Aux basses températures, les matrices dopées aux ions terre-rare sont des systèmes prometteurs pour la réalisation de mémoires quantiques. Parmi elles, le système Er³⁺:Y₂SiO₅ a l'avantage de posséder une transition aux longueurs d'onde Télécom, adaptée aux réseaux de communication actuels. Cependant, aucun stockage quantique n'a pu être réalisé de manière efficace durant un temps suffisamment long dans ce matériau. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les interactions limitant la cohérence du système aux faibles champs magnétiques. Dans ce cadre là, les interactions dominantes sont les basculements réciproques entre deux spins électroniques opposés des ions erbium et l'interaction super-hyperfine entre ces spins et les spins nucléaires des ligands yttrium. J'ai calculé la force et les caractéristiques de ces deux couplages dipolaires en incluant la grande anisotropie de la matrice Y₂SiO₅. J'ai alors pu vérifier l'effet de cette anisotropie sur les basculements réciproques des spins des ions erbium à l'aide de deux techniques optiques, le creusement de trou spectral et l'excitation transitoire. Le taux de ces basculements est maximisé lorsque le champ magnétique est orienté perpendiculairement à l'axe principal du tenseur caractérisant le spin effectif. Il augmente globalement comme le carré de la concentration en ions dopants et diminue avec le champ magnétique. Enfin, j'ai pu mesurer les caractéristiques des interactions super-hyperfines par le biais des modulations d'une décroissance d'écho de photon qu'elles provoquent. Il existe une configuration particulière où un couplage sélectif intervient entre les ions erbium et un unique yttrium de leurs environnements. Au contraire, le couplage à un nombre important d'ions ligands est responsable de la chute du temps de cohérence pour des champs magnétiques inférieurs à la dizaine de mT. / At low temperatures, rare-earth doped matrices are promising supports for the development of quantum memories. Among them, Er³⁺:Y₂SiO₅ is well adapted to the current communication networks because of its transition at Telecom wavelength. However, quantum storage has a very limited efficiency and a short duration in this material. In this thesis, I study the interactions that hinder the coherence at low magnetic fields. In this regime, the dominant processes are flip-flops between opposite electronic spins of erbium ions and the super-hyperfine interaction with nuclear spins of yttrium ligands. I have included the strong anisotropy of the Y₂SiO₅ matrix in the calculation of these two dipolar interactions. In order to check the anisotropy of the flip-flops between erbium spins, I have used two different optical techniques : spectral hole-burning and transient excitation. I have showed that their rate is maximum when the magnetic field is perpendicular to the principal axis of the effective spin tensor. Moreover, the flip-flop probability globally increases as the square of the doping concentration and as the inverse of the field. Then I have also checked the calculations of super-hyperfine interactions by measuring photon echo modulations. I have found a particular situation where an erbium ion is strongly coupled to a single yttrium. On the contrary, the coupling to several ligands at very low magnetic fields drastically reduces the coherence time.

Ce travail de thèse expérimental porte principalement sur deux études concernant la dynamique collective de particules dans des écoulements à très faible nombre de Reynolds et dans des environnements confinés. Dans ces systèmes les particules interagissent via des couplages hydrodynamiques à longue portée d'origine géométrique ou topologique. Le thème général faisant le pont entre ces deux études est la notion de réversibilité hydrodynamique. De part les méthodes mises en oeuvre pour aborder ces problèmes, cette thèse se place à l'interface de trois grands domaines de la physique: l'hydrodynamique, la matière molle et les systèmes dynamiques. Le premier système est un ensemble de gouttes micrométriques confinées dans une cellule de Hele-Shaw et soumis à un écoulement sinusoïdal afin de sonder la nature réversible de la dynamique. Cette expérience d'écho caractérisée par une dynamique microscopique complètement réversible met en évidence une transition de phase du premier ordre entre un état macroscopique réversible en dessous d'une certaine amplitude d'oscillation et un état macroscopique irréversible au dessus de cette amplitude. De plus, il est montré que cette transition n'est pas seulement dynamique mais également structurale. La seconde étude correspond quant à elle à une expérience de trafic dans un réseau de boucles microfluidiques où la dynamique asymptotique du système à 3 corps est étudiée de manière extensive. En combinant des études numériques, analytiques et expérimentales, il est montré que cette dynamique de trafic est Hamiltonienne et réversible.

Les prothèses myoélectriques modernes peuvent être dotées de plusieurs degrés de liberté ce qui nécessite plusieurs signaux musculaires pour en exploiter pleinement les capacités. Pour obtenir plus de signaux, il nous a semblé prometteur d'expérimenter si les 6 compartiments du biceps brachial pouvaient être mis sous tension de façon volontaire et obtenir ainsi 6 signaux de contrôle au lieu d'un seul comme actuellement. Des expériences ont donc été réalisées avec 10 sujets normaux. Des matrices d'électrodes ont été placées en surface au-dessus du chef court et long du biceps pour recueillir les signaux électromyographiques (EMG) générés par le muscle lors de contractions effectuées alors que les sujets étaient soit assis, le coude droit fléchi ~ 100 ° ou debout avec le bras droit tendu à l'horizontale dans le plan coronal (sur le côté). Dans ces deux positions, la main était soit en supination, soit en position neutre, soit en pronation. L'amplitude des signaux captés au-dessus du chef court du muscle a été comparée à ceux obtenus à partir du chef long. Pour visualiser la forme du biceps sous les électrodes l'imagerie ultrasonore a été utilisée. En fonction de la tâche à accomplir, l'activité EMG a était plus importante soit dans un chef ou dans l'autre. Le fait de pouvoir activer préférentiellement l'un des 2 chefs du biceps, même si ce n'est pas encore de façon complètement indépendante, suggère que l'utilisation sélective des compartiments pourrait être une avenue possible pour faciliter le contrôle des prothèses myoélectriques du membre supérieur. / The latest myoelectric prostheses have several degrees of freedom and therefore require a large number of myoelectric signals to fully exploit their capabilities. Muscle compartments, which are intra-muscular subdivisions innervated by an individual muscle nerve branch, can be exploited to provide additional independent muscle control sites to operate such prostheses. This research presents a work to investigate the activation of the 6 biceps brachii compartments in healthy subjects to see if they have the ability to activate those compartments voluntarily. Therefore, electromyographic (EMG) signals were recorded from an array of seven and ten pairs of equally spaced surface electrodes positioned across the short and long head of the biceps of ten healthy subjects. The EMG signals are collected in two positions: 1) with the subject seated, right elbow flexed ~100°, and 2) with the subject standing with the right arm extended horizontally in the coronal plane (90°shoulder abduction). In both positions, the hand is either fully supinated, neutral, or fully pronated. The average root mean square value of the EMG signals obtained from the pairs of electrodes positioned over the short head are compared with the average obtained for the other pairs placed over the biceps long head. Ultrasound imaging also used to visualize the long and short heads of the biceps in flexed and extended arm while the hand was in different postures. Depending on the task to be accomplished, activity was larger in one head or in the other. Being able to activate either head of the biceps, while not yet completely independently, suggests that the selective use of compartments could be a possible avenue for controlling upper limb myoelectric prostheses.

Dans cette thèse, nous utilisons les propriétés spectrales remarquables des cristaux dopés aux ions de terre rare pour effectuer des opérations de transformation de Fourier temps-fréquence. Nous présentons ainsi la première démonstration expérimentale de traitement cohérent de signaux radiofréquences (RF) sur une large bande. Notre système utilise une séquence d'excitation à base d'impulsions balayées en fréquence, dérivée du processus d'écho de photons. Par cet algorithme, le spectre du signal RF à analyser est projeté dans le temps. Expérimentalement, nous avons relevé d'excellentes performances dans un cristal de Er:YSO, utilisant une transition optique dans la fenêtre télécom. En effet, la bande passante instantanée atteint 1,5 GHz, avec 24 000 canaux spectraux d'analyse. La résolution peut quant à elle descendre à 50 kHz, et la dynamique d'analyse est de 32 dB. Ces résultats ont été obtenus grâce au développement spécifique d'une source laser, dont la fréquence peut être accordée sur plusieurs GHz en quelques µs. Une boucle d'asservissement permet d'offrir une excellente précision de ces balayages en fréquence. D'autres sources laser ont également été mises au point. L'une d'elle utilise des structures d'optique intégrée, et une autre est asservie sur une cavité optique de référence, pour affiner sa largeur d'émission sous le kHz. Par ailleurs, nous présentons une première étude d'échos de photons obtenus en milieu amplificateur dans un cristal de Er:YSO. Ainsi, le rendement énergétique du processus est augmenté. De nouveaux mécanismes déphasants hors équilibre sont également mis en avant lors de la génération de l'écho de photons.

Dans l'oeuvre dramatique de Shakespeare, la voix a le pouvoir de séduire et de faire naître le désir, d'atteindre l'âme comme les émotions et d'y insuffler un mouvement, d'ordonner et d'harmoniser les rapports entre les hommes, ou encore d'agresser, de blesser, de maudire, voire de tuer. La belle acoustique du Théâtre, du Globe ou des Blackfriars, permettait à la voix de résonner en se mêlant à des effets musicaux et à des bruits pour former des paysages sonores qu'il s'agit d'entendre et de déchiffrer.

L'objectif de cette thèse est l'étude théorique et expérimentale des méthodes comparatives utilisées pour la mesure du paramètre de non linéarité ultrasonore B/A de milieux liquides et biologiques. Ces principes de mesure, appartenant à la famille des méthodes dites d'amplitude finie, reposent sur l'analyse harmonique de l'onde ultrasonore détectée après sa traversée dans le milieu à caractériser.<br />Dans une première partie, après une présentation des bases théoriques de l'acoustique non linéaire, nous développons les différentes solutions analytiques reliant le paramètre B/A aux composantes harmoniques de l'onde détectée, puis nous proposons de nouvelles solutions pour le second harmonique, plus simples et exploitables expérimentalement. Ces solutions intègrent les phénomènes de diffraction, d'absorption, et de non linéarité.<br />Après une revue des différentes méthodes de mesure décrites dans la littérature, nous consacrons le quatrième chapitre à l'analyse théorique et expérimentale des méthodes comparatives utilisant deux transducteurs, pour l'émission et la détection de l'onde ultrasonore.<br />L'originalité de ce travail repose sur la prise en compte des sensibilités des transducteurs dans les différentes expressions du paramètre B/A. Nous développons ainsi une fonction de sensibilité du système de mesure permettant de définir les situations expérimentales les plus adaptées à la méthode comparative. Le principal intérêt de cette méthode est de s'affranchir de la calibration des transducteurs, ce qui est envisageable si la fonction de sensibilité est voisine de l'unité. Des expérimentations valident ensuite les différents développements théoriques.<br />Dans le dernier chapitre nous proposons une méthode de mesure originale du paramètre B/A en mode pulse-écho n'utilisant qu'un seul transducteur en émission-réception. Ce procédé est ensuite complété par un dispositif de filtrage améliorant la détection du second harmonique de l'écho. Les expérimentations confirment les prédictions théoriques et montrent la possibilité d'exploiter ce système en imagerie médicale quantitative, par la connaissance supplémentaire du paramètre B/A du milieu biologique analysé.

Les prothèses myoélectriques modernes peuvent être dotées de plusieurs degrés de liberté ce qui nécessite plusieurs signaux musculaires pour en exploiter pleinement les capacités. Pour obtenir plus de signaux, il nous a semblé prometteur d'expérimenter si les 6 compartiments du biceps brachial pouvaient être mis sous tension de façon volontaire et obtenir ainsi 6 signaux de contrôle au lieu d'un seul comme actuellement. Des expériences ont donc été réalisées avec 10 sujets normaux. Des matrices d'électrodes ont été placées en surface au-dessus du chef court et long du biceps pour recueillir les signaux électromyographiques (EMG) générés par le muscle lors de contractions effectuées alors que les sujets étaient soit assis, le coude droit fléchi ~ 100 ° ou debout avec le bras droit tendu à l'horizontale dans le plan coronal (sur le côté). Dans ces deux positions, la main était soit en supination, soit en position neutre, soit en pronation. L'amplitude des signaux captés au-dessus du chef court du muscle a été comparée à ceux obtenus à partir du chef long. Pour visualiser la forme du biceps sous les électrodes l'imagerie ultrasonore a été utilisée. En fonction de la tâche à accomplir, l'activité EMG a était plus importante soit dans un chef ou dans l'autre. Le fait de pouvoir activer préférentiellement l'un des 2 chefs du biceps, même si ce n'est pas encore de façon complètement indépendante, suggère que l'utilisation sélective des compartiments pourrait être une avenue possible pour faciliter le contrôle des prothèses myoélectriques du membre supérieur. / The latest myoelectric prostheses have several degrees of freedom and therefore require a large number of myoelectric signals to fully exploit their capabilities. Muscle compartments, which are intra-muscular subdivisions innervated by an individual muscle nerve branch, can be exploited to provide additional independent muscle control sites to operate such prostheses. This research presents a work to investigate the activation of the 6 biceps brachii compartments in healthy subjects to see if they have the ability to activate those compartments voluntarily. Therefore, electromyographic (EMG) signals were recorded from an array of seven and ten pairs of equally spaced surface electrodes positioned across the short and long head of the biceps of ten healthy subjects. The EMG signals are collected in two positions: 1) with the subject seated, right elbow flexed ~100°, and 2) with the subject standing with the right arm extended horizontally in the coronal plane (90°shoulder abduction). In both positions, the hand is either fully supinated, neutral, or fully pronated. The average root mean square value of the EMG signals obtained from the pairs of electrodes positioned over the short head are compared with the average obtained for the other pairs placed over the biceps long head. Ultrasound imaging also used to visualize the long and short heads of the biceps in flexed and extended arm while the hand was in different postures. Depending on the task to be accomplished, activity was larger in one head or in the other. Being able to activate either head of the biceps, while not yet completely independently, suggests that the selective use of compartments could be a possible avenue for controlling upper limb myoelectric prostheses.

L’anesthésie loco-régionale présente une alternative intéressante à l’anesthésie générale dans de nombreuses interventions chirurgicales. L’atout majeur de cette technique est qu’elle réduit grandement les scores de douleurs et améliore par la même la mobilité post-opératoire. L’anesthésie locorégionale écho-guidée (UGRA) devient aujourd’hui, la méthode de référence dans le domaine de l’anesthésie, offrant de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes comme la neurostimulation. Cependant, cette technique nécessite en contrepartie un apprentissage spécifique afin d’éviter des complications sévères liées à une erreur de localisation visuelle du nerf dans les images échographiques. L’objectif de cette thèse est de faciliter et de sécuriser la pratique de l’anesthésie loco-régionale écho-guidée. Dans un premier temps, nous avons proposé une méthode de détection du nerf mettant en oeuvre un algorithme qui suite à un prétraitement à partir de filtres fréquentielles, réalise une analyse de texture par apprentissage. Dans ce cadre, deux nouvelles approches ont été explorées : l’une concerne la caractérisation du nerf qui s’appuie sur la prise en compte du bruit présent dans une image ultrasonore, bruit ayant été au préalable atténué partiellement. L’autre propose une technique de sélection des caractéristiques mettant en avant celles qui sont les moins redondantes et les plus pertinentes. Dans un second temps, après étude fine du comportement variable de la morphologie du nerf tout au long d’une séquence d’images ultrasonores, nous avons développé un modèle dynamique ayant comme paramètres des informations en lien avec la cohérence temporelle de la position, de la forme et la confiance de classification des ROI potentielles afin de générer une segmentation robuste. Il est proposé également dans cette partie, un nouveau modèle de forme prenant en compte un ensemble d’intervalles de points de repères du contour, permettant ainsi de s’adapter aux variations de la forme du nerf dans le temps. / Regional anesthesia presents an interesting alternative or complementary act to general anesthesia in many surgical procedures. It reduces pain scores, improves postoperative mobility and facilitates earlier hospital discharge. Ultrasound-Guided Regional Anesthesia (UGRA) has been gaining importance in the last few years, offering numerous advantages over alternative methods of nerve localization (neurostimulation or paraesthesia). However, nerve detection is one of the most difficult tasks that anesthetists can encounter in the UGRA procedure. The context of the present work is to provide practitioners with a method to facilitate and secure the practice of UGRA. However, automatic detection and segmentation in ultrasound images is still a challenging problem in many medical applications. This work addresses two main issues. The first one, we propose an algorithm for nerve detection and segmentation in ultrasound images, this method is composed of a pre-processing, texture analysis and machine learning steps. In this part of work, we explore two new approaches ; one to characterize the nerve and the second for selecting the minimum redundant and maximum relevant features. The second one, we studied the nerve detection in consecutive ultrasound frames. We have demonstrated that the development of an algorithm based on the temporal coherence of the position, the shape and the confidence measure of the classification, allows to generate a robust segmentation. In this work, we also propose a new model of shape based on a set of intervals landmarks able to adapt to the nerve shape under a morphological variations.

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'idée du tatouage dans le traitement du son.Les recherches en tatouage audio se sont principalement tournées vers des applications sécuritaires ou de transmission de données auxiliaires. Une des applications visées par ce concept consiste à améliorer la qualité du signal hôte ayant subi des transformations et ceci en exploitant l'information qu'il véhicule. Le tatouage audio est donc considéré comme mémoire porteuse d'informations sur le signal originel. La compression à bas débit des signaux audio est une des applications visée par ce concept. Dans ce cadre, deux objectifs sont proposés : la réduction du pré-écho et de l'amollissement d'attaque, deux phénomènes introduits par les codeurs audio perceptifs, en particulier les codeurs AAC et MP3; la préservation de l'harmonicité des signaux audio dégradée par les codeurs perceptifs à extension de bande, en particulier le codeur HE-AAC.La première partie de ce manuscrit présente les principes de base des systèmes de codage bas débit et étudie les différentes distorsions introduites par ces derniers. Fondées sur cette étude, deux solutions sont proposées. La première, visant principalement la réduction du pré-écho, consiste à corriger l'enveloppe temporelle du signal après réception en exploitant la connaissance a priori de l'enveloppe temporelle du signal original, supposée transmise par un canal auxiliaire à faible débit (< 500 bits/s). La seconde solution vise à corriger les ruptures d'harmonicité générées par les codeurs à extension de bande. Ce phénomène touche essentiellement les signaux fortement harmoniques (exemple : violon) et est perçu comme une dissonance. Une préservation de l'harmonicité des signaux audio par des opérations de translation spectrale est alors proposée, les paramètres étant là encore transmis par un canal auxiliaire à faible débit.La seconde partie de ce document est consacrée à l'intégration du tatouage audio dans les techniques de renforcement de la qualité des signaux audio précitées. Dans ce contexte, le tatouage audio remplace le canal auxiliaire précédent et œuvre comme une mémoire du signal originel, porteuse d'informations nécessaires pour la correction d'harmonicité et la réduction de pré-écho. Cette seconde partie a été précédée par une étape approfondie de l'évaluation des performances de la technique de tatouage adoptée en terme de robustesse à la compression MPEG (MP3, AAC et aacPlus). / The goal of this thesis is to explore the idea of watermark for sound enhancement. Classically, watermark schemes are oriented towards security applications or maximization of the transmitted bit rates. Our approach is completely different. Our goal is to study how an audio watermarking can improve the quality of the host audio signal by exploiting the information it conveys. The audio watermarking is considered as a memory that carries information about the original signal.The low bitrate compression of audio signals is one of the applications covered by this concept. In this context, two objectives are proposed: reducing the pre-echo and the attack softening, two phenomena introduced by the perceptual audio coders, particularly AAC and MP3 encoders ; preserving the harmonicity of audio signals, distorted by coders with bandwidth extension, especially HE-AAC encoder. These coders are limited in the reconstruction of the high-frequency spectrum mainly because of the potential unpredictability of the fine structure of the latter, as well as imperfect indicators of tonal to noise.The first part of this manuscript presents the basic principles of low rate coding systems and studies the various distortions introduced by the latter. Based on this study, two solutions are proposed. The first one, principally aimed at reducing the pre-echo, consist in correcting the time envelope of the signal after reception by exploiting the prior knowledge of the temporal envelope of the original signal, which is assumed transmitted by an auxiliary channel at low bitrates (<500 bps). The second solution is to correct the harmonicity generated by coders with bandwidth extension. This primarily affects strongly harmonic signals (e.g. violin) and is perceived as a dissonance. We propose then to preserve the harmonicity of audio signals by spectral translations. The parameters being passed again by an auxiliary channel at low bitrates.The second part of this document is dedicated to the integration of audio watermarking techniques in the solution presented in the first part. In this context, the audio watermarking replaces the previous auxiliary channel and is regarded as a memory of the original signal, carrying information necessary for the correction of harmonicity and the pre-echo reduction.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.