In the first chapter, a Q-switched fiber laser that is capable of generating transform-limited pulses based on single-frequency fiber laser seeded ring cavity is demonstrated. The output pulse width can be tuned from hundreds of nanoseconds to several microseconds. This Q-switched ring cavity fiber laser can operate over the whole C-band. In addition, a theoretical model is developed to numerically study the pulse characteristics, and the numerical results are in good agreements with the experimental results. In the next chapter, a Raman fiber laser is developed for generating signal at 1480 nm. Initial experimental results has demonstrated generating of Raman laser at 1175 nm, 1240 nm, 1315 nm, and 1395 nm wavelength. Finally, a free space fiber amplifier is studied both theoretically and experimentally. The experimental work has demonstrated signal coupling efficiency up to 90% in the NP highly Er/Yb co-doped phosphate fiber.

When an aircraft is aerodynamically or structurally damaged in battle, it may not able to complete the mission and the damage may cause its loss. The subject of aircraft battle survivability is one of critical concern to many disciplines, whether military or civil. This thesis considered and focused on Computational Fluid Dynamics [CFD] predictions and experimental investigations into the effects of simulated battle damage on the low-speed aerodynamics of a fmite aspect ratio wing. Results showed that in two-dimensional [2d] and three-dimensional [3D] CFD simulations, Fluent's® models work reasonably well in predicting jets flow structures, pressure distributions, and pressure-coefficient Cp's contours but not for aerodynamic coefficients. The consequences were therefore that CFD prediction was poor on aerodynamic-coefficients increments. The prediction of Cp's achieved good agreement upstream and near the damage hole, but showed poor agreement at downstream of the hole. For the flow structure visualisation, at both weak and strong jet incidences, the solver always predicted pressure-distribution-coefficient lower at upstream and higher at downstream. The results showed relatively good agreement for the case of transitional and strong jet incidences but slightly poor for weak jet incidences. From the experimental results of Finite Wing, the increments for Aspect-ratio, AR6, AR8 and ARIO showed that as damage moves out towards the tip, aerodynamic-coefficients increments i.e. lift-loss and drag-rise decreased, and pitching-moment-coefficient increment indicated a more positive value at all incidence ranges and at all aspect ratios. Increasing the incidence resulted in greater magnitudes of lift-loss and drag-rise for all damage locations and aspect ratios. At the weak jet incidence 4° for AR8 and in all of the three damage locations, the main characteristics of the weak-jet were illustrated clearly. The increments were relatively small. Whilst at 8°, the flow structure was characterised as transitional to stronger-jet. In Finite Wing tests and for all damage locations, there was always a flow structure asymmetry. This was believed to be due to gravity, surface imperfection, and or genuine feature. An 'early strong jet' that indicated in Finite Wing-AR8 at 'transitional' incidence of 8°, also indicated in twodimensional results but at the weak-jet incidence of 4°. For the application of 2d data to AR6, AR8, and ARIO, an assessment of 2d force results led to the analysis that the tests in the AAE's Low Turbulence Tunnel for 2d were under-predicting the damage effects at low incidence, and over-predicting at high incidences. This suggested therefore that Irwin's 2d results could not be used immediately to predict three-dimensional.

Les glycoprotéines d'enveloppe du virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) sont impliquées dans une étape importante du cycle de réplication, l’entrée virale. La liaison de la glycoprotéine gp120 à CD4 contribue à la fixation du virus à la cellule cible et déclenche des changements conformationnels dans celle-ci afin de permettre à la gp120 se lier au récepteur de chimiokine CCR5 ou CXCR4. Contrairement à tous les enveloppes du groupe phylogénétique M, qui possède une sérine à la position 375, ceux du clade CRF01_AE possèdent une histidine. Ce résidu fait partie d'une cavité "Phe43" dans laquelle le résidu 43 de CD4 fait contact avec la gp120. Ici, nous avons évalué les conséquences fonctionnelles du résidu 375 en le remplaçant par une serine dans deux enveloppes CRF01_AE (CM244 et 92TH023), la sérine étant présente dans tous les autres clades du groupe M. Nous avons observé que la réversion de l'acide aminé 375 vers une sérine entraine une perte de fonctions des deux Envs CRF-AE tel que mesuré par une perte de l'infectivité et leur capacité à médier la fusion cellule à cellule. Le phénotype observé était la conséquence d’une très faible interaction avec CD4, qui n’était pas le résultat d’une enveloppe défectueuse ou instable. Par conséquent, la modification de l’acide aminé en position 375 a aussi altéré la sensibilité de neutralisation du virus par sCD4, qui en était diminuée. De plus, on a observé que certaines mutations des couches topologiques du domaine interne de la gp120 ont permis un rétablissement partiel de la fonctionnalité en restaurant l’interaction avec CD4. Les niveaux d’infectivité et de fusion des mutants des couches topologiques se rapprochant des enveloppes sauvages de CRF01_AE suggèrent une coévolution entre la cavité phe43 et les résidus du domaine interne de la gp120. Une compréhension des différences qui existent entre les enveloppes de CRF01_AE et les enveloppes de virus du groupe M, permettra d’avoir une idée sur la fonctionnalité des glycoprotéines d'enveloppe. Il serait possible de mettre en évidence des mécanismes impliqués dans les changements conformationnels des Envs qui permettent l’évasion des anticorps dirigés contre elle. De plus, ces possibles différences dans les enveloppes de CRF01_AE pourraient être exploitées pour le développement des différentes approches vaccinales. / The envelope glycoproteins (Env) from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) mediate viral entry. The binding of the HIV-1 gp120 glycoprotein to CD4 contributes to the attachment of the virus to the target cell and triggers conformational changes in gp120 that allow high-affinity binding to the chemokine receptor CCR5 ou CXCR4. Contrary to all other Envs from the same phylogenetic group M, which possess a serine at position 375, the majority of CRF01_AE strains possess a histidine. This residue is part of the “Phe43” cavity, where residue 43 of CD4 engages with the gp120. Here we evaluated the functional consequences of replacing this residue in two CRF01_AE Envs (CM244 and 92TH023) by a serine, present in all the other clades from group M. We observed that reversion of the 375 amino acid to a serine resulted in a loss of functionality of both CRF_AE Envs, as measured by a loss in infectivity and their ability to mediate cell-to-cell fusion. The observed phenotype was the result of a weak interaction with CD4, which was not due to defective processing or trimer stability of these Envs. Therefore, modification of the amino acid at position 375 has also altered the sensitivity of virus neutralization by sCD4, which was reduced. Importantly, mutation of certain residues of the gp120 inner domain layers were able to partially restore wild-type levels of infectivity and cell-to-cell fusion to both CRF01-AE H375S Envs, suggesting a co-evolution of the Phe43 cavity and the gp120 inner domain. An understanding of the differences between the CRF01_AE envelopes and envelopes from group M presenting a serine at position 375 will provide a better knowledge about the functionality of the envelope glycoproteins. Among other things, it would be possible to identify the mechanisms involved in conformational changes of glycoproteins as well as those involved in the escape of envelope recognition by Env specific antibodies. Moreover, these possible differences in CRF01_AE envelopes could be exploited for the development of different vaccine approaches.

Dans le cadre d’un programme de recherche mené par le GISOS (Groupement d’Intérêt Scientifique de Recherche sur l’Impact et la Sécurité des Ouvrages Souterrains), le site pilote de Cerville-Buissoncourt (Lorraine, France) a fait l’objet d’une importante instrumentation géophysique et géotechnique pour assurer la surveillance d’une cavité saline à 200 m de profondeur, depuis son état stationnaire jusqu’à l’effondrement des terrains du recouvrement. Les objectifs principaux de cette thèse consistaient à : 1) valider la technique de surveillance basée sur l’écoute microsismique dans un contexte salin, et 2) modéliser numériquement le comportement mécanique complexe du recouvrement, particulièrement l’initiation des microfissures et leur propagation. L’analyse de la sismicité induite enregistrée a permis de caractériser l’état initial de la cavité en terme d’activité microsismique. Deux types d’événements ont été identifiés : les événements isolés correspondant aux ruptures localisées, et les événements en rafale, d’une dizaine de secondes de durée. D’après les résultats de localisation d’hypocentres, la totalité de la sismicité enregistrée est générée au niveau de la cavité dans le gisement de sel, ou bien dans les faciès marneux qui composent le toit immédiat de la cavité actuelle. Les déclenchements en rafale seraient liés à des phénomènes de délitement puis de décrochement de blocs de marne, suivis des chutes de blocs dans la cavité remplie de saumure. Le travail de modélisation numérique a été focalisé sur la possibilité de rendre compte de l’endommagement dans les couches fragiles du recouvrement. Nous avons mis en oeuvre un modèle géomécanique hybride à l’échelle du site pilote qui intègre les différentes formations géologiques présentes dans le recouvrement, ainsi que l’initiation, la propagation et la coalescence des microfissures dans le banc raide, à l’aide des logiciels FLAC et PFC2D. La calibration du modèle discret PFC2D pour reproduire le comportement en traction du banc raide a été vérifiée numériquement à l’échelle du site pilote. Cette vérification a été basée sur la comparaison, en termes de la réponse élastique et d’apparition des ruptures dans le banc raide, entre l’approche hybride FLACPFC 2D et la modélisation purement continue avec FLAC. Le modèle hybride ainsi défini pourra être utilisé dans le cadre d’une retro-analyse une fois que les mesures in-situ, notamment les enregistrements microsismiques et les données de déformation, seront disponibles à Cerville-Buissoncourt / Within the framework of a research program carried out by the GISOS (Scientific Grouping of Research Interest on the Impact and Safety of Underground Works), the pilot site of Cerville-Buissoncourt (Lorraine, France) was the subject of a large geophysical and geotechnical instrumentation to ensure the monitoring of a salt cavity at 200 m depth, from its stationary state to the final overburden collapse. The main objectives of this work consisted on : 1) the validation of the microseismic monitoring technique in a salt mine environment, and 2) the numerical modelling of the mechanical behavior of the overburden, particularly the initiation and the propagation of microcracks. The analysis of the recorded induced seismicity allowed to characterize the initial state of the cavity in terms of microseismic activity. Two types of events were identified : isolated events corresponding to localized ruptures, and swarms of events, of tens of seconds of duration. According to hypocenter location results, the totality of the recorded seismicity is generated either in the cavity surroundings within the salt layer, or in the marly facies of the current cavity roof. Swarms would be related to delamination of clayley marls in the immediate roof, followed by rock debris falling in the brine filled cavity. The numerical modelling was focused on the possibility of accounting for the damage in the fragile layers of the overburden. We implemented a hybrid geomechanical model of the pilot site which integrates the various geological formations present in the overburden, as well as the initiation, the propagation and the coalescence of microcracks in the stiff layer, using FLAC and PFC2D softwares. The calibration of the discrete PFC2D model to reproduce the tensile behaviour of the stiff layer was numerically checked on the site scale. The validation was based on the comparison, in terms of the elastic response and the damage onset in the stiff layer, between the hybrid approach FLAC-PFC2D and the purely continuous modelling using FLAC. The hybrid model thus defined would be used for back-analysis studies once in-situ measurements, in particular microseismic recordings and deformation data, will be available at Cerville-Buissoncourt

The design, construction and characterisation of a novel, arrayed, open-access optical microcavity is described. Included in this thesis are the precise fabrication details, making use of the focused ion beam. A technique for analysing and optimising the microcavities constructed, making use of an atomic force microscope is also included. Results from the optical characterisation of the fabricated microcavities are presented, including quality factors of around 104, and fitnesses of around 400. The optical analysis then progressed onto coupling colloidal semiconductor nanocrystals to the microcavity modes. This yielded room temperature Purcell enhancements, single particle sensing, and also allowed for the characterisation of a second iteration of cavities. This improved set was shown to achieve fitnesses in excess of 1800 and quality factors with a lower limit of 15000. The optical identification of single NV centres in nanodiamond is discussed, along with the development of an optical apparatus to couple them to microcavities at cryogenic temperatures. Finally several results from finite difference time domain simulations will be presented, showing ultimate mode volumes of less than 0.5 cubic wavelengths are possible for this approach.

Le degré de rétention de l’arboricolisme dans le répertoire locomoteur des hominines fossiles du Pliocène est toujours matière à débat, les études ayant principalement porté sur la courbure des phalanges et la proportion des membres. Vu la récente découverte de DIK-1-1 (A. afarensis) et de la scapula qui lui est associée, l’étude de cet os d’un point de vue fonctionnel est intéressante, puisqu’il est directement impliqué dans la locomotion de presque tous les hominoïdes. Le but de cette étude est de tenter d’établir un lien entre l’orientation supéro-inférieure (SI) et antéro-postérieure (AP) de la cavité glénoïde de la scapula et les comportements locomoteurs chez les grands singes et l’humain moderne. Des analyses comparatives sur les adultes ont été réalisées pour 1) voir s’il existe des différences dans la morphologie étudiée entre les espèces et 2) voir si ces différences peuvent être expliquées par la taille corporelle. Des analyses ontogéniques ont aussi été réalisées pour voir si un accroissement de la taille corporelle pendant le développement et les changements locomoteurs qui y sont associés correspondent à un changement d’orientation de la cavité glénoïde. Les résultats montrent que les humains ont une cavité glénoïde qui est orientée moins supérieurement que les grands singes, mais que Pongo, bien qu’étant le plus arboricole, n’a pas l’orientation la plus supérieure. Les « knuckle-walkers » (Pan et Gorilla) se distinguent des autres hominoïdes avec une orientation de la surface glénoïde relative à l’épine plus inférieure. La taille corporelle ne semble pas influencer la morphologie étudiée, sauf parfois chez le gorille. Seuls l’humain et les mâles Pongo montrent un changement ontogénique dans l’orientation de la cavité glénoïde relativement à l’épine. Sur la base de ces résultats, l’orientation de la cavité glénoïde semble refléter partiellement la fonction du membre supérieur dans la locomotion, mais des recherches plus poussées sont nécessaires. Mots-Clés : Scapula, cavité glénoïde, grands singes, humains, locomotion, arboricolisme. / The degree to which Pliocene fossil hominins have retained some form of arborealism in their locomotor repertoire is still matter of debate, in part because studies linking upper limb morphology to locomotor behaviors in primates mostly focused on phalangeal curvature and limb proportions. Given the recent discovery of DIK-1-1 (A. afarensis) and its associated scapula, investigation of this bone from a functional perspective seemed of interest since it is directly involved in almost every hominoid’s locomotion. The purpose of this study is to try to establish a link between the superoinferior and anteroposterior orientation of the glenoid cavity of the scapula and locomotor behaviors in living great apes and modern humans. Comparative analyses were performed on adult individuals to 1) establish if there were differences across species and 2) verify that those differences, if any, could be linked to overall body size. Ontogenetic analyses were also performed at the intraspecific level to see if a change in body size during development, which is often associated with changes in locomotor behaviors, is related to a change in the orientation of the glenoid cavity. These results show that humans have a more inferiorly oriented glenoid cavity than great apes, but Pongo, even if it is the most arboreal species, does not have the most superiorly oriented glenoid cavity. Knuckle-walkers (Pan and Gorilla) differ from other hominoids, exhibiting a more inferiorly oriented glenoid cavity relative to the spine. Body size does not seem to influence the orientation of the articulation, with a few exceptions for gorillas. Only humans and male Pongo show a significant ontogenetic change in the orientation of the glenoid cavity relative to the spine. On the basis of these results, the orientation of the glenoid cavity seems to reflect only in part the use of the upper limb in locomotion, however, it will need to be investigated further.

The unique properties, such as large direct bandgap, excellent thermal stability, high μH × ns, of III-nitrides make them ideal candidates for both optoelectronic and high-speed electronic devices. In the past decades, great success has been achieved in commercialization of GaN based light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs). However, due to the lack of native substrates, thin films grown on sapphire or SiC substrates have high defect densities that degrade the device performance and reliability. Conventional epitaxy lateral overgrowth (ELO) can reduce dislocation densities down to ∼10-6 cm-2 in the lateral growth area, but requires ex situ photolithography steps. Hence, an in situ method using a SiNx interlayer (nano-scale ELOG) has emerged as a promising technique. The GaN templates prepared by this method exhibit a very low dislocation density (low-10-7 cm-2) and excellent optical and electrical properties. As a cost, such high quality GaN templates containing SiN, nanonetworks are not suitable for heterojunction field effect transistor (HFET) applications due to degenerate GaN:Si layer which serves as parallel conduction channel. This dissertation discusses the growth of low dislocation density GaN templates, by using the in situ SiNx nanonetwork for conductive templates, and the AIN buffer for semi-insulating templates. On SiN x nanonetwork templates, double-barrier RTD and superlattice (SL) exhibited negative differential resistances. Moreover, the injection current of Blue LEDs (450 nm) was improved ∼30%. On semi-insulating GaN templates, nearly lattice matched AlInN/AIN/GaN HFETs were successfully demonstrated and exhibited ∼ 1600 cm2/Vs and 17 600 cm2/Vs Hall mobilities at 300 K and 10 K, respectively. Those mobility values are much higher than literature reports and indicate that high quality HFETs can be realized in lattice matched AlInN/AIN/GaN, thereby solving the strain related issue. The attempt to use InGaN as the 2DEG channel has also been successfully implemented. A Hall mobility (1230 cm2/Vs) was achieved in a 12 nm InGaN channel HFET with AlInGaN barrier, which demonstrates the viability of InGaN channel HFETs.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à la simulation numérique des transferts de chaleur par conduction dans les parois, par rayonnement et par convection thermosolutale dans des cavités fermées ou dans des conduites. Dans la plupart des cas pratiques, les trois modes de transfert de chaleur sont fortement couplés lorsque le fluide en mouvement est un mélange de gaz. Le transfert de chaleur par convection naturelle associé à la condensation surfacique dans une cavité à deux dimensions, remplie d'air humide a été étudié numériquement. Les parois verticales, d'épaisseur finie, sont en contact avec une ambiance extérieure froide. La modélisation faiblement compressible permet à la fois de tenir compte de la diminution de la masse du mélange et de la pression thermodynamique. Egalement, une étude de la convection mixte associée à l'évaporation d'un film liquide ruisselant sur les deux parois d'un canal vertical a été menée. Les effets des forces d'Archimède thermique et solutale sur le développement de l'écoulement ont été montrés. Les résultats ont été obtenus en considérant que les propriétés du mélange sont constantes ou basées sur la règle d'un tiers. Deux mélanges binaires de gaz parfaits air-vapeur et air-hexane ont été considérés en vertu de diverses conditions aux limites / The purpose of this thesis is the contribution to the numerical simulation of heat transfer by conduction, radiation and thermosolutal convection in a closed cavity or in a vertical channel. In most practical cases, the three modes of heat transfer are strongly coupled when the fluid in motion is a mixture of gases. Heat transfer by natural convection and surface condensation in two-dimensional enclosures in contact with a cold external ambient through a wall of finite thickness was studied numerically. Special attention was given on the modeling of the flow of a binary mixture consisting of humid air. Low-Mach number assumption was introduced in order to account for decreases in mixture mass and average pressure within the enclosure between the initial and steady states. Also, a numerical investigation was conducted to study mixed convection in a vertical channel with evaporation of thin liquid films on wetted walls. The effects of the thermal and solutal buoyancy forces on the flow field, heat and mass transfer are illustrated. Results were obtained both for variable and for constant properties using the one-third rule. Air-water vapor and air-hexane vapor mixtures, assumed as ideal gases, are considered under various boundary conditions

La maîtrise de la communication et de l'information est un atout primordial dans les stratégies de pouvoir, qu'elles soient militaires, politiques ou commerciales. Celui qui est capable de transmettre l'information plus vite prend l'avantage sur les autres. Tel est le moteur de la croissance et du progrès dans le domaine des télécommunications. L'omniprésence grandissante des dispositifs communicants témoigne de l'expansion exponentielle qu'a connu ce domaine depuis les premières communications sans fil. À l'époque du all-in-one, la multiplication des applications au sein d'un même appareil nécessite l'utilisation de composants toujours plus performants et petits . Au cœur de ces systèmes, les filtres ont une importance grandissante. Dans un environnement spatial, les contraintes de fiabilité et d'encombrement sont particulièrement drastiques. Le choix des matériaux est par ailleurs limité, ce qui réduit les possibilités d'innovation. Cependant, l'amélioration de la précision et de la fiabilité dans les technologies de fabrication ouvre de nouvelles perspectives d'innovation et d'amélioration des composants. Ces travaux ont ainsi été motivés par ce souci d'apporter toujours plus de performance et de fiabilité, pour un encombrement moindre en tirant profit du potentiel offert par l'association du concept SIW et de la technologie LTCC. Les résultats mettent à jour de sérieuses dispersions technologiques. Cependant, le potentiel de l'association SIW/LTCC est démontré, et les difficultés rencontrées sont surmontables. Les filtres SIW en technologie LTCC présentent donc des atouts pour s'imposer comme une alternative sérieuse aux solutions existantes. / Control of communication and information is a key asset in the strategies of power, whether military, political or commercial. Whoever is able to transmit information faster takes advantage of others. This is the engine of growth and progress in the field of telecommunications. The growing ubiquity of communicating devices demonstrates the exponential growth experienced by this area since the first wireless communications. At the time of all-in-one, multiple applications within a single device requires the use of ever more powerful and small components. At the heart of these systems, filters are becoming increasingly important. In a space environment, reliability constraints and space are particularly dramatic. The choice of materials is also limited, which reduces the possibilities of innovation. However, the improvement of accuracy and reliability in manufacturing technologies opens new opportunities for innovation and improved components. This work has been motivated by the desire to bring more performances and reliability, a smaller footprint by taking advantage of the potential offered by combining the concept SIW and LTCC. The results update serious technological dispersions. However, the potential association SIW / LTCC is shown, and the difficulties are surmountable. SIW filters in LTCC therefore have advantages for itself as a serious alternative to existing solutions.

Alors que l'étude de l'atmosphère a une importance croissante pour répondre aux problématiques environnementales, les exigences en terme de sources laser pour la spectrométrie de molécules complexes nécessitent de développer des sources largement accordables. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit est centré sur la mise en œuvre de lasers à cascade quantique en cavité étendue (EC-QCL). Une partie de ce travail concerne la caractérisation d'une source EC-QCL commerciale ainsi que son application à la détection de gaz par spectrométrie photoacoustique. Des mesures ont été réalisées sur le dioxyde de carbone dans l'air expiré et sur le butane. La partie centrale de ce travail de thèse réside dans le développement de sources EC-QCL à partir de puces laser à cascade quantique développées par le III-V Lab. L'objectif est d'obtenir des sources largement accordables qui puissent être utilisées pour la détection de molécules complexes. Cela comprend la simulation, la conception et la mise en œuvre de systèmes en cavité étendue. Deux sources EC-QCL ont été réalisées. La première est une source impulsionnelle émettant autour de 4,5μm. La seconde émet autour de 7,5μm et fonctionne en continu à température ambiante. Ce laser a été utilisé pour réaliser des enregistrements sur l'acétone et le trichlorure de phosphoryle. / As the study of the atmosphere is growing strongly in response to environmental issues, the needs in terms of laser sources for spectroscopy of complex molecules require the development of widely tunable sources. The PhD work presented in this manuscript is focused on the implementation of quantum cascade lasers in external cavity (EC-QCL). Part of this work deals with the characterization of a commercial EC-QCL source and its application to gas detection by photoacoustic spectrometry. Measurements were performed on carbon dioxide in exhaled air and butane. The central part of this thesis consists in the development of ECQCL sources based on quantum cascade laser chips from III-V Lab. The aim is to obtain widely tunable sources that can be used for the detection of complex molecules. This includes simulation, design and implementation of external cavity systems. Two EC-QCL sources were implemented. The first one is a pulsed laser emitting around 4,5μm. The second one emits around 7,5μm and is operated at room temperature in continuous wave mode. This laser was used to record the spectra of acetone and phosphoryl chloride.