Papier

UNIVERSITE JOSEPH FOURIER-GRENOBLE 1
SCIENCES & GEOGRAPHIE
THESE
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE JOSEPH FOURIER
Discipline: Physique
Pr´esent´ee et soutenue publiquement
par
M. Nicolas FALLETTO
Le 27 septembre 1999
TITRE DE LA THESE
Etude, conception et r´ealisation d’une cavit´e Fabry-Perot
pour le polarim`etre Compton de TJNAF.
Directeur de th`ese
Vincent COMPARAT
COMPOSITION DU JURY
M. Pierre Boyer , Pr´esident
M. Vincent Comparat
M. Jacques Martino
M. Philippe Mangeot
M. Christian Cavata
M. Kees de Jager , Rapporteur
M. Catherine Nari Man , Rapporteur

Remerciements
Je tiens tout d’abord `a remercier M Kees de Jager et Mme Catherine Nari Man d’avoir ac-
cept´ed’ˆetre les rapporteurs de ce travail de th`ese. Je vous remercie d’avoir consacr´e de votre
temps `a la lecture et la correction du document. J’ai particuli`erementpu appr´ecier la qualit´ede
vos remarques ainsi que la sympathie dont vous avez fait preuve `a mon ´egard.
Je voudrais ´egalement exprimer ma gratitude `a M. Vincent Comparat, mon directeur de th`ese,
dont l’´ecoute et la disponibilit´em’ont ´et´epr´ecieuses, en particulier dans les p´eriodes de doutes
qui ont ´emaill´ees ces trois ann´ees.
Je souhaite associer `a ces remerciementsM. Jacques Martino, mon responsable CEA. J’ai vive-
mentappr´eci´eson appuidansles momentsimportantsainsique sonsuiviattentifde lar´edaction
du m´emoire.
Je tiens ´egalement `a remercier les membres du jury: M. Christian Cavata, Philippe Mangeot ,
Pierre Boyer pour l’attention qu’ils ont bien voulu porter `a mon travail.
Je voudrais maintenant rappeler que le travail que je pr´esente dans ce document est avant tout
le fruit du labeur d’une ´equipe. Je veux donc remercier tous ceux ou celles qui ont fait partie `a
un moment ou un autre de ce que nous appelions entre nous le ”groupe cavit´e”. J’ai beaucoup
appris `a votre contact et je vous en suis reconnaissant. Je me souviens de tous ces instants enri-
chissants pass´es ensemble et je ne suis, en particulier,pas pr`es d’oublierles br`eves de comptoir,
malheureusement pas toujours appr´eci´ees `a leur juste valeur.
Je remercie donc Alain Delbart pour son aide et ses corrections qui ont ´et´ed´eterminantes pour
l’aboutissement du travail. Cela a ´et´eunr´eel plaisir de travailler `a tes cˆot´es.
Je remercie Gilles Pontet, qui (le fou dangereux!) n’a pas h´esit´e`a prendre sur son temps per-
sonnel pour m’expliquer toutes ces notions qui me passent la plupart du temps par dessus la
tˆete. Je me doute de ce que tu vas dire: ”ah ben, je n’ai pas fait grand chose”. C’est faux et tu
le sais. En tout cas, merci.
Jeremercietr`eschaleureusementPhilippeRebourgeardpourlescorrectionsetles conseilsconcer-
nant le contenu du rapport. Ton soutien ainsi que nos conversations m’ont ´et´etr`es utiles.
Je remercie tout particuli`erement Nathalie Colombel, la m´ecanicienne du lot, pour sa disponi-
bilit´e et pour les belles figures en trois dimensions dont j’ai pu agr´ementer le pr´esent rapport.
Je remercie ´egalement Pascale Deck, notre ´electronicienne de choc, qui m’a toujours aid´eet
soutenu. Je n’oublie pas bien sˆur Yannick le farceur (au fait, moi c’est nico), son acolyte de la
technique. Vous deux ainsi que Philou et Jean-Claude ˆetes ceux qui m’avez accueilli sans rete-
nue dans mes d´ebuts laborieux. Je vous en remercie.
Voici le tour de celui qui a support´e bon nombre de mes humeurs au long de ces trois ann´ees :

Yves Lussignol. Grˆace `a lui, j’ai pu assouvir mes penchants ludiques au cœur du projet. Alors,
merci pour ton amiti´e, merci pour les cours, et la patience dont tu as toujours fait preuve.
Je souhaite par ailleurs remercierMartial Authier, pour son accueil, son soutien, sa compr´ehen-
sivit´e et toutes les discussions que nous avons pu entretenir.
Je remercie ´egalement Ludo et David avec qui nous avons bien d´elir´e (jamais pendant le tra-
vail bien sˆur). Vous vous ´etiez retrouv´es comme moi sur le projet en contrat temporaire; notre
amiti´e, elle, dure encore.
Je remercie aussi Fr´ed´eric Marie pour sa disponibilit´e, son soutien et la tonne de questions aux-
quelles je n’aurai jamais pens´e, sans compter les r´eponses.
Je remercie Damien, David, Etienne et Thierry (chip) pour les corrections apport´ees au docu-
ment, les r´ef´erences suppl´ementaires et pour toutes les discussions positives que nous avons
entretenues. J’ai souvent abus´e de votre temps et de votre disponibilit´e, et je vous remercie
d’avoir jou´e le jeu.
Je remercie ´egalement Jean-Claude Languillat de m’avoir permis d’effectuer ce travail dans de
bonnes conditions au sein du Service d’Instrumentation G´en´erale.
Enfin, je remercie Stephie pour son aide, son ´ecoute et bien sˆur les soir´ees et les le¸cons de
billard.
Je n’oublierai pas Claude, Daniel, Francesco, Guy, Jean-Fran¸cois, Fran¸coise, Gilles, Bruno,
Thierry, G´erard, Bernard, Sylvie M. et Sylvie D., ainsi que tous les gens qui ne faisaient pas
forc`ement directement partie du projet mais qui m’ont aid´e`a progresser, `ar´esoudre des pro-
bl`emes ou avec qui j’ai tout simplement ´echang´e.
Voila, merci pour votre amiti´e`a Jojo, Dimitri, Pascal, Marc, Anne et Arnold, Micka¨el et Syl-
vaine, et Vincent. Vous m’avez chacun `a votre mani`ere apport´e le soutien dont j’avais besoin.
Je souhaite bon courage `a Pascal O., Pascal G., Stephie, Maud et Fred jusqu’`a la soutenance.
Je d´edie finalement ce travail de th`ese `a mes parents qui m’ont soutenu et support´e pendant tout
ce temps.

Table des mati` eres
IPr´esentation du Polarim`etre Compton 5
1 La polarim´etrie Compton 7
1.1 L’acc´el´erateur TJNAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Description g´en´erale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.2 La source d’´electrons polaris´es..................... 9
1.2 Polarisation d’un faisceau d’´electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.1 Spin d’une particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.2 Polarisation d’un faisceau d’´electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3 Polarim´etrie Compton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Diffusion Compton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2 M´ethode de mesure de la polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.3 Description d’un polarim`etre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4 Choix des ´el´ements du polarim`etre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.1 Conditions de faisceau d’´electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.2 Conception du dispositif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 Description de l’appareillage 37
2.1 Description g´en´erale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2 La chicane magn´etique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3 Le montage optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3.1 La cavit´e optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.2 La table optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4 Le d´etecteur de photons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.5 D´etecteur d’´electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6 L’acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.1 Acquisition du d´etecteur de photons . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.2 Acquisition du d´etecteur d’´electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
II Le syst`eme optique du polarim`etre Compton 55
1 La cavit´e Fabry-Perot: un syst`eme asservi 57
1.1 R´eponse de la cavit´e`a un champ ´electromagn´etique . . . . . . . . . . . . . . 57
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