Made available in DSpace on 2009-11-18T18:56:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ACF130.pdf: 1734435 bytes, checksum: 06cddc654e0dce9f81ba73e8e7798848 (MD5) Previous issue date: 2007 / The objective of this dissertation is to analyze the socio-spatial distribution of the of denunciation rate. For this, it is studied association between the denunciations to Disque-Denúncia with the space position of the neighborhoods and the social characteristics in terms of the social context which can take to a greater or minor participation. The analysis will be centered in the relation between the socio-spatial variability of denunciations for 100.000 inhabitants and differences by the models of space regression and geographical representation highlighting the importance of the characteristics of the neighborhoods that generate the social context. The social configuration of a neighborhood, its space localization and its violence rate are the factors associates to the denunciation variability, which can modify its level. In relation to the space dependence of the neighborhoods, it is inferred that they are not independent. The denunciation rate of the neighborhoods is interdependent with close neighborhoods, because of the space externality. In relation to the social index of the neighborhoods, the result that we find is that the association of the denunciation rate with the percentage of elderly, the density and the average of studies of the neighborhoods exists, in other words, the levels of those are related with the levels of the denunciation rate. / O objetivo desta dissertação é analisar a distribuição socioespacial da taxa de denúncia. Para isso, estuda-se a associação entre as denúncias feitas ao Disque-Denúncia com a posição espacial do bairro e as características sociais em termos do contexto social que levam a uma maior ou menor participação. A análise estará centrada na relação entre as taxas de denúncias por 100.000 habitantes e as diferenças socioespaciais por meio de modelos de regressão espacial e representação georreferenciada destacando a importância das características dos bairros que geram o contexto social. Pode-se inferir que a configuração social de um bairro, sua localização espacial e seu índice de violência do bairro são os fatores associados à taxa de denúncia, sendo esses fatores que alteram o seu nível. Com relação à dependência espacial dos bairros, infere-se que os bairros não apresentam sozinhos 'não são independentes' as taxas de denúncia. As taxas de denúncia dos bairros, em função da externalidade espacial, estão relacionadas com os bairros vizinhos. Com relação aos indicadores sociais agregados dos bairros, o resultado que encontramos é que existe associação da taxa de denúncia com o percentual de idosos, a densidade e a média de estudos dos bairros, ou seja, os níveis desses indicadores estão relacionados com os níveis das denúncias.

La poussière et le gaz qui entourent beaucoup d'étoiles jeunes sont d'un intérêt critique pour comprendre la formation planétaire ; ils représentent les conditions initiale de la formation planétaire. Les disques proto-planétaire ont une structure riche, avec différents processus physiques à l'oeuvre dans différentes régions du disque. Les grandeurs en jeu s'étalent sur 2 à 5 ordres de grandeur en échelles spatiales, période orbitale, températures, et bien plus en ce qui concerne la densité de gaz et poussière. Les variations extrêmes de ces paramètres clés impliqués dans la structure et la compositions de ces objets implique nécessairement l'utilisation combinée de différentes techniques d'observation.Cette recherche se base sur l'utilisation de nouvelles données d'imagerie et de masquage de pupille (SAM) en bandes K, L et M, de spectres entre 3 et 4 microns, en plus d'images à 8.6 et 18.7 microns et de données de densité spectrale de flux (SED) issus de la littérature. Ces données des UV aux longueurs d'ondes millimétriques ont permis de construire une nouvelle compréhension de l'objet IRS-48, et de mettre en avant l'équilibre subtil des processus physiques en jeu. Ce travail a permis d'imager pour la première fois l'intégralité spatiale d'un disque composé d'hydrocarbures polycyclique aromatique (PAH) et de très petits grains (VSG) autour d'un objet stellaire jeune. Il propose un modèle révisé pour cet objet de façon à expliquer l'environnement riche et complexe de gaz et poussières observé en proche infrarouge et en ondes millimétriques, et pose des limites sur la quantité attendue de grains silicatés - synonymes de renouvelle du disque - qui peut se trouver dans ce disque de PAH/VSG.Une modélisation en transfert radiatif de la structure du disque et de la composition des grains converge vers un disque externe à 55 AU composé de grains classiques, en plus d'un disque non-sédimenté de PAH et VSG dont les bords internes et externes sont résolus: 11 et 26 AU. Une étoiles plus brillante - donc plus large - associée à une adaptation des courbes de rougissement permet d'expliquer les flux observés dans le proche-infrarouge: le disque très interne à l'étoile, à 1 AU environ, n'est plus nécessaire. Les nouveaux paramètres stellaire permettent d'estimer un âge de 4 millions d'années pour cet objet, beaucoup plus jeune que les estimations précédentes, et en meilleur accord avec l'environnement direct de l'étoile et les statistiques de dispersion de tels disques. L'utilisation de clôtures de phase a permis de détecter deux sur-brillance au sein du disque de PAH, dont la température de couleur correspond à la température de ce disque trouvé grâce au transfert radiatif. Une sur-brillance suit une orbite circulaire sous-Keplerienne. Ce travail a permis de montrer qu'une quantité limitée de grains classiques silicatés pouvait être localisé dans le disque de PAH, avec un facteur de déplétion de 5-6 par rapport aux abondances classiques de poussière-à-PAH. Un compagnon d'environ 3 masses de Jupiter sur une orbite à 40 AU est compatible avec la nouvelle structure du disque et l'observation précédente d'une asymétrie de grain millimétriques.Le disque d'IRS-48 est dépourvu de poussière dans ses premiers 55 AU, à l'exception de 3.7e-10 masses solaire d'une mixture de PAH neutres et ionisés, et de VSG. Ceci place IRS-48 au stade final des disques de transition, alors que la photo-evaporation commence à dominer l'évolution du disque jusqu'à provoqué sa dispersion. Etant donné le fort environnement radiatif, the doctorat permet aussi de mettre en avant un probable renflouement du disque interne de PAH et VSG par le disque externe grâce à des effets gravitationnels induits par le compagnon. / The dust- and gas-rich disks surrounding numerous pre-main-sequence stars are of key interest for unveiling how planetary system are formed; they are the initial conditions for planetary formation. Protoplanetary disks have a rich structure, with different physics playing a role in different regions of the disk. The dynamic ranges involved span two to five orders of magnitudes on spatial scales, orbital times, temperatures, and much more in dust- or gas-densities. The extreme dynamic ranges involved in the structure and composition of these objects mean that very different observational techniques have to be combined together to probe their various regions.This PhD makes use of new K, L and M-band imaging and Sparse-Aperture-Masking (SAM) Interferometric measurements, 3-4 micron spectroscopy, together with published 8.6 and 18.7 micron images and spectral energy distribution (SED) fluxes from UV to mm-wavelength to instruct a new comprehension of the famous IRS-48 object, and uncover the delicate balance of physical processes at stake.This PhD reports the first ever direct imaging of the full extents of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and very small grains (VSG) ring in a young circumstellar disk, presents a revised model for the IRS-48 object to explain the rich and complex dust- and gas-environment observed from near-infrared to centimeter wavelengths, and sets limits on how much silicates grains - hence replenishment - is to be expected in the PAH and VSG ring.Radiative transfer modelling of the disk-structure and grains compositions converges to a classical-grains outer-disk from 55 AU combined with an unsettled VSG & PAH-ring, where the inner- and outer-rim are resolved: 11 and 26 AU. A brighter hence larger central-star with modified extinction parameters accounts for the near-infrared flux observed in the SED: the inner-most disk at ~1 AU is not needed. The revised stellar parameters place this system on a 4 Myr evolutionary track, much younger than the previous estimations, in better agreement with the surrounding region and disk-dispersal observations. Using closure-phases, two over-luminosities are found in the PAH-ring, at color-temperatures consistent with the radiative transfer simulations; one follows a sub-Keplerian circular orbit. This PhD also shows that only very few settled thermal silicates can be co-located with the PAH-ring, with a depletion factor of ~5-6 compared to classical circumstellar dust-to-PAH abundances. A ~3 Jupiter-masses companion on a 40 AU orbit is compatible with the new disk structure and the previous mm-grains asymmetry.The IRS-48 disk is found to be void of dust-grains in the first 55 AU, except for a 3.7e-10 Solar-masses of a mixture of ionized and neutral PAH, and VSG. This places IRS-48 at the final stage of transition disks, when photo-evaporation dominates the disk evolution and eventually causes dispersal. Given the highly radiating environment, this PhD also highlights the probable replenishment of the inner PAH & VSG-ring through the channeling of such particles from the outer reservoir, due to the on-going accretion on the companion.

La régulation du moment cinétique est l'une des questions les plus importantes dans la formation d'étoiles. Du nuage moléculaire à l'étoile finale, le système perd la grande majorité de son moment cinétique et plusieurs processus sont avancés pour l'expliquer. Nous nous concentrons sur la magneto-hydrodynamique (MHD) non-idéale, qui permet de décrire le couplage entre un champ magnétique et un fluide. Son efficacité pour réguler le moment cinétique dans des conditions réalistes a été montrée à plusieurs reprises. Dans un premier temps, nous développons un code qui calcule l'équilibre chimique d'éléments présents dans les premières étapes de la formation d'étoile. Ainsi, nous pouvons retrouver la valeur des coefficients définissant l'intensité de chaque processus de la MHD non-idéale. Nous nous intéressons ensuite à l'un d'entre eux, l'effet Hall, encore peu étudié dans ce contexte. Nous l'implémentons dans le code eulérien RAMSES, et l'utilisons pour quantifier son influence pendant un effondrement gravitationnel. Comme prévu par la théorie, l'effet Hall influence grandement la taille du disque protoplanétaire, dans lequel se forment les planètes, et crée des enveloppes de gas tournant en sens inverse du reste du système / The angular momentum regulation is a hot topic in star formation. From the molecular cloud to th final star, the system loses most of its angular momentum, and several processes are proposed to explain this phenomenon. We focus on non-ideal magnetohydrodynamics (MHD), which describes the coupling between a fluid and its magnetic field. Its efficiency to regulate the angular momentum in realistic conditions has been shown in several studies. First, we develop a code that computes the chemical equilibrium of elements present in the early stages of star formation. We can therefore obtain the values of coefficients defining the strength of the phyical processes associated with non-ideal MHD. We then take interest in one of them, the Hall effect, still poorly studied in this context. We implement it in the eulerian code RAMSES, and use it to quantify its influence during a gravitational collapse. As predicted by theory, the Hall effect greatly influences the size of the protoplanetary disk, in which planets form, and creates envelopes of gas rotating backward compared to the rest of the system

Ce travail de thèse expérimental étudie les instabilités et la transition de la couche limite produite par un disque en rotation. Pour l’écoulement naturel (c.-à-d. sans forçage extérieur), les mesures des profils de vitesse moyenne, de spectres en fréquence et de moyennes de phase des séries temporelles de vitesse ont permis de distinguer différents régimes en fonction de la distance adimensionnelle R à l’axe du disque. Pour les faibles valeurs de R, les profils de vitesse moyenne suivent la solution de von Kármán. Pour des valeurs plus importantes de R, des écarts à cette solution analytique sont observés et augmentent avec R. Ces écarts sont dus à la croissance spatiale de modes instables de la couche limite (vortex .cross-flow.), et la mesure du taux de croissance spatiale de ces modes correspond bien aux prédictions théoriques de l’analyse de stabilité linéaire. Dans cet écoulement, la transition se produit vers R ≈ 530 et la turbulence pleinement développée s’installe vers R ≈ 600. Les profils dans la région pleinement turbulente suivent la loi logarithmique des couches limites turbulentes et les spectres de vitesse présentent une loi en puissance de type Kolmogorov. Pour étudier la réponse au forçage, un dispositif expérimental a été mis au point qui permet d’exciter des perturbations stationnaires (dans le référentiel du laboratoire) ou en rotation à une fréquence qui peut être réglée indépendamment de la fréquence de rotation du disque. La réponse de l’écoulement à ces deux types de forçage et avec deux formes différentes pour l’élément de forçage a été étudiée. Un forçage stationnaire produit un sillage qui décroît avec la distance à l’élément de forçage, en accord avec la théorie. Le forçage avec des éléments en rotation peut produire un paquet d’ondes amplifié qui, bien que non linéaire, suit des trajectoires proches de celles prédites par la théorie linéaire. / This dissertation concerns experimental work on the instability and transition of the rotating-disk boundary-layer flow. In the case of the natural flow (i.e. without forcing), measurements of mean-flow profiles, frequency spectra and phase-locked averages of the velocity time series allow us to distinguish different flow regimes as a function of nondimensional distance, R, from the disk axis. As R increases, the mean-velocity profiles initially follow the von Kármán solution. At higher R, departures arise and increase with R. These departures are due to the spatial growth of boundary-layer instability modes (cross-flow vortices), whose radial growth rates are found to match linear-theory predictions. The flow becomes transitional at R ≈ 530 and fully turbulent by R ≈ 600. The profiles in the fully turbulent region follow the log law of turbulent boundary layers and the velocity spectra exhibit Kolmogorov-type power laws. To study the response to forcing, an experimental apparatus has been designed which allows the excitation of stationary (in thelaboratory frame of reference) disturbances or disturbances which rotate with a frequency which can be varied independently of the disk rotation rate. The flow response to both types of forcing and two forcing-element geometries was studied. Stationary forcing produces a wake which decays with distance from the element, in agreement with theory. Forcing due to rotating elements can generate growing wavepacket-like disturbances, which although nonlinear, follow trajectories close to linear-theory predictions.

Depuis la découverte de la première planète orbitant une étoile de la séquence principale autre que le Soleil en 1995, ce champ de recherche a connu une croissance vertigineuse, tant au niveau des observations, que des modèles théoriques développés en parallèle. Même si la formation et l’évolution des systèmes planétaires restent encore mal comprises dans leur globalité, Il est à peu près certain que les planètes se forment dans des disques protoplanétaires et interagissent avec ces derniers durant la phase primordiale de leur évolution. Cette thèse s’attache à décrire certains aspects de ces interactions. Parmi les problèmes soulevés par les nombreuses observations d’exoplanètes, on peut citer l’existence des Jupiter chaudes, géantes gazeuses dont la révolution autour de leur étoile s’effectue en quelques jours à peine. Il est communément admis qu’elles se sont formées dans les parties externes du disque, pour ensuite migrer vers l’intérieur. Cependant , les processus de migration restent encore débattus. On pourra aussi noter qu’un nombre important de planètes détectées, notamment par la méthode des vitesses radiales, présentent de fortes excentricités. Cette observation contraste avec celle de notre propre Système Solaire, où les planètes géantes ont des orbites quasi-circulaires. Cette distribution d’excentricités témoigne probablement d’une certaine richesse dans les interactions dynamiques entre les planètes d’un même système. Un autre résultat majeur des quelques dernières années est l’observation de planètes à faible période orbitale dont l’orbite n’est pas alignée avec l’axe de rotation de leur étoile. Cette observation pourrait potentiellement remettre en question l’idée selon laquelle ces planètes acquièrent leur faible période par le biais de la migration au sein du disque. Par conséquent, il est important de pouvoir différencier quelles sont les caractéristiques observationelles des exoplanètes qui sont le fruit de leurs interactions mutuelles, et celles qui peuvent être expliquées lors de la phase d’interaction avec le disque protoplanétaire. D’une part, cela permet d’imposer des contraintes sur la physique des disques protoplanétaires. D’autre part, il est intéressant de savoir à quoi ressemble le système de planètes une fois que le disque se dissipe, et à quelles conditions intiales peut-on s’attendre lorsque les planètes commencent à interagir entre elles sans la présence du disque. Par exemple, est-il possible pour une ou des planètes d’acquérir de l’excentricité et de l’inclinaison au sein du disque, et de les maintenir par la suite. De plus, il est certain que le disque domine l’évolution des planètes au stage primordial de leur vie, mais jusqu’à quel point cela limite-t-il les interactions entre les planètes ? / Since the discovery of the first planet orbiting a main-sequence star outside the solar system in 1995, the field of exoplanet studies has grown rapidly, both from the observational and theoretical sides. Despite the fact that we are still lacking a global picture for the formation and evolution of planetary systems, it is now commonly accepted that planets form in protoplanetary discs and interact with them in the early stages of their evolution. This thesis aims at studying some of these interactions. The observations of extrasolar planets have brought several puzzling results to the attention of the community. One of them is the existence of hot Jupiters, giant gaseous planets which orbit their parent star with a period of a few days only. The commonly accepted scenario is that they formed in the outer parts of the disc and migrated inward. Furthermore, a significant number of planets detected so far, especially by the method of radial velocities, have high eccentricities. This is in contrast with our own solar system where giant planets have quasi-circular orbits. Such a distribution of eccentricities may be the signature of strong dynamical interactions between the different components of a same planetary system. Finally, there are short-period planets whose orbits is misaligned with the axis of rotation of their host star, which could possibly argue against the smooth migration of planets in their disc. Therefore, it is important to disentangle between the orbital characteristics that planets acquired through mutual dynamical interactions, and the ones they acquired when they interacted with the disc. Firstly, it gives constraints on the physical parameters of protoplanetary discs. Secondly, it is interesting to know the properties of the system of planets after the disc has dissipated, and what sort of initial conditions one can expect when planets start to interact freely one with each other. For instance, one can ask if it is possible for planets to reach large eccentricities and inclinations when the disc was still present, and whether they could maintain them or not.

La zone morte, région laminaire confinée au coeur des disques protoplanétaires dont la turbulence de l'écoulement à petite échelle explique l'accrétion de matière sur l'étoile en formation, semble être un lieu propice à la formation planétaire. En effet, au bord interne de la zone morte la différence d'accrétion entraîne le développement d'une sur-densité capable de piéger les grains de poussière qui dérivent vers l'étoile. L'écoulement à cet endroit est de plus potentiellement instable. Le cas échéant, il s'organise en structures tourbillonnaires appelées ''vortex'' qui collectent efficacement la poussière. La position du bord interne est toutefois très incertaine et dépend en particulier de la thermodynamique du modèle de disque considéré. Récemment, le déplacement du bord interne a été envisagé pour expliquer la variabilité de l'accrétion des étoiles jeunes. Cette thèse aborde le problème posé par l'influence de la thermodynamique sur la dynamique du bord interne de la zone morte. Des simulations MHD qui incluent le couplage entre les processus thermodynamiques avec la dynamique de l'écoulement ont tout d'abord permis de confirmer le comportement dynamique du bord interne ainsi que de réaliser la mesure inédite de sa vitesse typique de déplacement. La comparaison de ces résultats avec les prédictions données par un modèle de champ moyen a révélé le rôle du transport d'énergie par des ondes excitées au bord interne de la zone morte. Ces simulations présentent de plus un phénomène nouveau: les vortex formés à l'interface suivent un cycle de formation-migration-destruction. Cette découverte est susceptible de modifier notre vision du scénario de formation planétaire. En résumé, cette thèse met en évidence le fait que les processus thermodynamiques sont au coeur du fonctionnement de la région du bord interne de la zone morte dans les disques protoplanétaires. / The dead zone, a quiescent region enclosed in the turbulent flow of a protoplanetary disk, seems to be a promising site for planet formation. Indeed, the development of a density maximum at the dead zone inner edge, that has the property to trap the infalling dust, is a natural outcome of the accretion mismatch at this interface. Moreover, the flow here may be unstable and organize itself into vortical structures that efficiently collect dust grains. The inner edge location is however loosely constrained. In particular, it depends on the thermodynamical prescriptions of the disk model that is considered. It has been recently proposed that the inner edge is not static and that the variations of young stars accretion luminosity are the signature of this interface displacements. This thesis address the question of the impact of the gas thermodynamics onto its dynamics around the dead zone inner edge. MHD simulations including the complex interplay between thermodynamical processes and the dynamics confirmed the dynamical behaviour of the inner edge. A first measure of the interface velocity has been realised. This result has been compared to the predictions of a mean field model. It revealed the crucial role of the energy transport by density waves excited at the interface. These simulations also exhibit a new intriguing phenomenon: vortices forming at the interface follow a cycle of formation-migration-destruction. This vortex cycle may compromise the formation of planetesimals at the inner edge. This thesis claims that thermodynamical processes are at the heart of how the region around the dead zone inner edge in protoplanetary disks works.

Cette thèse est consacrée à l’étude de la dynamique de quelques problèmes de proie-prédateur de type Leslie-Gower avec des systèmes d’équations différentielles ordinaires et des équations de réaction-diffusion. L’objectif principal est de faire l’analyse mathématique, la simulation numérique des modèles construits. La thèse est divisée en trois parties : La première partie est consacrée à un système proie-prédateur avec récolte de proie, le modèle est donné par un système d’équation différentielle ordinaire. Le but de cette partie est d’étudier l’impact de la récolte sur le comportement du système. Dans la deuxième partie, nous introduisons la dimension spatiale dans le modèle dynamique considéré sans récolte, modélisant une chaîne alimentaire de deux espèces avec diffusion sur un domaine circulaire et une fonction de réponse de Holling type II. Nous effectuons une analyse théorique complète de la dynamique spatio-temporelle du modèle construit ainsi que l’étude du système sur le domaine circulaire. Une étude mathématique similaire est menée dans le cadre de la réponse fonctionnelle de Benddington-DeAngelis. Nous étudions, aussi le comportement qualitatif d’une chaîne alimentaire de trois espèces avec une réponse fonctionnelle de Holling type II. Dans la dernière partie, nous introduisons des termes de diffusions croisées dans le modèle dynamique considéré dans le but d’avoir l’effet de ce dernier sur le comportement du système. / This thesis is devoted to the study of the dynamics of some problems Leslie Gower-type predator-prey with ordinary differential equations and reaction-diffusion equations. The main objective is to make mathematical analysis, numerical simulation of constructed models. The thesis is divided in three parts : The first part is devoted to a predator-prey system with prey harvesting, the model is given by an ordinary differential equation system. The aim of this part is to study the impact of harvesting on the system behavior. In the second part, we introduce the spatial dimension in the dynamic model considered without harvesting, modeling a food chain of two species with diffusion on the circular area and Holling Type II response function. We perform a complete theoretical analysis of the spatiotemporal dynamics model built and the system study on the circular area. A similar mathematical study is conducted as part of the functional response of Benddington-DeAngelis.We study, also the qualitative behavior of a food chain of three species with a Holling type II response function. In the last party, we introduce of cross-diffusion terms in the considered dynamic model in order to have the effect of the latter on the system behavior.

Motivés par des besoins en industrie microélectronique, ces travaux apportent des contributions en modélisation probabiliste de données spatiales, et en maîtrise statistique de procédés.Le problème spatial a pour spécificité d’être posé sur un domaine circulaire. Il se représente par un modèle de krigeage dont la partie déterministe est constituée de polynômes orthogonaux et la partie stochastique de processus gaussiens. Traditionnellement définis avec la norme euclidienne et la mesure uniforme sur le disque, ces choix n’exploitent pas les informations a priori sur les procédés d’usinage.Pour tenir compte des mécanismes de rotation ou de diffusion à partir du centre, nous formalisons les processus gaussiens polaires sur le disque. Ces processus intègrent les corrélations radiales et angulaires dans le modèle de krigeage, et en améliorent les performances dans les situations considérées. Ils sont ensuite interprétés par décomposition de Sobol et généralisés en dimension supérieure. Des plans d’expériences sont proposés dans le cadre de leur utilisation. Au premier rang figurent les cylindres latins qui reproduisent en coordonnées polaires les caractéristiques des hypercubes latins.Pour intégrer à la fois les aspects spatiaux et temporels du problème industriel, la maîtrise statistique de procédé est abordée en termes d’application de cartes de contrôle aux paramètres des modèles spatiaux. Les séries temporelles suivies ont aussi la particularité de comporter des données atypiques et des changements structurels, sources de biais en prévision, et de fausses alarmes en suivi de risque. Ce problème est traité par lissage robuste et adaptatif. / Driven by industrial needs in microelectronics, this thesis is focused on probabilistic models for spatial data and Statistical Process Control. The spatial problem has the specificity of being defined on circular domains. It is addressed through a Kriging model where the deterministic part is made of orthogonal polynomials and the stochastic term represented by a Gaussian process. Defined with the Euclidean distance and the uniform measure over the disk, traditional Kriging models do not exploit knowledge on manufacturing processes. To take rotations or diffusions from the center into account, we introduce polar Gaussian processes over the disk. They embed radial and angular correlations in Kriging predictions, leading to significant improvements in the considered situations. Polar Gaussian processes are then interpreted via Sobol decomposition and generalized in higher dimensions. Different designs of experiments are developed for the proposed models. Among them, Latin cylinders reproduce in the space of polar coordinates the properties of Latin hypercubes. To model spatial and temporal data, Statistical Process Control is addressed by monitoring Kriging parameters, based on standard control charts. Furthermore, the monitored time – series contain outliers and structural changes, which cause bias in prediction and false alarms in risk management. These issues are simultaneously tackled with a robust and adaptive smoothing.

Depuis les années 1970, le développement des sources lasers de puissance fonctionnant autour de 2 µm basées sur des cristaux dopés Thulium Tm3+ et/ou Holmium Ho3+est un domaine de recherche actif du fait de ses multiples applications. L’émission autour de 1.9 µm correspond à une transition du niveau excité 3F4 vers le niveau fondamental 3H6 dans un ion trivalent Tm3+, alors que l’émission à 2 µm et au-delà correspond à la transition entre le niveau 5I7 et le niveau fondamental 5I8 de l’ion Ho3+. Ces transitions laser font aujourd’hui l’objet de nombreuses applications dans domaines très variés. nous avons étudié les propriétés spectroscopiques de cristaux de fluorures dopés terres rares en vue d’une émission autour de 2 µm. À partir des spectres d’absorption obtenus, l’analyse de Judd-Ofelt a permis de calculer les durées de vie radiatives ainsi que les rapports de branchement dans les ions Tm3+ et Ho3+. En comparaison avec d’autres cristaux tels que les oxydes, les durées de vie des niveau 3F4(Tm3+) et 5I7(Ho3+) dans les cristaux de fluorures sont plus longues ce qui favorise un fonctionnement laser en régime impulsionnel. Une étude sur la dynamique de fluorescence a été réalisée afin de caractériser l’émission autour de 1.9µm de l’ion Tm3+ et celle autour de 2µm de l’ion Ho3+. Les spectres d’émission obtenus offrent de larges bandes, assez structurées dans la matrice LiYF4 et plus larges et moins structurées dans la matrice CaF2. Dans un second temps, en mesurant les durées de vie du niveau émetteur 3F4 pour différentes concentrations en ions Tm3+, nous avons calculé les paramètres de transferts. Les résultats obtenus ont montré que le processus de relaxation croisée est beaucoup plus efficace dans le cristal CaF2 que dans le LiYF4. Nous avons calculé également les coefficients de transfert et de transfert inverse entre les ions Tm3+ et Ho3+ suite à une excitation de l’ion Tm3+. Nous avons montré que la matrice LiYF4 offre une meilleure efficacité de transfert en vue d’une émission autour de 2µm. Le fonctionnement laser de couches minces en configuration « disque mince » a été étudié. Une première démonstration d’un laser en disque mince LiYF4 : Tm émettant à 1.9 µm réalisé à partir d’une couche épitaxiée par LPE a été faite. En simple passge, une puissance de sortie de 306 mW et une efficacité laser de 36% en puissance absorbée sont atteintes pour une couche de 240 μm d'épaisseur.nous avons étudié un oscillateur laser en guide d’onde LiYF4 :Tm en géométrie planaire et linéaire. Ces guides sont caractérisés par de faibles pertes de propagation grâce à la qualité du procédé de fabrication. Une puissance maximale de 470 mW et un rendement de 14% en puissance incidente ont été obtenus. Une modélisation numérique de l’amplification optique montre que le guidage des faisceaux pompe et sonde permet d’atteindre des gains importants. Le modèle est ensuite adapté pour le régime de saturation afin de calculer le rendement d’extraction et de déterminer le potentiel des guides LiYF4 :Tm3+ en tant comme amplificateur autour de 1.9 µm / Since the 1970s, the development of power laser sources operating around 2 μm based on Thulium Tm3 + and / or Holmium Ho3 + doped crystals is an active field of research because of its multiple applications. The emission around 1.9 μm corresponds to a transition from the excited level 3F4 to the fundamental level 3H6 in a trivalent ion Tm3 +, whereas the emission at 2 μm and beyond corresponds to the transition between the level 5I7 and the fundamental level 5I8 of the Ho3 + ion. These laser transitions are today the subject of many applications in a wide variety of fields. We have studied the spectroscopic properties of rare earth doped fluoride crystals for emission around 2 μm. From the absorption spectra obtained, the Judd-Ofelt analysis made it possible to calculate the radiative lifetimes as well as the branching ratios in the Tm3 + and Ho3 + ions. In comparison with other crystals such as oxides, the lifetimes of the 3F4 (Tm3 +) and 5I7 (Ho3 +) levels in the fluoride crystals are longer, which favors pulse-mode laser operation. A study on fluorescence dynamics was carried out in order to characterize the emission around 1.9 μm of the Tm3 + ion and that around 2 μm of the Ho3 + ion. The emission spectra obtained have broad bands, fairly structured in the LiYF4 matrix and wider and less structured in the CaF2 matrix. In a second step, by measuring the lifetimes of the 3F4 emitter level for different Tm3 + ion concentrations, we calculated the transfer parameters. The results obtained showed that the process of cross relaxation is much more efficient in the CaF2 crystal than in LiYF4. We also calculated the transfer and inverse transfer coefficients between Tm3 + and Ho3 + ions following excitation of the Tm3 + ion. We have shown that the LiYF4 matrix offers a better transfer efficiency with a view to emission around 2 μm. The laser operation of thin layers in "thin disc" configuration has been studied. A first demonstration of a thin-film LiYF4: Tm laser emitting at 1.9 μm made from an epitaxial layer with LPE was made. In single passge, an output power of 306 mW and a laser efficiency of 36% in absorbed power are reached for a 240 μm thick layer. We have studied a laser oscillator in LiYF4: Tm waveguide in planar geometry. and linear. These guides are characterized by low propagation losses thanks to the quality of the manufacturing process. A maximum power of 470 mW and a yield of 14% in incident power were obtained. A numerical modeling of the optical amplification shows that the guidance of the pump and probe beams makes it possible to achieve significant gains. The model is then adapted for the saturation regime in order to calculate the extraction efficiency and to determine the potential of the LiYF4: Tm3 + guides as an amplifier around 1.9 μm

Cette thèse s’intéresse aux signatures spectroscopiques des nano-particules carbonées dans l’infrarouge proche et moyen dans les disques protoplanétaires. Ces signatures sont largement observées dans le milieu interstellaire et les galaxies et représentent ainsi un outil essentiel pour étudier les conditions physiques qui y règnent. Notamment, leur étude dans les environnements circumstellaires d’étoiles de type Herbig contribue à notre connaissance de la formation des systèmes planétaires et du cycle de la matière dans la Voie lactée. Même si la poussière ne représente qu’un faible pourcentage de la matière galactique, elle est essentielle dans la formation d’espèces chimiques complexes, le chauffage photo-électrique du gaz, la balance énergétique ou ladynamique des structures. Ainsi, elle participe directement à l’évolution des disques protoplanétaires.Ce travail s’appuie notamment sur les données d’observations spectroscopiques résolues spatialement obtenues avec l’instrument NaCo au VLT dans l’infrarouge proche entre 3 et 4 μm. Le modèle THEMIS fournit un cadre d’interprétation pour les observations en proposant un modèle physique de la poussière dans lequel les propriétés optiques sont calculées en considérant la composition, la structureet la taille de populations de grains. THEMIS propose un scénario d’évolution de celle-ci au travers des différentes phases du milieu interstellaire.Les résultats obtenus montrent que des particules carbonées sub-nanométriques ayant une forte aromaticité sont présentes de manière étendue et structuréeà la surface des disques protoplanétaires. Leur degré d’aromaticité augmente avec l’intensité du champ de rayonnement de l’étoile. De plus, l’observation de ces particules près de l’étoile suggère leur renouvellement continu. La odélisation de l’émission de la poussière dans les conditions des disques met enévidence les contributions des différentes populations selon la longueur d’onde et les conditions d’irradiation.Ce travail s’inscrit dans la préparation de la mission du James Webb Space Telescope qui permettra d’observer notamment les disques ptrotoplanétaires surune large gamme infrarouge (0.6-28 μm). Ce travail a également conduit à la production de deux articles, un publié et l’autre soumis dans la revue Astronomy & Astrophysics. / This thesis focuses on spectroscopic signatures of carbon nanoparticles in the near and mid-infrared in protoplanetary disks. These signatures are widely observed in the interstellar medium and galaxies and thus represent an essential tool for studying their physical conditions. In particular, their study in the circumstellar environments of Herbig stars contributes to our knowledge of the formation of planetary systems and the dust cycle in the MilkyWay. Even if dust represents only a small percentage of galactic matter, it is key to the formation of complex chemical species, photoelectric gas heating, energy balance or structural dynamics. Thus, it participates directly in the evolution of protoplanetary disks.This work is based in particular on spatially resolved spectroscopic observation data obtained with the NaCo instrument at the VLT in the near infrared between 3 and 4 μm. The THEMIS model provides an interpretative framework for observations by proposing a physical dust model in which optical properties are calculated by considering the composition, structure and size of grain populations. THEMIS proposes a scenario of its evolution through the different phasesof the interstellar medium.The results obtained show that carbon sub-nanoparticles with high aromaticity are present in a widespread and structured manner at the surface ofprotoplanetary disks. Their degree of aromaticity increases with the intensity of the stellar radiation field. Moreover, the observation of these particles close to the star suggests their continuous replenishment. Modelling the dust emission under disk conditions highlights the contributions of dust populations according to the wavelength and the radiation field.This work is related to the preparation of the James Webb Space Telescope mission which will allow to observe protoplanetary disks over a wide infrared range (0.6-28 μm) with a resolution of 0.1”. This work also led to the production of two articles, one published and the other submitted to the journal Astronomy & Astrophysics.