Ce mémoire présente des travaux portant sur le développement de trois sources lasers pompées longitudinalement par diodes laser et déclenchées activement par modulateur électro-optique pour deux applications spécifiques : la LIBS et le marquage par laser. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec deux sociétés : Bertin Technologies et SDAE.Le premier chapitre de ce manuscrit présente le développement d’une nouvelle source laser compacte, réalisée pour la société Bertin Technologies dans le cadre d’un projet de tri de matériaux plastiques par analyse spectroscopique de plasma induit par laser (LIBS). Cette technique d’analyse ponctuelle ainsi que le contexte spécifique du projet sont détaillés dans la première partie de ce chapitre. Ensuite, les différentes étapes de recherche et de développement qui ont permis d’aboutir à cette nouvelle source laser innovante, compacte et de hautes performances seront décrites en détail. Le second chapitre présente le développement de deux sources lasers pour le marquage industriel réalisées en partenariat avec la société SDAE. Après avoir présenté les principes et techniques généraux de l’application marquage ainsi que les contraintes spécifiques au projet, les deux sources lasers développées seront décrites. Des tests de LIBS et de marquage ont été réalisés grâce aux lasers développés / This thesis deals with the development of three lasers end-pumped by laser diode and actively Q-Switched by electro-optic Pockels cells for two specific applications: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and marking. This work was done in collaboration with two companies: Bertin Technologies and SDAE.In the first part, we present the development of a new compact laser source, made for Bertin Technologies as part of sorting of plastics waste by LIBS. This analysis technique and the specific context of the project will be detailed in the first part of this chapter. Then, the different steps of research and development which have resulted in this innovative, compact and high performance new laser are described in detail. The second part is devoted to the development of lasers for industrial marking accomplished in partnership with SDAE. More precisely, the general principles and techniques of laser marking are described as well as the specific constraints of this project. LIBS and laser marking tests will be done with these lasers

Ces travaux de thèse portent sur l’étude de différents phénomènes non-linéaires ayantlieu dans le domaine térahertz (THz) au sein de cristaux de structure zinc-blende.En premier lieu, nous avons mis en place au laboratoire deux sources de rayonnementTHz intense, aux caractéristiques temporelles et spectrales bien distinctes. La premièrerepose sur le redressement optique d’une impulsion laser de durée femtoseconde dansun cristal de niobate de lithium, et la seconde est, quant à elle, basée sur la créationd’un plasma par focalisation d’un champ optique compos´e de l’impulsion fondamentalede pompe et de son second harmonique. Ces deux sources permettent de générer desondes THz dont l’amplitude est bien adaptée à la mise en oeuvre d’expériences d’optiquenon-linéaire.Nous avons ensuite caractérisé le comportement non-linéaire de cristaux de structurezinc-blende soumis à des champs THz intenses. Nous nous sommes ainsi intéressés àl’effet Pockels lors de l’interaction d’une impulsion THz intense et d’un champ optiquede faible intensité, dit sonde, au sein du matériau. Ceci nous a conduits à démontrerexpérimentalement et numériquement la possibilité de caractériser la phase spectrale del’impulsion sonde, à l’aide d’une technique équivalente au X-FROG. Nous avons égalementidentifié l’existence d’un processus non-linéaire dit de cascade, consistant en la générationde second harmonique induite par effet Pockels. Enfin, nous avons observé expérimentalementl’apparition d’un effet Kerr THz dans le cristal, nous permettant de déduire unevaleur moyenne de la susceptibilité non-linéaire du troisième ordre de ce matériau, `a l’aidede calculs théoriques et de simulations numériques. / This thesis project aims to study different non-linear processes in zinc-blende crystals,which take place in the terahertz (THz) range.First of all, two different light sources have been built in the laboratory, allowing us togenerate intense THz radiations with different temporal and spectral characteristics. Thefirst source is based on the optical rectification of a femtosecond laser pulse in a lithiumniobate crystal using the tilted pulse front technique, while the second one is based on aplasma, created through the focalization of a two-color femtosecond laser field. These twoTHz sources reach very high amplitudes, which allows us to study non-linear phenomenain the THz range.Among these, we have measured the non-linear behavior of zinc-blende crystals underintense THz radiation. We were particularly interested in the Pockels effect happeningduring the interaction of an intense THz field and a weak optical probe beam. This droveus to the experimental and numerical demonstration of a new method to characterize thespectral phase of the optical probe field. This method is equivalent to the X-FROG technique.We also identified a new non-linear phenomenon, consisting of the cascade of twosecond-order processes, namely the Pockels effect and the Second Harmonic Generation.Finally, we experimentally observed some THz Kerr effect in a gallium phosphide crystal,which allowed us to calculate an average value of its third-order non-linear susceptibility,thanks to theoretical considerations and simulations.

Dans le cadre de la séparation sélective pour le traitement et la valorisation des combustibles nucléaires usés, l'extraction liquide/liquide est largement utilisée au niveau industriel. Néanmoins, ce procédé est encore mal compris en ce qui concerne les phénomènes physico-chimiques qui se produisent à l'interface liquide/liquide. Ce travail porte sur la compréhension de la dynamique de l'interface liquide nanométrique durant le transfert d'une espèce entre une phase aqueuse et une phase organique. Deux techniques expérimentales ont principalement été utilisées: la mesure de tension interfaciale et l'optique non linéaire. Ce travail a également donné lieu au développement d'un modèle numérique de dynamique de transfert de phase prenant en compte à la fois des phénomènes de transport diffusif proche de l'interface et une cinétique chimique sur l'interface décrivant les processus d'adsorption/désorption. Des systèmes modèles constitués de molécules surfactantes et/ou chromophores et/ou complexantes ont été étudiés aux interfaces air/liquide et liquide/liquide. L'adsorption/désorption, l'agrégation en surface, la complexation d'ion à une interface liquide et la structuration des systèmes ont ainsi pu être étudiées tant d'un point de vue des états d'équilibre que de la dynamique. Enfin, ces études ont été appliquées à un système d'intérêt industriel utilisé dans le procédé de dépollution DIAMEX.

Le caractère cohérent du processus de doublage de fréquence, processus de<br />conversion de deux photons à la fréquence fondamentale en un photon à la fréquence<br />harmonique, permet de sonder la matière à des échelles sub-longueur d'onde. Pour mettre en<br />évidence cette propriété, la technique de diffusion hyper Rayleigh a été employée pour sonder<br />l'organisation dans des assemblages moléculaires dispersés en solution liquide. Après une<br />étude initiale de quelques solvants usuels purs, l'influence de l'environnement sur la réponse<br />du cristal violet, une sonde moléculaire octupolaire de référence, a été étudiée. Ces études ont<br />été poursuivies pour des sondes moléculaires amphiphiles afin d'étudier des solutions mixtes<br />comprenant à la fois des sondes libres et des sondes engagées dans des assemblages<br />moléculaires appelés micelles. En raison de la centrosymétrie de ces assemblages, la<br />composante dipolaire de la réponse harmonique diffusée s'affaiblit, laissant la réponse<br />harmonique totale dominée par une forte contribution quadripolaire clairement mise en<br />évidence par ces mesures de diffusion hyper Rayleigh résolue en polarisation. Un modèle<br />complet décrivant les différentes composantes de la réponse harmonique totale est introduit<br />pour interpréter globalement les observations sur ces solutions mixtes. Enfin, les études<br />préliminaires d'un système biomimétique reconstitué à l'interface air-eau par doublage de<br />fréquence sont présentées.

La réponse optique linéaire et non linéaire d'assemblages moléculaires et de nano particules métalliques bidimensionnels a été déterminée. Dans un premier temps, l'étude a porté sur des films moléculaires de DiA, un composé amphiphile ayant une forte réponse non linéaire. La conclusion marquante de cette partie est la mise en évidence par des mesures de génération de second harmonique de l'apparition de la chiralité dans les agrégats moléculaires initialement non chiraux à très forte compression. Dans la seconde partie, l'étude optique linéaire et non linéaire des films de particules métalliques d'or et d'argent révèle la présence d'agrégats dont la taille et la mobilité dépendent de la densité moyenne de particules en surface. L'observation de fortes fluctuations de l'intensité mesurée lors de la compression a nécessité la mise en œuvre d'une approche dynamique de ces mesures mettant en évidence les mécanismes à l'œuvre dans ces films et les temps caractéristiques associés.