Abstract :
[en] The 4th generation synchrotron light sources has yielded X-ray beams with a 100-fold increase in brightness and sub-micron focusing capabilities, offering unprecedented scientific opportunities while requiring end-stations with enhanced sample positioning accuracy.
At the European Synchrotron (ESRF), the ID31 beamline features an end-station for positioning samples along complex trajectories.
However, its micrometer-range accuracy, limited by thermal drifts and mechanical vibrations, prevents maintaining the point of interest on the focused beam during experiments.
To address this limitation, this thesis aims to develop a system for actively stabilizing the sample's position down to the nanometer range while the end-station moves the sample through the beam.
The developed system integrates an external metrology for sample position measurement, an active stabilization stage mounted between the end-station and the sample, and a dedicated control architecture.
The design of this system presented key challenges, first of which involved the design process.
To effectively predict how this complex mechatronic system would perform, a series of dynamical models with increasing accuracy were employed.
These models allowed simulation of the system's behavior at different design stages, identifying potential weaknesses early on before physical construction, ultimately leading to a design that fully satisfies the requirements.
The second challenge stems from control requirements, specifically the need to stabilize samples with masses from 1 to 50kg, which required the development of specialized robust control architectures.
Finally, the developed Nano Active Stabilization System underwent thorough experimental validation on the ID31 beamline, validating both its performance and the underlying concept.
[fr] L'avènement des sources de lumière synchrotron de 4ème génération a produit des faisceaux de rayons X avec une luminosité multipliée par 100 et des capacités de focalisation sub-microniques, offrant des opportunités scientifiques sans précédent tout en nécessitant des stations expérimentales avec une précision de positionnement d'échantillons améliorée.
À l'Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron (ESRF), la ligne de lumière ID31 dispose d'une station expérimentale conçue pour positionner des échantillons le long de trajectoires complexes.
Cependant, sa précision de l'ordre du micromètre, limitée par des effets tels que les dérives thermiques et les vibrations mécaniques, empêche de maintenir le point d'intérêt sur le faisceau focalisé durant les expériences.
Pour remédier à cette limitation, cette thèse vise à développer un système permettant de stabiliser activement la position de l'échantillon pendant que la station expérimentale déplace l'échantillon à travers le faisceau.
Le système développé intègre une métrologie externe pour la mesure de la position de l'échantillon, une platine de stabilisation active montée entre la station expérimentale et l'échantillon, et une architecture de contrôle dédiée.
La conception de ce système présente des défis majeurs, dont le premier concerne le processus de conception lui-même.
Pour prédire efficacement les performances, une série de modèles dynamiques ont été utilisés.
Ces modèles ont permis de simuler le comportement du système aux différentes étapes de conception, identifiant ainsi les limitations potentielles, pour aboutir à une conception répondant aux spécifications.
Le deuxième défi provient des exigences de contrôle, notamment la nécessité de stabiliser des échantillons dont la masse peut varier de 1 à 50kg, ce qui a nécessité le développement d'architectures de contrôle robustes.
Enfin, le Système de Stabilisation Active développé a fait l'objet d'une validation expérimentale sur la ligne de lumière ID31, validant à la fois ses performances et le concept sous-jacent.
