Les données sismologiques enregistrées sur les îles océaniques offrent l'opportunité d'analyser la houle via sa signature dans le "bruit" microsismique. Nous avons d'abord analysé les sources de bruit « secondaires », qui sont générées par l'interaction entre des vagues de même période dans une tempête, un cyclone ou par le phénomène de réflexion des vagues sur la côte. L'analyse des « microséismes secondaires », à l'échelle du bassin océanique, permet d'assurer un suivi spatio-temporel de la source qui les génère, même si elle est distante de plusieurs milliers de km des stations sismiques d'enregistrement. À plus long terme, leur étude permet d'assurer un suivi climatique global de l'activité des vagues dans une région donnée. Nous avons également étudié les sources de bruit « primaires », qui sont générées par l'interaction directe de la houle avec la côte. L'analyse des « microséismes primaires » permet de caractériser la houle localement par son amplitude, sa période et sa direction de propagation. Il est alors possible d'utiliser un capteur sismique comme substitut d'un houlographe. Dans le contexte des îles Éparses et de La Réunion, nous avons étudié plusieurs épisodes de houles extrêmes qui les touchent fréquemment et qui peuvent avoir d'importantes répercutions sociales ou environnementales. Enfin, en utilisant un réseau temporaire de stations sismologiques à La Réunion, nous avons analysé les variations du niveau de bruit microsismique pour caractériser l'impact des houles extrêmes sur les différentes façades de l'île. Cette étude permet d'identifier les sites les plus exposés aux vagues qui présentent un intérêt pour la récupération de cette énergie renouvelable encore trop sous-exploitée. / Seismic data recorded on oceanic islands can be used to analyze the swell through its signature in the microseismic noise. We first analysed the "secondary" noise sources, which are generated by the interaction of ocean waves with similar period within a storm, a cyclone or by the reflection phenomena off the coast. By analyzing secondary microseisms at the scale of the oceanic basin, we first performed a spatio-temporal tracking of the source, even localized thousands km off the recording seismic stations. Secondly, in the long-term, they can be used to follow the global climate change related to the ocean waves activity in a specific region. We also studied the "primary" seismic noise sources, which are created by the direct interaction of ocean waves with the coast. By analyzing these primary microseisms, we succeeded to characterize ocean waves locally in terms of amplitude, period, and, sometimes, direction of propagation. This showed that it is possible to use a seismic station as an ocean waves gauge to get precious swell data, particularly in remote and poorly instrumented areas. In the context of the Iles Éparses and of La Réunion Island, we studied a few extreme swells, which occur there frequently and can have strong social and environmental consequences. Finally, by using a temporary network of seismic stations installed in La Reunion, we studied the spatial variations of the seismic noise level across the island to characterize the swell impact on the different coasts. This study enables us to identify the most exposed spots to the swell, which may be attractive for generating renewable energy with this powerful resource yet underexploited.

La diffusion Brillouin est la diffusion inélastique de la lumière par les ondes acoustiques d'un milieu. Dans une fibre optique, la diffusion Brillouin stimulée (DBS) se manifeste, à partir d'une certaine intensité lumineuse incidente (Pompe), par la génération d'une onde Stokes rétrodiffusée dont la fréquence est décalée de celle de la Pompe d'une valeur directement proportionnelle à la vitesse de propagation des ondes acoustiques. Le décalage Brillouin présente une grande sensibilité à tous les effets qui peuvent modifier la vitesse de l'onde acoustique. Cette propriété permet d'étudier la composition des fibres et confère à la DBS la potentialité pour la réalisation de capteurs à fibres optiques. Le processus de DBS s'accompagne aussi d'un gain pour l'onde Stokes rétrodiffusée, puisque presque toute la puissance de l'onde Pompe y est transférée. Il peut donc être utilisé pour la réalisation d'amplificateurs et de lasers à fibres optiques. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons étudié expérimentalement les propriétés statiques et dynamiques du laser à fibre Brillouin (LFB). Dépendamment du taux d'amortissement de l'onde acoustique et du taux de pertes de la cavité, le LFB peut être très cohérent et très peu bruité, favorisant ainsi son utilisation dans de multiples domaines comme la défense, la métrologie et les télécommunications. Lorsque la Pompe ne fait qu'un tour dans la cavité Brillouin, le LFB étudié présente un bruit de fréquence 10 000 fois plus faible que celui du laser de Pompe tout en gardant un bruit d'intensité similaire. Lorsque la Pompe est résonante, il est possible d'obtenir un LFB à multiples ondes Stokes en cascadant l'effet non-linéaire Brillouin dans la fibre optique. Limités par nos bancs de mesures, nous avons mesuré un bruit de fréquence 1 000 fois plus faible que celui de la Pompe et un bruit d'intensité plus de 100 fois plus faible. / Brillouin scattering is the inelastic scattering of light by the acoustic waves of a medium. In an optical fiber, stimulated Brillouin scattering occurs, from a certain incident light intensity (pump), for generating a backscattered "Stokes" wave, whose frequency is shifted from that of the pump by a value directly proportional to the acoustic wave propagation velocity in the fiber. The Brillouin shift has a high sensitivity to all effects that can change the speed of the acoustic wave. This property makes it possible to study the composition of the fibers and gives to the SBS the potential for the production of optical fiber sensors. The SBS process is also accompanied by a gain for the backscattered Stokes wave since almost all the power of the Pump wave is transferred there. It can, therefore, be used for the production of optical fiber amplifiers and lasers. As part of this thesis work, we experimentally studied static and dynamic properties of the Brillouin fiber lasers (BFLs). Depending on the damping rate of the acoustic wave and the loss rate of the cavity, the BFL can be very coherent and less noisy, thus promoting its use in multiple fields such as defense, metrology, and telecommunications. When the Pump makes only one turn in the Brillouin cavity, the studied BFL has a frequency noise 10,000 times lower than that of the Pump laser while keeping a similar intensity noise. When the Pump is resonant, it is possible to obtain a BFL with multiple Stokes waves by cascading the Brillouin non-linear effect in the optical fiber. Restricted by our measurement benches, we measured a frequency noise 1000 times lower than that of the Pump and an intensity noise more than 100 times lower.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la faisabilité d'un capteur d'ondes acoustiques à base de laser à fibre. Cet hydrophone doit permettre la détection de faibles fluctuations de pression hydrostatique rencontrées à des grandes profondeurs marines. Sous l'influence d'une perturbation acoustique le laser est étiré; ce qui change le pas du réseau de Bragg et ainsi sa fréquence d'émission. L'information est donc codée dans la fréquence de la lumière émise. Le bruit de fréquence intrinsèque du laser doit alors être le plus bas possible d'où l'importance de pouvoir le mesurer dans la bande de fréquence [DC-20kHz]. Ainsi, nous effectuons une étude approfondie des propriétés physiques de l'émission laser en terme de cohérence temporelle. La sensibilité d'un laser à fibre à la pression acoustique est insuffisante. Il est primordial de concevoir un amplificateur mécanique qui permettra d'augmenter le rapport signal sur bruit du capteur. / This thesis focuses on the study of the feasibility of an acoustic wave sensor based on fiber laser. This hydrophone should allow the detection of low hydrostatic pressure fluctuations encountered in deep marine. Under the influence of an acoustic disturbance is stretched the laser; thereby changing the pitch of the Bragg grating and thus its transmission frequency. The information is coded in the frequency of the emitted light. The intrinsic frequency noise of the laser must be as low as possible so it is important to be able to measure in the frequency band of $[DC-20KHz]$. Thus we conduct a thorough study of the physical properties of the laser emission in terms of temporal coherence.The sensitivity of a fiber laser acoustic pressure is insufficient. It is essential to design a mechanical amplifier for to increase the signal to noise ratio of the sensor.

Ce travail de thèse porte sur la conception, la réalisation et l'étude de sources laser à semi-conducteur de haute cohérence, émettant à 894 nm, pour application aux horloges atomiques Césium compactes pompées optiquement, dans un contexte de développement industriel. Nous nous intéressons plus particulièrement aux lasers à émission par la tranche, dits "Distributed-Feedback" (DFB), pompés électriquement. L'objectif est d'obtenir un laser monomode en fréquence, à faible seuil, à rendement optique élevé et de largeur de raie inférieure à 1 MHz. Nous traitons d'abord de la conception et de la caractérisation au 1er ordre des diodes DFB, jusqu'à leur mise en modules pour horloge, puis nous effectuons une étude approfondie des propriétés physiques de l'émission laser en terme de cohérence temporelle, en introduisant une nouvelle méthode universelle de caractérisation du bruit de fréquence optique. Enfin, nous nous intéressons aux propriétés spectrales de l'émission en configuration d'asservissement sur une raie de fluorescence du Césium ("Dither-Locking"). Nous montrons que les propriétés intrinsèques du composant satisfont aux exigences du système industriel tel qu'il a été défini lors de l'étude. / This PhD work deals with the design, the fabrication and the study of high-coherence semiconductor laser sources emitting at 894 nm, for application to compact, optically-pumped cesium atomic clocks in an industrial context. We are particularly interested in the electrically pumped "Distributed-Feedback" in-plane laser diodes (DFB). The aim is to obtain a low-threshold, single-mode laser with high optical efficiency and a linewidth of less than 1 MHz. We first deal with the design and first-order characterization of the DFB diodes until they are put into modules for the clock. We then carry out an in-depth study of the physical properties of the laser emission in terms of coherence time. For that purpose, a new universal method for characterizing the optical frequency noise is introduced. Finally, we look further into the spectral properties of the emission in a servo configuration on a fluorescence line of the cesium ("Dither-Locking"). We show that the intrinsic properties of the component satisfy the requirements of the industrial system as defined in the study.

Ce travail vise à améliorer la compréhension des signaux sismiques dérivés des fonctions de corrélation inter-récepteur du bruit sismique, ce qui est critique pour une imagerie fiable de la Terre profonde basée sur le bruit. La thèse comprend sept chapitres. Le chapitre 1 introduit les connaissances de base sur le bruit sismique, de la terminologie à ses origines diverses. Le chapitre 2 fournit une vue d'ensemble de la littérature sur l'historique et le développement de la méthode récente de corrélation de bruit, et passe en revue diverses techniques pour le prétraitement des données de bruit sismique et le post-traitement des fonctions de corrélation de bruit. Des méthodes de traitement du bruit basées sur les statistiques et un schéma modifié pour calculer la fonction de corrélation sont développés dans ce chapitre. Le chapitre 3 propose plusieurs techniques basées sur la transformée de Radon pour mesurer les lenteurs des champs d'ondes corrélés et analyser en termes de phases sismiques les signaux dérivés du bruit. Le chapitre 4 montre que les ondes de volume sondant la Terre profonde peuvent être extraites des corrélations de bruit à des distances télésismiques, avec des enregistrements de bruit provenant de deux réseaux sismiques régionaux. Le chapitre 5 applique les techniques proposées au chapitre 3 aux corrélations de bruit entre deux réseaux calculées au chapitre 4, et permet de comprendre l’origine de la phase précoce non-physique observée dans les données. Le chapitre 6 discute des conditions dans lesquelles apparaissent des phases sans correspondance dans la réponse physique de la Terre qui peuvent fausser les analyses des structures profondes basées sur le bruit.. Le dernier chapitre fournit un résumé sur les contributions de cette thèse et une perspective de plusieurs travaux soit en cours soit envisagés pour le futur. / This work aims toward an improved understanding of the seismic signals derived from the inter-receiver correlation functions of seismic noise, which is valuable and critical for a reliable noise-based deep Earth imaging. The thesis consists of seven chapters. Chapter 1 introduces background knowledge on seismic noise, from its classifications to various origins. Chapter 2 provides a literature overview on the history and development of the emerging noise correlation method, and reviews various techniques for the pre-processing of seismic noise data and post-processing of noise correlation functions. Statistics-based noise processing methods and a modified scheme for computing correlation function are developed in this chapter. Chapter 3 proposes several Radon-based techniques to analyze the slownesses of correlated wavefields and to unveil the origin of noise-derived seismic signals. Chapter 4 shows that body waves penetrating into deep Earth can be extracted from noise correlations at teleseismic distances, with noise records from two regional seismic networks. Chapter 5 applies the techniques proposed in chapter 3 to the double-array nose correlations computed in chapter 4, and accordingly reveals the origin of an early spurious phase observed in chapter 4. Chapter 6 discusses several situations that bring ambiguities into the noise-derived seismic signals and can potentially bias the noise-based imaging of subsurface structure. The last chapter provides a summarization over the contributions of this thesis and an outlook of several ongoing and prospected works.

L'électrodynamique quantique en cavité et en circuit étudie l'interaction lumière-matière à son stade le plus fondamental, dans lequel un atome unique, qu'il soit naturel ou artificiel, interagit avec un seul mode du champ électromagnétique. Dans ce système, le confinement du champ augmente l'intensité de l'interaction jusqu'à permettre d'observer l'échange cohérent de quanta entre lumière et matière [1, 2, 3]. Récemment, des expériences réalisées à l'aide de qubits supraconducteurs ont démontré des couplages record caractéristiques d'un nouveau régime, dit ultra-fort, dans lequel l'état fondamental n'est plus le vide, mais un état fortement intriqué entre l'atome et le champ [4, 5]. Malgré cet accroissement gigantesque du couplage lumière-matière, ce dernier est le plus souvent négligé lorsqu'on considère l'interaction de ce système avec son environnement. En effet, la plupart des travaux théoriques publiés récemment décrivent la dynamique dissipative du système atome-cavité en se basant sur l'équation maîtresse de l'optique quantique, un modèle valide seulement dans le cas de l'atome ou du résonateur séparés [6, 7, 8, 9]. Dans ce travail, on démontre qu'employer l'équation maîtresse de l'optique quantique en couplage ultra-fort mène des prédictions qui violent la conservation de l'énergie. Pour pallier ce problème, on établit un modèle de la dissipation qui inclut le couplage atome-champ. On montre en particulier que des fluctuations aléatoires dans la fréquence de l'atome artificiel peuvent générer des excitations dans le système des fréquences précises. On indique aussi que des oscillations cohérentes à ces fréquences dans l'espacement des niveaux de l'atome pourraient être utiles pour accélérer le contrôle cohérent du système quantique. Notre modèle prédit finalement une asymétrie dans les raies de spectroscopie du système atome-cavité qui pourrait être exploitée pour sonder la densité spectrale de bruit de l'environnement des fréquences jusqu'à ce jour inexplorées.

Résumé : Ce mémoire rapporte les premières mesures de fluctuations de courant émises par une jonction tunnel sur une large bande passante, de 0.3 à 13 GHz, à une température très basse de 35 mK. Cela nous a permis de réaliser la spectroscopie (i.e. mesurer la dépendance en fréquence) du bruit thermique (tension de polarisation nulle, température variable), bruit de grenaille (basse température, tension de biais variable) et bruit photo-assisté (tension de polarisation AC). Grâce à la large bande passante de nos mesures, nous pouvons calculer le corrélateur courant-courant dans le domaine temporel. Nous observons le déclin thermique de ce corrélateur ainsi que ses oscillations de période h/eV, une conséquence directe du principe de Pauli sur le transport quantique. // Abstract : This thesis reports the first measurements of the current fluctuations emitted by a tunnel junction with a very wide bandwidth, from 0.3 to 13 GHz, down to very low temperature T=35 mK. This allowed us to perform the spectroscopy (i.e., measure the frequency dependence) of thermal noise (no dc bias, variable temperature), shot noise (low temperature, variable dc voltage bias) and photon-assisted noise (ac bias). Thanks to the very wide bandwidth of our measurement, we can deduce the current-current correlator in time domain. We observe the thermal decay of this correlator as well as its oscillations with a period h/eV, a direct consequence of the effect of the Pauli principle in quantum transport.

La constante miniaturisation des dispositifs électroniques rend essentiel le contrôle et la compréhension des fluctuations dans le courant les traversant, c'est-à-dire du bruit électronique. Étudié depuis près de 90 ans, ce phénomène omniprésent se trouve limité par les lois de la mécanique quantique à une valeur minimale, la limite de bruit quantique. Quantifier ces fluctuations pose plusieurs problèmes expérimentaux. Principalement, toute mesure électronique est basée sur le passage d'un grand nombre d'électrons dont le comportement est presque aléatoire. Faire ressortir les mécanismes sous-jacents à l'émission du bruit requiert donc une étude statistique poussée de la distribution de probabilité du passage d'électrons, passant entre autres par la mesure du quatrième cumulant de cette distribution. Cet indicateur de l'écart entre les valeurs observées et les valeurs attendues pour un phénomène aléatoire n'était accessible jusqu'à maintenant qu'en comptant un à un les passages d'électrons, ce qui n'est réalisable que pour des dispositifs spécifiques. D'un autre point de vue, diminuer le niveau de bruit sous la limite quantique est un but fort souhaitable pour le développement de technologies électroniques de pointe. Un phénomène du nom de compression d'états démontre la possibilité de connaître une partie des informations disponibles avec une précision supérieure à la limite quantique au dépit de l'autre partie, qui sera noyée dans un bruit plus grand pour respecter cette limite. L'observation de la compression d'états nécessite donc d'atteindre le niveau de bruit minimal et d'enregistrer avec précision les niveaux de bruit de chaque paramètre observé. De surcroît, le domaine de la cryptographie serait fort d'utiliser un outil constitué de deux objets liés entre eux d'une façon non-classique. Ainsi, lire la valeur d'un paramètre A sur un objet limite les valeurs accessibles par le paramètre B du deuxième et vice-versa, ce qui permet de savoir si l'objet a été observé par un troisième observateur. La situation décrite en est une d'enchevêtrement, où la mécanique classique ne peut pas expliquer le lien entre les deux objets étudiés. Une telle manifestation n'est observable que sur des paires d'objets créés simultanément. La préparation identique de plusieurs paires permet une étude statistique des informations de chaque objet et toute corrélation entre eux ne pouvant s'expliquer par la mécanique classique, telle que la compression d'états à deux modes, est indicatrice d'enchevêtrement. Ce texte propose de sonder ces quantités en étudiant un dispositif dont le bruit de grenaille est simple à modéliser, la jonction tunnel. Lorsqu'elle est éloignée de son état d'équilibre par des tensions cc et ca, le courant qu'émet une jonction tunnel présente des fluctuations sur un spectre continu de fréquences. Cette thèse vise à démontrer que l'étude des corrélations entre les fluctuations présentes à deux fréquences distinctes permet la mesure du quatrième cumulant de la distribution statistique du bruit de grenaille. Cet ouvrage a aussi pour but d'utiliser divers outils développés dans le domaine de l'optique quantique afin de démontrer l'existence de compression d'états à deux modes dans ces fluctuations, démontrant ainsi la présence d'états enchevêtrés dans le bruit généré.

Développé par le Centre d'imagerie moléculaire de Sherbrooke (CIMS) et le Groupe de recherche en appareillage médical de Sherbrooke (GRAMS), le LabPET[indice supérieur TM] est un scanner TEP numérique dédié à des applications précliniques sur les petits animaux. C'est le premier scanner TEP commercial à utiliser des photodiodes à avalanche dans son module de détection. Aujourd'hui plusieurs travaux de recherche sont menés afin de réaliser la prochaine génération de ce scanner qui permettra de fusionner efficacement les deux modalités TEP et TDM dans une même chaîne matérielle électronique et aussi d'offrir une résolution spatiale submillimétrique en mode TEP. Pour ce faire, un nouveau module de détection, le module LabPET[indice supérieur TM] II, a été développé en partenariat avec PerkinElmer inc. afin d'atteindre ces performances. Il est constitué d'une matrice de 64 pixels de photodiodes à avalanche de 1,2 x 1,2 mm[indice supérieur 2] ayant une surface active de 1,1 x 1,1 mm[indice supérieur 2]. Les travaux de ce mémoire s'insèrent dans cet objectif ambitieux et s'attardent plus spécifiquement au nouveau préamplificateur de charge conçu pour optimiser le rapport signal sur bruit de la chaîne électronique, en accord avec les caractéristiques du nouveau module de détection LabPET[indice supérieur TM] II. L'optimisation du premier étage de la chaîne électronique de détection est directement liée aux caractéristiques du détecteur et également à la capacité équivalente rapportée à l'entrée. Le dimensionnement et les simulations du préamplificateur à l'aide des outils Cadence et Mathcad envisagent un gain de 1,73 mV/fC, un temps de montée intrinsèque de 6,5 ns et une charge équivalente de bruit en entrée de 370 é-rms + 25 é-rms/pF pour un filtre semi-Gaussien d'ordre 3 avec un temps de mise en forme optimal de 50 ns. Le temps de mise en forme se définit ici comme le temps que met le signal pour atteindre sa valeur maximale. Le circuit conçu a été fabriqué avec la technologie CMOSP18 de la compagnie Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) puis testé pour valider les performances simulées. Le préamplificateur de charge bien que fonctionnel présente quelques déviations par rapport aux résultats simulés, notamment au niveau des figures de bruit et du minimum de bruit ENC qui s'élève à 494 é-rms + 32 é-rms/pF. Malgré tout, ces résultats préliminaires laissent entrevoir de belles perspectives pour la prochaine chaîne électronique frontale de ce qui sera demain, le premier scanner à bimodalité TEP/TDM totalement intégrée dans une même chaîne électronique.

The main objective of this research project is to study the feasibility and effectiveness of active structural control of car's suspension. These structural vibrations are transmitted to the chassis and radiate noise, called road noise, inside the cabin of a car. This project should lead to a reduction of the level of noise inside the vehicle. This project is accomplished in collaboration with research group AUTO 21, GM Canada and Acoustics Group of Université de Sherbrooke (GAUS). Firstly, experimental measurements of primary vibroacoustic transfer functions have been performed on a vehicle stationed. The disturbance is provided by a shaker mounted on the axis of the wheel and the measurement is taken by microphones inside the cabin. Suspension and cabin modal frequencies have been identified in the frequency band [0-500] Hz. Then, experimental measurements of secondary vibroacoustic transfer functions have been performed on the vehicle. The secondary disturbance is provided by an inertial actuator mounted at different positions and different orientations on the suspension and the measurement is taken by microphones inside the cabin. Using optimal control, an estimated value of radiated noise reduction inside the cabin has been found for different actuator configurations. Finally, Singular Value Decomposition (SVD) has been tested with experimental data in order to find an actuator configuration able to reduce radiated noise inside the cabin for minimum effort and/or minimum number of control actuators.