Abstract Modern NMR methods in liquids are based on the transfer of polarisation from nucleus to nucleus to generate multidimensional heteronuclear correlation spectra. The factors that influence the efficiency of heteronuclear polarisation transfer in multi-pulse experiments, and in that way the quality of spectra are the subject of this thesis. The flow of coherence through pulse sequences can be designed and analysed with the aid of product operator calculations. Results of the study include improvements to quantitative two-dimensional shift-correlated experiments, and demonstration of the benefits of closely spaced 180° pulse trains in polarisation transfer steps in long-range correlation experiments and isotope editing filters.

Des séquences d'impulsions radiofréquence régulièrement espacées telles que rencontrées en Résonance Magnétique Nucléaire peuvent être abordées par des algorithmes simples de type polynomial (transformée en Z). Une simplification supplémentaire est apportée par l'utilisation de spineurs pour caractériser les rotations. Une première application de la combinaison de ces deux outils est un algorithme de type effeuillage permettant la synthèse d'impulsions radiofréquence sélectives continues. Cet algorithme proposé originellement par l'auteur, a été utilisé depuis plusieurs années en IRM car permettant de s'affranchir facilement de la non linéarité des équations de Bloch. En plus d'une présentation nouvelle de cet algorithme, quelques détails d'implémentation non publiés et quelques compléments théoriques et conditions d'application sont donnés. Une rapide comparaison critique avec les algorithmes de type IST (Inverse Scattering Transform) est donnée.<br />On utilise ensuite les mêmes outils pour donner un modèle simplifié des séquences CPMG (Carr Purcell Meiboom Gill) et SSFP (Steady State Free Precession) . Pour cela on considère la rotation d'écho à écho et on explique la stabilisation naturelle des signaux par la dispersion de phase. Une caractérisation simplifiée mais d'usage assez large des processus de relaxation est obtenue. Un lien entre un algorithme polynomial de stabilisation des signaux de la séquence CPMG, et une version discrétisée du principe adiabatique est proposé. Ce principe d'adiabatisme un peu élargi est appliqué à la stabilisation des séquences SSFP .<br /> Enfin un dernier chapitre aborde une séquence non-CPMG, basée sur une modulation quadratique de la phase du train d'impulsions, qui permet de s'affranchir de la sensibilité à la phase initiale de la séquence CPMG. Il est montré qu'une modulation quadratique étant équivalente après un changement de repère à un système stationnaire, il suffit d'amener l'état du système dans un sous-espace de vecteurs propres bien choisis pour obtenir un équilibre dynamique qui, pour certaines valeurs du paramètre caractérisant la modulation quadratique, donne des signaux de même amplitude quelles que soient les conditions initiales. La sensibilité à la phase initiale de l'aimantation est ainsi annulée. <br />Cette séquence est illustrée par une application clinique à l'imagerie de diffusion, pour laquelle le moindre mouvement du patient entraîne une variation incontrôlée de la phase de l'aimantation initiale.<br />Dans la conclusion de la thèse les limitations des solutions proposées au long des chapitres sont mentionnées et quelques pistes possibles pour tenter de résoudre les problèmes restés ouverts sont proposées.

Ce travail se place dans le contexte des recherches sur les mémoires quantiques pour la lumière. L’information quantique est stockée dans un état de superposition atomique, dont la durée de vie détermine le temps maximum de stockage.On s’intéresse particulièrement aux matériaux capables de capturer la lumière par excitation résonnante d’une raie d’absorption, puis de conserver l’information quantique dans un état de superposition du fondamental électronique.Dans Tm3+:YAG, l’information est enregistrée dans un état de spin nucléaire. Cependant le champ magnétique qui lève la dégénérescence nucléaire entraîne les différents spins à des vitesses de précession différentes, ce qui tend à détruire l’aimantation initiale, porteuse de l’information.Une étude quantique du cristal est réalisée lors du premier chapitre de ce manuscrit. Les trois chapitres suivants traitent des différents mécanismes conduisant au déphasage des spins nucléaires. On y trouvera différente analyses théoriques qui seront confirmées par un ensemble de résultats expérimentaux, ainsi qu’une description détaillée du dispositif expérimental. Enfin le dernier chapitre, prospectif, exploite les outils développés au cours de la thèse pour préserver les cohérences optiques. Il présente quelques résultats expérimentaux prometteurs sur l’allongement du temps de vie de ces cohérences optiques. / This work takes place in the context of research about quantum memories for light. The quantum information is stored in an atomic superposition state whose lifetime sets the maximum storage time. We are particularly interested in materials which are able to hold the light by resonant excitation of an absorption line, preserving the quantum information in a superposition state of the electronicfundamental.n Tm3+:YAG the information is stored in a nuclear spin state. However, the magnetic field which lifts the nuclear degeneracy generates different precession speeds of the spins. This destroys theinitial magnetization carrier of the information.In the first chapter of this thesis, a quantum analysis of the crystal is done. The following three chapters are devoted to different mechanisms to control the nuclear spins dephasing. There it ispossible to find different theoretical analysis which will be confirmed by a series of experimental measurements, including an extended description of the set-up. Finally, the last chapter presentsthe different techniques used to preserve the optical coherence. Promising experimental measurements are presented to extend the life time of the optical coherences.

Ce travail se place dans le contexte des recherches sur les mémoires quantiques pour la lumière. L'information quantique est stockée dans un état de superposition atomique, dont la durée de vie détermine le temps maximum de stockage.On s'intéresse particulièrement aux matériaux capables de capturer la lumière par excitation résonnante d'une raie d'absorption, puis de conserver l'information quantique dans un état de superposition du fondamental électronique.Dans Tm3+:YAG, l'information est enregistrée dans un état de spin nucléaire. Cependant le champ magnétique qui lève la dégénérescence nucléaire entraîne les différents spins à des vitesses de précession différentes, ce qui tend à détruire l'aimantation initiale, porteuse de l'information.Une étude quantique du cristal est réalisée lors du premier chapitre de ce manuscrit. Les trois chapitres suivants traitent des différents mécanismes conduisant au déphasage des spins nucléaires. On y trouvera différente analyses théoriques qui seront confirmées par un ensemble de résultats expérimentaux, ainsi qu'une description détaillée du dispositif expérimental. Enfin le dernier chapitre, prospectif, exploite les outils développés au cours de la thèse pour préserver les cohérences optiques. Il présente quelques résultats expérimentaux prometteurs sur l'allongement du temps de vie de ces cohérences optiques.