L’imagerie optique à travers des milieux diffusants, comme des milieux biologiques ou de la peinture blanche, reste un challenge car l’information spatiale portée par la lumière incidente est mélangée par les évènements multiples de diffusion. Toutefois, les modulateurs spatiaux de lumière (SLM) disposent de millions de degrés de liberté pour contrôler le profil spatial de la lumière en sortie du milieu, en forme de tavelure (speckle), avec des techniques de modulation du front d’onde. Cependant, si le laser génère une impulsion brève, le signal transmis s’allonge temporellement, car le milieu diffusant répond différemment pour les diverses composantes spectrales de l’impulsion. Nous avons développé, au cours de cette thèse, des méthodes de contrôle du profil spatiotemporel d’une impulsion brève transmise à travers un milieu diffusant. En mesurant la Matrice de Transmission Multi-Spectrale ou Résolue-Temporellement, la propagation de l’impulsion peut être totalement décrite dans le domaine spectral ou temporel. Avec des techniques de manipulation du front d’onde, les degrés de libertés spectraux/temporel peuvent être ajustés avec un unique SLM via la diversité spectrale du milieu diffusant. Nous avons démontré, de manière déterministe, la focalisation spatio-temporelle d’une impulsion brève après propagation dans un milieu diffusant, avec une compression temporelle proche de la durée initiale de l’impulsion, à différentes positions de l’espace-temps. Nous avons également démontré un façonnage contrôlé du profil temporel de l’impulsion, notamment avec la génération d’impulsions doubles. Nous exploitons cette focalisation spatio-temporelle pour exciter un processus optique non-linéaire, la fluorescence à deux photons. Cette approche ouvre des perspectives intéressantes pour le contrôle cohérent, l’étude de l’interaction lumière-matière ainsi que l’imagerie multi-photonique. / Optical imaging through highly disordered media such as biological tissue or white paint remains a challenge as spatial information gets mixed because of multiple scattering. Nonetheless, spatial light modulators (SLM) offer millions of degrees of freedom to control the spatial speckle pattern at the output of a disordered medium with wavefront shaping techniques. However, if the laser generates a broadband ultrashort pulse, the transmitted signal becomes temporally broadened as the medium responds disparately for the different spectral components of the pulse. We have developed methods to control the spatio-temporal profile of the pulse at the output of a thick scattering medium. By measuring either the Multispectral or the Time- Resolved Transmission Matrix, we can fully describe the propagation of the broadband pulse either in the spectral or temporal domain. With wavefront shaping techniques, one can control both spatial and spectral/temporal degrees of freedom with a single SLM via the spectral diversity of the scattering medium. We have demonstrated deterministic spatio-temporal focusing of an ultrashort pulse of light after the medium, with a temporal compression almost to its initial time-width in different space-time position, as well as different temporal profile such as double pulses. We exploit this spatio-temporal focusing beam to enhance a non-linear process that is two-photon excitation. It opens interesting perspectives in coherent control, light-matter interactions and multiphotonic imaging.

La plupart des systèmes d'apprentissage interactifs actuels s'appuient sur des protocoles prédéfinis qui peuvent être contraignants pour l'utilisateur. Cette thèse aborde le problème de l'interprétation des instructions, afin de relâcher la contrainte de prédéterminer leurs significations. Nous proposons un système permettant à un humain de guider l'apprentissage d'un robot, à travers des instructions non labellisées. Notre approche consiste à ancrer la signification des signaux instructifs dans le processus d'apprentissage de la tâche et à les utiliser simultanément pour guider l'apprentissage. Cette approche offre plus de liberté à l'humain dans le choix des signaux qu'il peut utiliser, et permet de réduire les efforts d'ingénierie en supprimant la nécessité d'encoder la signification de chaque signal instructif.Nous implémentons notre système sous la forme d'une architecture modulaire, appelée TICS, qui permet de combiner différentes sources d'information: une fonction de récompense, du feedback évaluatif et des instructions non labellisées. Cela offre une plus grande souplesse dans l'apprentissage, en permettant à l'utilisateur de choisir entre différents modes d'apprentissage. Nous proposons plusieurs méthodes pour interpréter les instructions, et une nouvelle méthode pour combiner les feedbacks évaluatifs avec une fonction de récompense prédéfinie.Nous évaluons notre système à travers une série d'expériences, réalisées à la fois en simulation et avec de vrais robots. Les résultats expérimentaux démontrent l'efficacité de notre système pour accélérer le processus d'apprentissage et pour réduire le nombre d'interactions avec l'utilisateur. / Most of current interactive learning systems rely on predefined protocols that constrain the interaction with the user. Relaxing the constraints of interaction protocols can therefore improve the usability of these systems.This thesis tackles the question of interpreting human instructions, in order to relax the constraints about predetermining their meanings. We propose a framework that enables a human teacher to shape a robot behaviour, by interactively providing it with unlabeled instructions. Our approach consists in grounding the meaning of instruction signals in the task learning process, and using them simultaneously for guiding the latter. This approach has a two-fold advantage. First, it provides more freedom to the teacher in choosing his preferred signals. Second, it reduces the required engineering efforts, by removing the necessity to encode the meaning of each instruction signal. We implement our framework as a modular architecture, named TICS, that offers the possibility to combine different information sources: a predefined reward function, evaluative feedback and unlabeled instructions. This allows for more flexibility in the teaching process, by enabling the teacher to switch between different learning modes. Particularly, we propose several methods for interpreting instructions, and a new method for combining evaluative feedback with a predefined reward function. We evaluate our framework through a series of experiments, performed both in simulation and with real robots. The experimental results demonstrate the effectiveness of our framework in accelerating the task learning process, and in reducing the number of required interactions with the teacher.

La spectroscopie non-linéaire femtoseconde cohérente multidimensionnelle est une technique optique analogue à la résonance magnétique nucléaire multidimensionnelle. Ce travail présente la première démonstration de spectroscopie bidimensionnelle visible (800 nm)- infrarouge (10µm) par transformée de Fourier. Cette technique permet de cartographier l'émission infrarouge d'un échantillon suivant deux dimensions spectrales : l'une dans l'infrarouge moyen, l'autre dans le domaine visible des transitions électroniques. La carte obtenue permet de corréler des spectres infrarouges et des spectres Raman vibrationnels au niveau microscopique et au plus bas ordre de non-linéarité. Cette technique est particulièrement adaptée à l'étude de molécules ou de nanostructures semiconductrices. Notre implémentation de spectroscopie bidimensionnelle visible-infrarouge a conduit à la mesure de la réponse non-linéaire du deuxième ordre pour un processus de différence de fréquences dans un cristal à l'accord de phase. Une telle mesure de la réponse effective du deuxième ordre Xi(2)(−omega2,omega3) d'un émetteur non-centrosymétrique a été effectuée par la mesure cohérente du champ infrarouge (15-40 THz) émis suite à l'excitation de l'échantillon noncentrosymétrique par une séquence de deux impulsions visibles (340-400 THz) de 16 fs parfaitement verrouillées en phase. Par ailleurs, la mesure de la dépendance spectrale complète de la réponse non-linéaire d'un échantillon plus complexe à puits quantiques asymétriques nous a permis d'observer la construction d'une règle de somme quantique sur les états de valence. Le verrouillage de phase des impulsions excitatrices a été également mis à profit pour réaliser la mise en forme indirecte d'impulsions infrarouges sur une bande spectrale inédite. Cette démonstration a été obtenue par redressement optique du battement entre deux impulsions visibles à dérive de fréquence décalées temporellement. Les développements expérimentaux détaillés dans ce travail (montage portatif Chideuportatif', contrôle tout numérique des délais et verrouillages de phase, détection auto-référencée, cales piézoélectriques longue course substituées au moteur pas-à-pas) sont cruciaux pour nos expériences où les transformées de Fourier imposent un très bon contrôle des axes temporels. Ces développements sont applicables à toutes les expériences de spectroscopie multidimensionnelle par transformée de Fourier et à de nombreuses expériences de spectroscopie optique utilisant des séquences d'impulsions pour l'excitation d'un échantillon ou la détection du champ signal.

Variabilité et signification des productions lithiques au Paléolithique moyen ancien. L’exemple de trois gisements de plein-air du Bergeracois (Dordogne, France).Dès le début de l’Avant-dernier Interglaciaire, les industries lithiques témoignent d’un foisonnement des conceptions, méthodes et techniques de production : débitages Levallois, Discoïde ou SSDA, débitages laminaires, débitage sur enclume, et façonnage de pièces individualisées ou selon des techno-types. Cette diversité des conceptions de production lithique s’affirme parfois au sein des ensembles archéologiques avec la coexistence de chaînes opératoires de débitage et de façonnage bien différenciées ; une conception de production combinée associant débitage et façonnage sur les mêmes matrices a en particulier été décrite dans plusieurs assemblages. Ce travail aborde la problématique de la variabilité inter et intra-site et de sa signification comportementale par le biais de l’analyse techno-économique des industries et de la démarche expérimentale. Pour neuf ensembles lithiques issus de trois gisements du Bergeracois, Cantalouette 1, Combre Brune 2 et Combe Brune 3, chacune des méthodes de production est traitée en évaluant quantitativement toutes les phases opératoires présentes depuis l’approvisionnement en matière première lithique jusqu’à l’utilisation des produits. L’expérimentation s’inscrit dans cette démarche par l’apport de référentiels spécifiques destinés à être comparés aux ensembles lithiques afin de mieux estimer leur représentativité techno-économique.L’objectif est in fine de proposer des modèles cohérents de fonctionnement des occupations humaines au début du Paléolithique moyen en regard de leur implantation et complémentarité potentielle au sein d’un même territoire de subsistance habité et parcouru. Les natures respectives des occupations dont témoignent les trois sites de l’étude sont ainsi modélisées et comparées aux statuts d’autres sites localisés en Dordogne et dans d’autres régions. / Variability and significance of lithic productions in the Early Middle Paleolithic. An analysis of three open-air sites in the Bergeracois region (Dordogne, France).From the beginning of the second to last interglacial period (Eemian), lithic industries show a proliferation of production conceptions, methods and techniques: Levallois, Discoid and SSDA debitage, laminar debitage, anvil debitage, and the shaping of pieces that were unique or adhered to a techno-type. This diversity of lithic production conceptions sometimes appears in archaeological assemblages in which distinct flaking and shaping chaînes opératoires coexist; for example, a combined production conception associating flaking and shaping on the same matrix (raw material volume) has been observed in several assemblages.This work addresses the question of inter- and intra site variability and its behavioral significance through a techno-economic analysis of lithic industries and an experimental procedure. For nine lithic assemblages from three sites in the Bergeracois region, Cantalouette 1, Combre Brune 2 and Combe Brune 3, each of the production methods was analyzed based on a quantitative evaluation of all the operational phases present from the procurement of lithic raw materials to the use of the products. The role of experimentation in this procedure is to create specific reference bases that can be compared with the lithic assemblages in order to obtain a better estimation of their techno-economic representivity.The ultimate objective of this research is to propose coherent models of the functioning of human occupations at the beginning of the Middle Paleolithic in relation to their locations and potential complementarity within and across a single subsistence territory. The respective occupation types illustrated by the three sites studied are thus modeled and compared to other sites in the Dordogne and other regions.