un cluster de PCs. En fonction de la nature des données et des technologies employées des accélérations de 3 à 20 ont été mesurées par rapport à la référence du domaine, le logiciel BLAST, pour un niveau de qualité équivalent.

La mesure en ligne du champ magnétique des électroaimants du Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL) a été étudiée et mise au point. Elle permet le réglage et la surveillance des paramètres de conduite du faisceau, de l'accélérateur aux salles d'expériences. Les développements ont été menés autour de magnétomètres à Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN) et de magnétomètres à effet Hall. Les limitations de fonctionnement des sondes RMN en zone de champ inhomogène ont nécessité des solutions particulières. Des techniques de positionnement et de compensation de gradient adaptées ont été mises en œuvre. Les sondes RMN et à effet Hall sont intégrées dans une électronique d'acquisition et de traitement définie selon les standards du GANIL. L'ensemble constitue une instrumentation qui répond parfaitement aux besoins, en particulier du point de vue de la mesure et de la surveillance des paramètres magnétiques.

LHCb is one of the four main experiments that will take place at the future Large Hadron Collider at CERN. The data taking is foreseen to start in 2007. The LHCb detector is a forward single-arm spectrometer to precision measurements of CP violation and rare decays in the b-quark sector. The goal is to over-constrain the Standard Model (SM) and - hopefully - to exhibit inconsistencies which will be a signal of new physics beyond. Building such a large experiment as LHCb is a big challenge, and many contributions are needed. The Lausanne institute is responsible for the development of a common "off-detector" readout board (TELL1), which provides the interface to the copper and optical links used for the detector readout, and outputs them to the data acquisition system, after performing intensive processing. It performs: event synchronization, pedestal calculation and subtraction, common mode subtraction and monitoring, zero suppression. The TELL1 board will be used by the majority of the LHCb subdetectors. We present here a contribution to the R&D necessary for the realization of the final board. In particular the feasibility of a mixed architecture using DSP and FPGA technologies has been studied. We show that the performance of this architecture satisfies LHCb electronics requirements at the time of the study (2002). Within the rich LHCb physics program, b -> s transitions represent an interesting sector to look for evidence of physics beyond the SM. Even if the measured decay rate is in good agreement with the SM prediction up to now, new physics may still be hidden in more subtle observables. One of the most promising is the polarization of the emitted photon, which is predicted to be mainly left-handed in the SM. However right-handed components are present in a variety of new physics models. The photon polarization can be tested at LHCb by exploiting decays of polarized b baryons. If the initial baryon is polarized, asymmetries appear in the final states angular distributions, which can be used to probe the chirality of the effective Hamiltonian, and possibly to unveil new sources of CP violation. We present a phenomenological approach to the study of radiative decays of the type /\b ->/\(X) gamma, where /\(X) can be any /\ baryon of mass X. Calculations of the angular distributions are carried out employing the helicity formalism, for decays which involve /\ baryons of spin 1/2 and 3/2. Finally, detailed simulation studies of these channels in the LHCb environment allow us to assess the LHCb sensitivity to the photon polarization in b -> s transitions.

Le but ultime de la physique des particules s'est déplacé dans les trente dernières années d'une investigation de la structure de la matière à une tentative de reconstitution des conditions qui régnaient dans l'univers dans ses tous premiers instants et de l'évolution des lois de la physique qui s'est produite dans ces moments primordiaux. Nous ne parlons pas ici des trois premières minutes, comme dans le célèbre livre de S. Weinberg, mais plutôt de ce qui s'est passé pendant les premiers milliardièmes de secondes après le Big-Bang, ou même avant. A cette époque, les neutrinos ont joué un rôle fondamental.

The Test Facility of the \Compact Linear Collider" (CLIC) at CERN, has to prove the feasibility of transporting high charged beams (20 nC) through decelerating structures at 30 GHz to create RF power. This RF power is used to supply, in the final scheme, the cavities of the main Linac. To optimise this power generation a bunch compressor has been installed in the test line. This compressor shorten the electron bunches after creation and acceleration in the RF gun. The compressed beams are then accelerated by a high gradient cavity (50 MV/m) and transported to a 30 GHz cavity. Compressed bunch length measurements showed that lengths of 0.6 mm (rms) were obtained at the entrance of 30 GHz cavity for a 10 nC beam. Compression of electron bunches of charges between 2 and 17 nC have been also measured. Emittance measurements were done to study the transverse effects of the bunch compressor on the beam. The use of the code PARMELA allowed the design and optimisation of the chicane. The simulation results have been compared to the experimental measurements., Le banc de test du "Compact Linear Collider" (CLIC) au CERN, doit mettre en évidence la possibilité de transporter des faisceaux hautement chargés (20 nC) à travers des structures décélératrices à 30 GHz pour la création de puissance RF. Cette puissance RF servant à alimenter dans le schéma final les cavités de l'accélérateur principal. Afin d'optimiser cette création de puissance, un compresseur de paquets d'électrons à été installé dans la ligne de test. Ce compresseur permet de réduire la longueur des paquets d'électrons après création et accélération dans le canon. Les paquets compressés sont ensuite accélérés par une cavité à fort gradient (50 MV/m) et transportés jusqu'à une cavité à 30 GHz. Des mesures de longueurs de paquets comprimés ont montré que des longueurs de 0,6 mm (rms) étaient obtenues à l'entrée de la cavité à 30 GHz pour des charges de 10 nC. La compression de paquets de charges comprises entre 2 et 17 nC a été mesurée. Des mesures d'émittances sont également effectuées pour étudier les effets transverses du compresseur de paquets sur le faisceau. L'utilisation du code PARMELA a permi la conception et l'optimisation de la chicane. Les résultats de ces simulations ont été comparés aux mesures expérimentales

L'Harmattan

This paper studies out the traditional explanatory factors of investment, then presents the contribution of a model which takes into account profitability and demand constraints simultaneously. If demand fluctuations are sufficient to explain the fall of investment rate in the first half of the eighties, a stronger growth of demand would not have allowed an investment recovery during this period, due to the deterioration of enterprises financial situation. This recovery was possible in the second half of the eighties because the two conditions — increase of demand and high profitability — were combined. In the first half of the eighties, slow growth, low profitability and high interest rates led enterprises to increase labor productivity through capital replacement rather than to extend production capacities. This could explain the unusual increase of capital intensity in a period of high capital cost, as well as the fact that interest rate do not appear as an heavy constraint for global investment in the econometric estimates., L'article passe en revue les facteurs explicatifs traditionnels de l'investissement, puis présente l'apport d'un modèle qui prend en compte simultanément les contraintes de débouchés et de profitabilité. Si les fluctuations de la demande suffisent à expliquer la chute du taux d'investissement dans la première moitié des années quatre-vingt, une croissance plus forte de la demande n'aurait pas permis une reprise significative de l'investissement au cours de cette période, en raison de la dégradation de la situation financière des entreprises. Cette reprise a pu se développer dans la seconde moitié des années quatre-vingt parce que les deux conditions — croissance des débouchés et rétablissement de la situation financière des entreprises — étaient réunies. Croissance lente, faible profitabilité, et niveau élevé des taux d'intérêt réels ont conduit, dans la première moitié des années quatre-vingt, les entreprises à privilégier les investissements de productivité au détriment des investissements d'extension. Ceci pourrait expliquer, d'une part, la hausse de l'intensité capitalistique, atypique dans une situation de coût du capital élevé, d'autre part, le fait que les taux d'intérêt réels n'apparaissent pas, dans les estimations économétriques, comme une contrainte forte de l'investissement des entreprises., Muet Pierre-Alain, Veganzones Marie-Ange. Investissement, profitabilité et croissance dans les années quatre-vingt. In: Observations et diagnostics économiques : revue de l'OFCE, n°41, 1992. pp. 119-150.

International audience; L'article passe en revue les facteurs explicatifs traditionnels de l'investissement, puis présente l'apport d'un modèle qui prend en compte simultanément les contraintes de débouchés et de profitabilité. Si les fluctuations de la demande suffisent à expliquer la chute du taux d'investissement dans la première moitié des années quatre-vingt, une croissance plus forte de la demande n'aurait pas permis une reprise significative de l'investissement au cours de cette période, en raison de la dégradation de la situation financière des entreprises. Cette reprise a pu se développer dans la seconde moitié des années quatre-vingt parce que les deux conditions — croissance des débouchés et rétablissement de la situation financière des entreprises — étaient réunies. Croissance lente, faible profitabilité, et niveau élevé des taux d'intérêt réels ont conduit, dans la première moitié des années quatre-vingt, les entreprises à privilégier les investissements de productivité au détriment des investissements d'extension. Ceci pourrait expliquer, d'une part, la hausse de l'intensité capitalistique, atypique dans une situation de coût du capital élevé, d'autre part, le fait que les taux d'intérêt réels n'apparaissent pas, dans les estimations économétriques~, comme une contrainte forte de l'investissement des entreprises.

An IBM 1800 computer has been installed at CERN to assist and improve operation of the proton synchrotron (PS). Two data acquisition systems, driver by the computer, are used; one for digital (STAR) and the other for analog (DAS) data. The computer car also control sonie parameters: an elementary system is used for the beam transport currents of ejected beams and the external target position (Carryplex control: Chapter Ç).After a brief accourt of the accelerator's characteristics, the computer and its associated electronics, a detailled description of the PS ejected beam programs is given. These programs are data logging (EJECTION LOG), parameter supervision (EJECTION VARIATION LOG), particle utilisation statistics (EJECTION STATISTIC) for the operation of the ejected heart (Chapter 7). A process control program optimizes the ejected beam position on the external target (EJECTED BEAM OPTIMIZATION), and another the particle flux for the secondary beam coming from this target (FLUX OPTIMIZATION)(Chapter 8).Operational use and the conversational aspect of these programs (discussions, display) are explained., Un ordinateur IBM 1800 a été installé au CERN pour assister l'opération du synchrotron à protons (PS). Par l'intermédiaire de systèmes d'acquisition cet ordinateur acquiert un certain nombre de données relatives à l'accélérateur et à ses faisceaux. Certains paramètres peuvent erre commandés par l'ordinateur.Après un bref rappel des caractéristiques de l'accélérateur, de l'ordinateur et de son électronique associée, une analyse détaillée des programmes relatifs aux faisceaux éjectés est donnée. Ces programmes concernent un relevé de données, une surveillance de paramètres et les statistiques sur l'utilisation des protons par les systèmes d'éjection. Deux programmes de contrôle optimisent l'un la position du faisceau éjecté sur la cible externe, l'autre le flux de particules secondaires issues de cette cible.L'utilisation opérationnelle et l'aspect conversationnel de ces programmes sont expliqués.