Simuler les réservoirs souterrains permet d’optimiser la production d’hydrocarbures. Les réservoirs naturellement ou hydrauliquement fracturés détiennent une part importante des réserves et exhibent un degré élevé d’hétérogénéité : les fractures, difficiles à détecter, impactent fortement la production via des réseaux préférentiels d’écoulement. Une modélisation précise de ces forts contrastes permettrait d’optimiser l’exploitation des ressources tout en maîtrisant mieux les risques environnementaux. L’enjeu est de prédire les processus d’écoulement multi échelles par un modèle simplement paramétrable. Une stratégie de simulations, qui améliore la fiabilité et les temps de calculs est mise au point dans cette thèse. Elle permet de simuler numériquement ou analytiquement la complexité d’un réservoir fracturé à grande échelle. Ces techniques dont l’intérêt est démontré sur un réservoir de roche mère trouvent des applications en géothermie ou dans la gestion des ressources en eau.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse porte sur deux sujets principaux: l'évaluation de la stabilité d'une horloge sur microcircuit utilisant des atomes piégés (Trapped Atom Clock on a Chip - TACC) et l'extension de cette technologie vers la réalisation d'un interféromètre atomique sur la même puce. Cette combinaison constitue la base pour la réalisation de capteurs inertiels intégrés pour la navigation. Des travaux antérieurs ont installé l'horloge et ont découvert, entre autres, des temps de cohérence très longs, qui permettent une interrogation Ramsey jusqu'à 5 s, une condition préalable pour le fonctionnement à grande stabilité. Je présente ici la première évaluation approfondie de la stabilité de l'horloge. Avec mon prédécesseur, nous avons démontré les fluctuations de fréquences relatives de 5.8 10-13 à 1 s intégrant jusqu'à 6 10-15 à 30000 s.La deuxième partie de cette thèse vise à étendre la polyvalence de notre puce atomique pour créer un interféromètre. J'ai étudié divers régimes d'interféromètres en utilisant des potentiels habillés par microondes. Le premier régime consiste à déplacer l'un des états d'horloge verticalement pendant une séquence d'horloge Ramsey. Ceci permet la mesure de gradients de potentiel en exploitant la différence de fréquences entre les deux états. Le second régime utilise des champs microondes pour générer un potentiel de double puits dans l'un des états d'horloge et un seul puits dans l'autre.À partir du seul puits, un pulse-π sur la transition d'horloge constitue la séparatrice de l'interféromètre et conduit une séparation spatiale tout en préservant le même état interne pour les deux bras de l'interféromètre. / This thesis covers two main subjects: the evaluation of the stability of a Trapped Atom Clock on a Chip (TACC) and the expansion of this technology towards creating an atom interferometer on the same chip. The combination of a clock and an interferometer on the same chip constitutes the basis for the realization of atom-based integrated inertial navigation units. Previous work installed the clock operation and discovered, among others, very long coherence times, which allow Ramsey interrogations of up to 5 s, a prerequisite for high stability operation. I present the first thorough evaluation of the clock stability. Together with my predecessor we have demonstrated relative frequency fluctuations of 5.8 10-13 at 1 s integrating down to 6 10-15 at 30,000 s. The second part of this thesis aims to expand the versatility of our atom chip to create an atom interferometer. I have studied various interferometer schemes using microwave dressed potentials and implemented these to the set-up. The first scheme, following work by P. Treutlein et al., involves displacing one of the clock states vertically during a Ramsey clock sequence thereby allowing the measurement of potential gradients by exploiting the differential frequency shift accumulated between the two states. Ramsey fringes where recorded for different durations of the splitting, resulting in a clear signal of the wavepacket separation. The second scheme uses microwave dressing to generate a double well potential in one of the clock states and a single well in the other. Starting in the single well, a π-pulse on the clock transition constitutes the beam splitter and leads to a spatial separation for the same internal state.

L'objet de cette thèse vise à montrer expérimentalement l'amplification dans le domaine terahertz d'échantillons à base de puits quantiques en nitrure de gallium (GaN), maintenus à basses températures (< 100 K), grâce au mécanisme physique de "résonance du temps de transit des phonons optiques". Po ur ce faire, un banc expérimental permettant de mesurer le spectre en transmission des échantillons dans différentes gammes de fréquences (0.220-0.325, 0.843-1.100 et 0.7-1.7 THz suivant la source utilisée), et sous différentes conditions (température, orientation, champ électrique appliqué) a été développé. Un deuxième banc, servant à mesurer les caractéristiques courant-tension en régime continu ou pulsé a également été réalisé en vue de l'étude électrique des composants à basses températures. Les résultats montrent l'existence d'un effet conséquent sur le spectre de transmission au fur et à mesure que le champ électrique appliqué augmente. / The objective of this thesis is to experimentally demonstrate the amplification in the terahertz frequency domain by quantum wells of gallium nitride (GaN), maintained at low temperatures (< 100 K), thanks to the so called "optical phonon transit time resonance" mechanism. To achieve that goal, an experimental setup have been developed to measure the transmission spectra of the samples under study in different frequency bands (0.220-0.325, 0.843-1.100, and 0.7-1.7 THz depending on the source), and under different experimental conditions (temperature, orientation, applied electric field). Besides this first setup, another bench have been developed to measure the DC and pulsed current-voltage characteristics at low temperatures. The results show a significant enhancement on the transmission spectra as the applied electric field is increased.

Aujourd’hui les interconnections optiques ont devancé les interconnections électriques à longue, moyenne et courte distance dans le domaine des télécommunications. La photonique silicium a connu un tel développement que même les interconnections inter et intra puces deviennent progressivement à dominante optique. En revanche, la multiplication des terminaux d’accès et l’augmentation constante du volume de données échangées imposent l’apparition de nouveaux composants avec une consommation énergétique encore plus faible. Dans ce contexte, les composants optoélectroniques à faible consommation à base des puits quantiques Ge/SiGe ont été développés. Jusqu’à présent l’utilisation des puits quantiques Ge/SiGe était seulement limitée aux modulateurs à électro-absorption Les travaux menés durant la première partie de ma thèse consistaient à étudier un nouveau type de région active à base de puits quantiques Ge/SiGe couplés. Ces études ont abouti à la démonstration d’un effet d’électro-réfraction géant dans ces structures. La région active basée sur les puits couplés donne lieu à une variation de l’indice de réfraction de 2.3×10-3 sous une tension de 1.5 V seulement. L’utilisation d’un tel effet pour la réalisation de modulateurs optiques intégrés a ensuite nécessité le développement des briques de base passives afin d’obtenir une structure interférométrique. Des virages compacts et des interféromètres de Mach Zehnder sont conçus, fabriqués et caractérisés avec succès. La sensibilité de ces structures à la polarisation est évaluée par simulation numérique et les structures insensibles à la polarisation sont conçues. Un modulateur à électroréfraction intégré est ensuite conçu et fabriqué, nécessitant la mise en place d’un nouveau procédé technologique. Les résultats de caractérisation préliminaires sont présentés. Les perspectives de ce travail sont la réalisation d’un modulateur efficace ayant une tension de commande inférieure à 2V.Le champ d’application des circuits photoniques ne se limite pas au secteur des télécommunications. L’approche basée sur l’optique intégrée est aussi très prometteuse pour l’identification et analyse des espèces chimiques environnantes. La région spectrale de moyen infrarouge est particulièrement adaptée à cet effet car les raies d’absorption spécifiques de nombreuses espèces chimiques y sont présentes. L’utilisation des circuits optiques sur substrat silicium permet de développer des systèmes spectroscopiques performants, compacts et à bas cout. La seconde partie de ma thèse était dédiée au développement de la plateforme photonique large-bande basée sur les guides d’ondes Si1-xGex riches en Ge. Les guides d’onde large bande fonctionnant entre 5.5 et 8.6 µm ont été démontrés expérimentalement ce qui a permis de concevoir des structures plus complexes telles que les MMI et les interféromètres de Mach Zehnder ultra large bande. Le même dispositif possède une bande passante théorique de 3.5 µm en polarisation TE et d’une octave en polarisation TM. Le fonctionnement a été démontré expérimentalement entre 5.5 et 8.6 µm et est seulement limité par la plage de longueurs d’ondes adressable par le laser. Ce travail ouvre les perspectives pour la future démonstration des systèmes spectroscopiques ultra-large bande sur la plateforme Si1-xGex riche en Ge. Une dernière partie de ce travail a été consacrée à l’étude de la génération de la seconde harmonique dans les puits quantiques Ge/SiGe pour les systèmes spectroscopiques dans le moyen infrarouge. Les premières structures sont conçues et fabriquées. / Today optical interconnects have overpassed wires on long, mid and short distances on the telecommunication field. Silicon photonics have known such a development that even inter and intra chip communications progressively become optical. However, the multiplication of data access terminals and the constant increase of data consumption force new components with even lower power consumption to appear. In this context, low power consumption components based on Ge/SiGe quantum wells have been developed. Until now, the use of Ge/SiGe quantum wells has been only limited to electroabsorption modulators. The first part of my thesis was dedicated to the study of a new kind of active region based on coupled Ge/SiGe quantum wells. This work led to the demonstration of giant electrorefractive effect in these structures. The active region based on coupled quantum wells gives a refractive index variation of 2.3×10-3 under a bias of only 1.5 V. The use of this effect for the development of integrated optical modulators needed the development of main building blocks to obtain interferometric structures. Compact bends and Mach Zehnder interferometers have been designed, fabricated and successfully characterized. The sensitivity to the polarization of these structures was evaluated with numerical simulations and polarization insensitive structures were designed. Then, an integrated electrorefractive modulator has been designed and fabricated which needed the development of a new technological process. The first charaterization results are presented. The perspectives of this work are the realization of an efficient modulator with switching voltage lower than 2V. The field of application of photonic integrated circuits is not only limited to the telecommunications. The approach based on integrated optics is also very promising for the identification and analysis of surrounding chemical species. Mid infrared spectral region is particularly suitable for this purpose as it contains specific absorption fingerprints of different chemical species. The use of photonic integrated circuits on silicon substrate allows to develop performant, compact and low cost spectroscopic systems. The second part of my thesis was focused on the development of wideband photonic platform based on Ge-rich Si1-xGex waveguides. Wideband waveguides between 5.5 and 8.5 µm were experimentally demonstrated which made possible the developpement of more complex structures such as MMIs or ultra-wideband Mach Zehnder interferometers. The same device has a theoretical bandwidth of 3.5 µm in TE polarization and of one octave in TM polarization. The operation was experimentally demonstrated between 5.5 and 8.6 µm and is only limited by laser spectral range. This work paves the way for future development of ultra-wideband spectroscopic systems on Ge-rich Si1-xGex platform. The last part of this work concerned second harmonic generation in Ge/SiGe quantum wells for mid infrared spectroscopic systems. First test devices have been designed and fabricated

Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude et au développement des hétérostructures semi-conductrices à base de GaN et ZnO. Ces matériaux sont particulièrement prometteurs pour le développement de composants optoélectroniques inter-sous-bandes infrarouges et notamment pour les dispositifs à cascade quantique. Ces semiconducteurs possèdent en effet plusieurs avantages pour la conception de dispositifs à cascade, tels qu’une grande discontinuité de potentiel en bande de conduction et une énergie du phonon LO très élevée. Ces propriétés se traduisent par la possibilité de développer des dispositifs couvrant une gamme spectrale allant du proche-infrarouge au térahertz et offrent la possibilité de réaliser des lasers à cascade quantique térahertz fonctionnant à température ambiante. / This manuscript focuses on the study and on the development of semiconductor heterostructures based on GaN and ZnO material. These materials are particularly promising for the development of infrared optoelectronic intersubband devices in particular for quantum cascade devices. These semiconductors own several advantages to design quantum cascade devices such as a large conduction band offset and a large energy of the LO phonon. These properties predict the possibility to develop devices covering a large spectral range from near-infrared to terahertz and offer the possibility to realize terahertz quantum cascade lasers operating at room temperature.

La septoriose (pathogène Zymoseptoria tritici) est la plus importante maladie foliaire des cultures de blé en Europe. Les méthodes de lutte comprennent la résistance variétale, les stratégies d’évitement de la maladie et le recours aux fongicides. Cependant, ces stratégies n’assurent pas une protection complète des cultures de blé. La tolérance à la septoriose est une approche complémentaire qui vise justement à maintenir le rendement en présence de symptômes. La tolérance à la septoriose dépend de traits physiologiques de la plante et d’équilibres source/puits : la demande des puits (croissance des grains) doit être satisfaite malgré une disponibilité réduite des sources (capacité photosynthétique réduite par les symptômes foliaires). La surface verte du couvert, la sénescence et les composantes du rendement sont des traits potentiels de tolérance intéressants qui ont été étudiés lors de ce projet. Une étude de datamining, une expérience en serre et deux expériences au champ ont été menées pour fournir des informations complémentaires sur les mécanismes de tolérance à la septoriose. Les effets des interactions génotype × environnement sur les traits de tolérance ont été étudiés pour deux saisons × cinq localisations × neuf cultivars. La nutrition azotée et le métabolisme de quatre lignées double-haploïdes (DH, contrastées du point de vue de leur tolérance à la septoriose) ont été examinés dans une expérience en conditions contrôlées à l'UMR ECOSYS (INRA, AgroParisTech Grignon, France). Les bilans source/puits de six lignées DH contrastant pour la tolérance ont également été examinés en fonction de leurs réponses à un traitement d'égrainage, appliqué dans une expérience au champ à Hereford (Royaume-Uni). Enfin, une expérience au champ avec deux stratégies fongicides (contrôle total des maladies / lutte contre les maladies non-ciblées) a permis d’étudier la tolérance à la septoriose de six cultivars modernes (Leicestershire, Royaume-Uni). L'objectif principal était de vérifier les traits potentiels de tolérance à la septoriose sur des cultivars actuellement commercialisés. Des traits potentiels de tolérance à la septoriose ont été identifiés tels que la date d’épiaison, le faible degré de limitation des puits par les sources lors de la phase de remplissage du grain des couverts sains, la distribution verticale des surfaces foliaires favorisant des feuilles supérieures relativement grandes. Les résultats ont montré que ces caractères pourraient être sélectionnables, sans compromis avec le rendement potentiel. Enfin, le projet a également discuté du besoin de méthodes alternatives de quantification de la tolérance du blé à la septoriose, ainsi que de l'importance des variations environnementales qui doivent être prises en compte pour étudier les variations génétiques de la tolérance, mais qui pourraient également être utilisées pour identifier des environnements tolérants. / The Septoria tritici blotch disease (STB, pathogen Zymoseptoria tritici) is the most damaging foliar infection of wheat crops in Europe. Disease management strategies include cultivar resistance, disease escape strategy and fungicides. However, these strategies have failed to provide a complete protection of wheat crops. The STB tolerance is a complementary approach which aims to maintain yield in the presence of the symptoms. The tolerance of STB relies on plant physiology and source/sink balance: the sink demand (the grain growth) must be satisfied in spite of reduced source availability (photosynthetic capacity as affected by the STB symptoms on the leaves). The green canopy area, the senescence timing and the grain yield components are interesting potential sources of tolerance that were studied in this project. A data-mining study, one glasshouse experiment and two field experiments were carried out providing complementary insights on STB tolerance mechanisms. The genotype × environment interaction effects on tolerance traits were investigated for two seasons × five locations × nine cultivars datasets. The nitrogen nutrition and metabolism of four doubled-haploid (DH) lines contrasting for STB tolerance were examined in a controlled-glasshouse experiment at UMR ECOSYS (INRA,AgroParisTech) Grignon, France. The source/sink balance of six DH lines contrasting for STB tolerance was also examined according to their responses to a spikelet removal treatment, applied in a field experiment in Hereford, UK. Finally, a field experiment with two fungicide regimes (full disease control and non-target (STB) disease control) probed the STB tolerance of six modern UK winter wheat cultivars in Leicestershire, UK. The main objective was to verify identified potential STB tolerance traits in commercial cultivars. Putative STB tolerance traits have been identified such as the early heading date, the low degree of grain-source limitation of healthy crops during the grain filling phase, the vertical canopy distribution favouring a relatively larger flag-leaf. Results showed these traits might be selectable in wheat breeding without a trade-off with the potential yield. Finally, the project also discussed the need for alternative STB tolerance quantification methods, as well as the importance of environmental variations which have to be taken into account to study genetic variation in tolerance, but which could also be used to discriminate tolerant environment.

Selections in Du Puits alfalfa (Medicago sativa L. ) were evaluated for saponin content. The data obtained from the Trichoderma bioassay were converted to saponin values by regressions and standard curves. It was necessary to adjust the concentration of alfalfa extract in the bioassay so that the saponin content in alfalfa was estimated in that portion of the curve showing a marked response to saponin. A different regression was established for each group of low and high saponin plants of Du Puits alfalfa. The standard curve prepared with extract of Du Puits alfalfa used on the basis of its saponin content or the commercial purified saponin could be utilized for estimating the saponin content in Du Puits alfalfa, because the results were comparable to the values determined by chemical analysis. Attention should be given to the concentration of extract used when converting the bioassays to actual saponin content, because certain concentrations gave values more similar to the chemical analysis than others. Two cycles of selection for low and high saponin content in Du Puits alfalfa were involved in the tests. The results indicated that the saponin content in low saponin plants was lower and that the saponin content in the high saponin plants was higher than in the unselected plants. They also showed that average saponin values in low and high saponin and the unselected plants were similar between the second and the third cuttings, but different from the first cutting

Des simulations numériques tridimensionnelles ont été réalisées pour évaluer les impacts de la migration de méthane en provenance de puits de production abandonnés dans des aquifères peu profonds. Les modèles conceptuels considérés impliquent la migration et la dissolution de méthane gazeux dans les eaux souterraines, la biodégradation du méthane (CH4) dissous dans des conditions anaérobies et aérobies et la production de sulfure (HS-). Les écoulements multiphases d’eau et de méthane et le transport réactif du méthane en milieu poreux sont simulés par les modèles numériques DuMux et BIONAPL/3D respectivement. Tout d’abord, l’impact de la migration de méthane dans un aquifère confiné peu profond en Alberta est évalué. Par la suite, un cas de contamination hypothétique d’un aquifère libre peu profond basé sur le site de Borden en Ontario est considéré. Dans le premier scénario, les simulations montrent que des taux d’oxydation du méthane compris entre 1×10-5 et 1×10-3 kg/m3/j associés à des débits de gaz de 2 à 20 m3/j appliqués pendant 2 ans à la base de l’aquifère permettent de reconstituer les concentrations en CH4 observées sur le terrain. Dans le cas le plus réactif, les concentrations en CH4 atteignent la limite de 10 mg/L après 5 ans alors qu’une concentration maximale en HS- de 142.5 mg/L est atteinte après 2 ans. Dans le second scénario, l’étendue du panache de méthane est beaucoup plus faible que dans le premier scénario et les taux d’oxydation élevés du méthane en conditions aérobie permettent une consommation rapide du CH4. La production de HS- est également moins importante. Les résultats obtenus suggèrent que l'aquifère libre considéré est moins vulnérable à la migration de méthane que le cas confiné. L’acquisition de connaissances sur les caractéristiques physicochimiques des aquifères est nécessaire pour appréhender les impacts de la migration de gaz dans les eaux souterraines.

La région de l’Outaouais (13760 km²), au Québec, connait une forte croissance démographique et les eaux souterraines sont davantage sollicitées. La perméabilité du socle rocheux, essentiellement cristallin, est contrôlée par des fractures entrecroisées et donc hétérogène. Pour identifier des zones-cibles de forage, nous avons confronté des données de capacité spécifique du Système d’Information Hydrogéologique du Québec, validés à l’aide d’essais de pompage réalisés par l’Université Laval, avec des caractéristiques du roc, parmi lesquelles la lithologie, l’épaisseur de roc exploitée par les puits et la présence de linéaments. Il apparait que la texture et la minéralogie des roches ont une influence sur le développement de fractures perméables. On constate aussi que ces fractures se raréfient en profondeur et qu’il n’est donc pas toujours opportun de forer des puits à des profondeurs importantes (&lt; 80 m). En revanche, aucune corrélation entre la présence de linéaments et le rendement des captage situés à proximité n’a pu être observée. / The Outaouais Region (13760 km²) is one of the most rapidly growing communities in Quebec, and where groundwater is increasingly being relied upon as a water supply. The permeability of the mostly crystalline bedrock is controlled by interconnected fractures and then heterogeneous. In order to identify target areas for installing new pumping wells, specific capacity data from the SIH database, which were validated using pumping tests carried out by Université Laval, were compared with rock characteristics including lithology, thickness of rock exploited by each well and proximity to lineaments. The texture and mineralogy of the rock seemed to have an important influence on the development of permeable fractures. We also found that the fracture density decreases with depth and therefore it is not always profitable to drill to deeper depths (&gt; 80 m) to try to increase productivity. In contrast, proximity to lineaments didn’t seem to have any impact on the productivity of wells.