Dans l'infrarouge thermique, des simulateurs de systèmes d'acquisition d'images existent déjà chez les industriels. Leur fonctionnement nécessite la connaissance de nombreux paramètres, dont celle du paysage à observer. Or, ce paysage doit lui-même être simulé. Du fait de la complexité de son comportement, peu de simulateurs de paysages ont été développés. Cette thèse tente de pallier à ce manque, en proposant une méthode de simulation adaptée à l'imagerie à haute résolution spatiale dans l'infrarouge thermique. Un simulateur a été conçu et développé. A l'aide d'une modélisation physique du comportement thermique et spectral du paysage, une classification des contributions des différents phénomènes physiques a pu être établie. Une simulation autorisant un haut degré de détails passe notamment par l'analyse et la prise en compte des phénomènes physiques à petite échelle (conduction, perturbations de l'écoulement du vent, ...) et à trois dimensions (ombrage, réflexions, ...) et implique la modélisation fine de ces phénomènes. L'originalité de la thèse réside dans la création d'une méthode de simulation, basée sur la radiosité, et adaptée à la synthèse d'images dans l'infrarouge thermique. Le paysage est modélisé à l'aide d'entités, les éléments, permettant de prédire précisément le signal provenant du paysage. Ces éléments sont compatibles avec les exigences matérielles informatiques qui imposent des limitations de temps de calcul et de ressources mémoires. Ils résultent de la concaténation des contraintes imposées par la géométrie des objets, par leur constitution (matériaux), et par la prise en compte de l'évolution temporelle des différents phénomènes physiques qui régissent le comportement du paysage. Ces éléments constituent une extension volumique et temporelle des facettes, entités communément utilisées pour la synthèse d'images dans les courtes longueurs d'onde. Des images obtenues en utilisant les éléments et le simulateur développé sont présentées dans la thèse.

Les travaux de recherche développés durant cette thèse relèvent de la biogéochimie et de la sédimentologie appliquée aux systèmes lacustres. Ils s'inscrivent dans une démarche de rétro-observation sur la période récente (150-300 ans) avec l'objectif global d'évaluer l'implication des forçages environnementaux locaux (charge externe en nutriments, hydrologie) dans l'accentuation/atténuation des forçages globaux (climat). Nos recherches se sont concentrées sur une réponse intégratrice du système lacustre : le développement de l'état de l'hypoxie (manque d'oxygène ; [O2] <2µg L-1) dans les lacs, qui reflète l'état du système lacustre à l'échelle de l'hypolimnion. La thèse participe à un programme pluridisciplinaire, IPERRETRO ANR VMCS 008, dont les résultats sont utilisés dans ce travail pour comparer les trajectoires de 3 réponses biologiques (diatomées, cladocères, chironomes) et de la réponse de l'hypoxie dans les lacs du Léman, du Bourget et d'Annecy. Les objectifs spécifiques de ce travail de doctorat sont 1) de développer une méthode de quantification du régime de l'hypoxie au travers d'une approche spatio-temporelle (multi-site de carottage), 2) de caractériser les forçages et, 3) de recourir aux outils de modélisation statistique afin de comprendre les relations entre les forçages (globaux et locaux) et les réponses de l'écosystème lacustre dans un contexte de réchauffement climatique. Le prélèvement inédit de 81 carottes sédimentaires s'est révélé essentiel pour quantifier 2 forçages clés de l'hypoxie dans les 3 lacs : 1) les flux biogéniques et 2) le régime des crues. Nos principaux résultats montrent que l'enrichissement en phosphore dissous a conduit à un changement d'état de l'hypolimnion dès le milieu du XXe siècle. Désormais hypoxique, les écosystèmes de l'hypolimnion semblent particulièrement vulnérables face à l'augmentation croissante des températures. En revanche, l'action des crues (à l'échelle pluriannuelle, pluri-décennale et centennale) présente des effets bénéfiques sur les conditions de l'hypolimnion en favorisant périodiquement la recharge en oxygène, malgré l'état de stabilité global de l'hypoxie. D'autre part, les résultats montrent que le contexte hydrique local (~dimension des affluents) conditionne la vulnérabilité spécifique des lacs face aux changements globaux. Nous montrons qu'un lac comme Annecy (petit affluent) est plus vulnérable aux augmentations de température qu'un lac comme le Léman (gros affluent). Finalement, les trajectoires des réponses lacustres (flux biogéniques, diversité biologique et régime de l'hypoxie) indiquent que les réponses sont généralement plus immédiates dans l'hypolimnion face aux changements globaux et locaux que dans l'épilimnion. Cette différence de sensibilité des réponses, entre les " sous-systèmes ", précise l'ampleur des défis pour la modélisation et la gestion intégrée des systèmes lacustres.

Dans cette thèse, nous avons considéré les spectres de la molécule CH2=CD2. Dans la partie expérimentale, nous avons enregistré des spectres infrarouges à haute résolution (~ 0,0025 cm-1) et fait une attribution complète des transitions enregistrées. Nous avons pu assigner pour la première fois un grand nombre de transitions des combinaisons peu intenses υ4+υ10, υ4+υ7 et de l'harmonique 2υ10; de bandes interdites par symétrie υ4, υ7+υ10, υ8+υ10; et des bandes «chaudes» υ7+υ10–υ10 et υ8+υ10–υ10. Pour la première fois, plus de 7000 transitions inconnues des bandes fondamentales υ2, υ3, υ6, υ7, υ8, υ10, υ12 et de l'harmonique 2υ7 ont été assignées. Sur la base de la théorie des opérateurs de perturbation et des propriétés de symétrie de la molécule étudiée, nous avons construit un hamiltonien effectif puis ajusté les énergies vibrationnelles expérimentales de quatorze états vibrationnels. De cette étude, il a résulté un écart-type pour l'ajustement d'environ (1,7–2,5)×10−4 cm−1 pour diverses régions spectrales. Nous avons également mesuré les valeurs expérimentales des intensités et des demi-largeurs et avons calculé les paramètres du moment dipolaire effectif et des coefficients d'auto-élargissement de la molécule CH2=CD2. / In this thesis we have considered spectra of the CH2=CD2 molecule. In the experimental part we recorded high-resolution (~ 0.0025 cm-1) infrared spectra and made full assignment of the recorded transitions. We were able to assign for the first time a lot of transitions to the weak combinations υ4+υ10, υ4+υ7 and 2υ10 overtone; forbidden due to the symmetry υ4, υ7+υ10, υ8+υ10; «hot» υ7+υ10–υ10 and υ8+υ10–υ10 bands. More than 7000 previously unknown transitions were assigned to the fundamental bands υ2, υ3, υ6, υ7, υ8, υ10, υ12 and 2υ7 overtone. On the base of operator perturbation theory and the symmetry properties of the studied molecule, we constructed an effective Hamiltonian and then fitted experimental ro-vibrational energies of fourteen vibrational states. As a result, rms-deviation of the fit was about (1.7–2.5)×10−4 cm−1 for various spectral regions. We measured also experimental values of intensities and halfwidths and calculated parameters of effective dipole moment and self-broadening coefficients of the СH2=СD2 molecule.

Les travaux de recherche développés durant cette thèse relèvent de la biogéochimie et de la sédimentologie appliquée aux systèmes lacustres. Ils s'inscrivent dans une démarche de rétro-observation sur la période récente (150-300 ans) avec l'objectif global d'évaluer l'implication des forçages environnementaux locaux (charge externe en nutriments, hydrologie) dans l'accentuation/atténuation des forçages globaux (climat). Nos recherches se sont concentrées sur une réponse intégratrice du système lacustre : le développement de l'état de l'hypoxie (manque d'oxygène ; [O2] <2µg L-1) dans les lacs, qui reflète l'état du système lacustre à l'échelle de l'hypolimnion. La thèse participe à un programme pluridisciplinaire, IPERRETRO ANR VMCS 008, dont les résultats sont utilisés dans ce travail pour comparer les trajectoires de 3 réponses biologiques (diatomées, cladocères, chironomes) et de la réponse de l'hypoxie dans les lacs du Léman, du Bourget et d'Annecy. Les objectifs spécifiques de ce travail de doctorat sont 1) de développer une méthode de quantification du régime de l'hypoxie au travers d'une approche spatio-temporelle (multi-site de carottage), 2) de caractériser les forçages et, 3) de recourir aux outils de modélisation statistique afin de comprendre les relations entre les forçages (globaux et locaux) et les réponses de l'écosystème lacustre dans un contexte de réchauffement climatique. Le prélèvement inédit de 81 carottes sédimentaires s'est révélé essentiel pour quantifier 2 forçages clés de l'hypoxie dans les 3 lacs : 1) les flux biogéniques et 2) le régime des crues. Nos principaux résultats montrent que l'enrichissement en phosphore dissous a conduit à un changement d'état de l'hypolimnion dès le milieu du XXe siècle. Désormais hypoxique, les écosystèmes de l'hypolimnion semblent particulièrement vulnérables face à l'augmentation croissante des températures. En revanche, l'action des crues (à l'échelle pluriannuelle, pluri-décennale et centennale) présente des effets bénéfiques sur les conditions de l'hypolimnion en favorisant périodiquement la recharge en oxygène, malgré l'état de stabilité global de l'hypoxie. D'autre part, les résultats montrent que le contexte hydrique local (~dimension des affluents) conditionne la vulnérabilité spécifique des lacs face aux changements globaux. Nous montrons qu'un lac comme Annecy (petit affluent) est plus vulnérable aux augmentations de température qu'un lac comme le Léman (gros affluent). Finalement, les trajectoires des réponses lacustres (flux biogéniques, diversité biologique et régime de l'hypoxie) indiquent que les réponses sont généralement plus immédiates dans l'hypolimnion face aux changements globaux et locaux que dans l'épilimnion. Cette différence de sensibilité des réponses, entre les « sous-systèmes », précise l'ampleur des défis pour la modélisation et la gestion intégrée des systèmes lacustres. / This Thesis is dedicated to the identification of issues (local and global stressors) that affected lakes physical and biogeological environment over the last 150 years through sediment-based palaeo-reconstructions. Our researches focussed on the recent development of hypoxia (i.e. low oxygen concentrations) which is a good indicator of lake ecosystem quality at the hypolimnetic scale. The aim is to reconstruct in 3 perialpin lakes (Geneva, Bourget, Annecy), with annual resolution, the evolution of 1) trophic level (Anthropic forcing), 2) flood regime (climate forcing) and 3) hypoxia (hypolimnetic response) in order to identify over time the role of human activity and climate on the lake ecosystem quality. A 4D approach is developed, using 80 sediment cores, to quantify for the first time the low oxygen dynamic and the flood regime from sediment archives. Statistical modelling is used to identify the relation between thermal, hydrological, trophic forcings on the response of hypoxia. 3D modelling is developed to support the results and to make results more understandable to actors of management. The principal findings gather around three topics: 1) Optimisation of spatio-temporal approach to quantify palaeoreconstruction from sediment archives based on volume calculation. Those reconstructions of hypoxia dynamic for the three lakes enable to emphasis the notion of weaken equilibrium, ecosystems vulnerability and the amplification of response following cumulative pressures. 2) New description of hypolimnetic functioning under constant increase of external pressures (with a focus on the nature of transitions between states: threshold effect, saturation effect, hypersteresis). 3) The contribution of palaeoreconstructions and statistical analyses to describe the respective influence of human activity and climate involved on the initiation of lake dysfunction, maintain or rebalancing of hypolimnetic functioning.

Dans le domaine du radar aéroporté, les enjeux industriels actuels sont nombreux et portent,entre autres, sur l'établissement de profils distance de cibles aériennes, terrestres et maritimes pour leur identification. Cela implique en particulier la mise en oeuvre de chaînes d'émission/réception pour des modes de fonctionnement haute résolution. Dans ce contexte, les problématiques à traiter comprennent alors la conception et l'analyse de performances de détecteurs pour des modèles de cibles étendues, la conception de formes d'ondes multi-résolutions et le développement des traitements associés, l'optimisation de formes d'onde robustes au fouillis, etc. Le travail de cette thèse, qui s'intègre dans ce cadre, se décompose en deux parties. Dans un premier temps, nous traitons la détection d'une cible dite "étendue", c'est-à-dire caractérisée par plusieurs réflecteurs élémentaires prépondérants répartis sur plusieurs cases distance non nécessairement consécutives. Ce modèle est notamment approprié lorsque la résolution en distance est suffisamment fine, et s'intègre dans les problématiques d'identification de cible. Dans ce cadre, nous étudions un test de détection fondé sur le rapport de vraisemblances généralisé (GLRT) intégrant la localisation inconnue des réflecteurs, et lorsque la perturbation est du bruit blanc gaussien. En utilisant des résultats issus des statistiques d'ordre, nous déduisons des approximations de la probabilité de fausse alarme et de la probabilité de détection. Des comparaisons numériques avec des détecteurs existants sont fournies. Dans un second temps, nous étudions une forme d'onde correspondant à un train d'impulsions contenant deux codes de phase, l'un intra impulsion et l'autre inter impulsion. Pour un modèle de cible ponctuelle et un fouillis gaussien, nous proposons de sélectionner ces codes en tenant compte de différents critères tels que la maximisation de la probabilité de détection ou encore la minimisation des lobes secondaires du signal reçu après traitement. Pour un type donné de fouillis modélisé par un processus autorégressif (AR), nous abordons le problème d'optimisation multi-objectifs en utilisant les fronts de Pareto. La modélisation AR permettant de considérer plusieurs types de fouillis à partir d'un nombre réduit de paramètres, nous étudions alors la robustesse des codes de phase optimaux à des variations de fouillis. / In the field of airborne radar, one of the current industrial stakes, among others, is the identification of a target, whether airborne, terrestrial or maritime, through the establishment of its range profile. This implies to set up a transmit/receive processing for high resolution modes. In this context, the issues to be addressed include the design and the performance analysis of detectors for extended target models, the design of multi-resolution waveforms and the associated processing, the optimization of waveforms that are robust to clutter, etc. Within this frame, the work of this thesis is twofold. The first part deals with the detection of a so-called "extended" target, i.e. which is characterized by a few main scatterers spread over several range gates not necessarily consecutive. This model is appropriate when the range resolution is thin enough and it is suited for target identification issues. In this context, we study a detection test based on the generalized likelihood test (GLRT) which includes the unknown locations of the scatterers, and when the disturbance is white Gaussian noise. By using ordered statistics, we deduce approximations of the probability of false alarm and the probability of detection. Numerical comparison with existing detectors are also provided. Secondly, we study a waveform based on a pulse train which contains two phase codes: the first one is intrapulse whereas the second one is interpulse. Assuming a point target and Gaussian clutter, we propose to select these codes taking into account several criteria such as the maximization of the probability of detection or the minimization of the sidelobes of the received signal after processing. For a given type of clutter modeled by an autoregressive (AR) process, we address this multi-objective optimization problem using the Pareto fronts. Since the AR modeling makes it possible to consider several types of clutter from a reduced number of parameters, we study the robustness of optimal phase codes to clutter variations.

Les spectres haute résolution de la molécule d’intérêt astrophysique de méthanol doublement deutéré (CD2HOH) et de la molécule d’intérêt atmosphérique de phosgène (35Cl2CO et 35Cl37ClCO) ont été étudiés théoriquement et expérimentalement. Les spectres microonde, térahertz et infrarouge lointain de CD2HOH ont été analysés en modélisant le mouvement de grande amplitude de torsion du groupe méthyle partiellement deutéré CD2H par rapport au groupe hydroxyle OH. Le spectre torsionnel a été analysé, 108 sous bandes torsionnelles ont été identifiées et la fonction énergie potentielle gênant la rotation interne a été obtenue. La structure rotationnelle des sous bandes torsionnelles a été analysée. 3271 transitions ont pu être attribuées pour des niveaux torsionnels avec et 1997 pour des sous bandes avec. Le spectre infrarouge lointain du phosgène a été enregistré dans l’infrarouge lointain grâce à un interféromètre à transformée de Fourier en utilisant comme source le rayonnement synchrotron de la ligne AILES du synchrotron SOLEIL. Les bandes vibrationnelles et ont été enregistrées dans la région 200–600 cm−1 en utilisant une cellule cryogénique donnant un parcours optique de 93 m. La bande a été analysée pour la première fois. Plus de 10 000 transitions ont été attribuées pour les deux isotopomères ce qui a conduit à la détermination des constantes spectroscopiques de l’état vibrationnellement excité . L’écart quadratique moyen de la différence EObs – Ecalc était de 0,21 et 0,38 ×10−3 cm−1 pour 35Cl2CO et 35Cl37ClCO, respectivement. / The high-resolution spectra of the astrophysically relevant doubly deuterated species of methanol (CD2HOH) and of the atmospherically relevant phosgene (35Cl2CO and 35Cl37ClCO) molecules were studied both experimentally and theoretically. The microwave, terahertz, and far infrared spectra of CD2HOH were analyzed modeling the large amplitude torsional motion of the CD2H methyl group with respect to the hydroxyl OH group. The torsional spectrum was analyzed, 108 torsional subbands were identified, and the potential energyfunction hindering the internal rotation was retrieved. The rotational structure of the torsional subbands was analyzed. 3271 transitions involving torsional levels with were assigned and 1997 involving torsional subbands with. The far infrared spectrum of phosgene was recorded in the far infrared domain with a Fourier transform spectrometer using synchrotron radiation from the AILES beam line of the SOLEIL synchrotron. The and bands were recorded using a cryogenic White-type cell with a 93 m path length. The band was analyzed for the first time. More than 10 000 transitions were assigned for both isotopomers yielding spectroscopic constants for the state. The RMS deviation of the EObs − ECalc difference was 0.21 and 0.38 ×10−3 cm−1 for 35Cl2CO and 35Cl37ClCO, respectively.

La pollution des produits agroalimentaires et des eaux environnementales par les substances phytosanitaires et les médicaments est une réelle préoccupation de santé publique. Il existe aujourd’hui de nombreuses méthodes d’analyses quantitatives développées sur des appareils de type triple quadripôle pour leur détection mais elles ne se préoccupent peu ou pas des résidus médicamenteux et des produits de dégradation abiotique ou biologique des polluants et sont limitées à un nombre restreint et figé de molécules.Dans ce contexte, nous avons développé une méthode d’analyse basée sur la métabolomique par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution (LC-HRMS). Deux matrices (miel et eau souterraine) ont ainsi été étudiées comme preuve de concept. Nous avons montré que la LC-HRMS associée à des outils de fouille de données permet (i) une recherche ciblée de polluants prioritaires, (ii) la détection sans a priori de contaminants inattendus ou inconnus et (iii) la recherche de métabolites nécessaire à la classification des échantillons en fonction de leur métadonnée (adultération, origine géographique, etc.). Ensuite, une approche semi-quantitative ciblée large spectre a été développée et validée pour la détection de pesticides, médicaments et métabolites dans l’eau par couplage de la SPE en ligne avec l’UHPLC-ESI-HRMS. Cette méthode permet la détection de 539 contaminants organiques en 36 minutes dans 5 millilitres d’eau au seuil minimum réglementaire de 0,1 µg/L. L’étude de 26 eaux du robinet de la région parisienne a permis de mettre en évidence la présence à l’état de trace de 37 polluants dont 6 médicaments. / Pollution of agrifood and environmental water by pesticides and drugs is a real public health concern. There are many quantitative methods developed on triple quadrupole mass spectrometer for their detection, but drug residues and abiotic or biological degradation of pollutants are generally not considered and are limited to a predetermined and restricted list of molecules.In this context, we have developed an analytical method based on metabolomic analyses by high performance liquid chromatography coupled with ultra-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS). Two matrices (honey and groundwater) were investigated as proof of concept studies. We showed that LC-HRMS associated to data mining tools enables (i) targeted analyses of pollutants, (ii) detection of untargeted and unknown xenobiotics, and (iii) detection of metabolites useful for the characterization of matrices. Then, a large targeted and semi-quantitative approach has been developed and validated for the detection of pesticides, drugs and metabolites in water samples by using on line SPE and UHPLC-ESI-HRMS. This method allowed the detection of 539 organic contaminants at the MLR of 0.1 µg/L in 36 minutes with only 5 milliliter of water. A study of 26 tap water samples from the Paris region showed the presence of 37 pollutants including 6 drugs.

Cette thèse a été réalisée avec l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay sur la ligne AILES du centre de rayonnement synchrotron SOLEIL. L'objet de cette thèse est la spectroscopie à haute résolution dans l'infrarouge lointain de molécules possédant un intérêt pour l'astrophysique. Deux groupes de molécules distincts ont été abordés : des molécules hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) et des petites molécules protonées. Les spectres de rotation-vibration de ces différentes molécules ont été enregistrés avec un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier qui utilise le rayonnement synchrotron extrait par la ligne AILES comme source de continuum infrarouge.Concernant les molécules d'HAPs, les bandes infrarouge lointain (IRL) de la quinoxaline, la quinazoline, le [1,5]-naphthyridine, le [1,6]-naphthyridine et l'indole ont été obtenus à température ambiante dans une cellule à long parcours optique. Nous avons analysé les structures rotationnelles extrêmement denses des bandes IRL les plus intenses par la technique des combinaisons de différence car chaque mode possède une densité spectrale particulièrement importante. Des calculs DFT anharmoniques ont également été effectués afin de guider nos analyses. Les résultats préliminaires obtenus avec le dispositif Jet-AILES mis en place sur la ligne AILES concernant les molécules de fluorène et de phénanthrène, qui sont des molécules d'HAPs avec trois cycles aromatiques, sont également présentés.Pour les molécules protonées, les spectres ont été obtenus dans une cellule à décharge de type « cathode creuse ». Cette cathode pouvant être refroidi à l'azote liquide a été développé au cours de cette thèse. Les spectres de rotation-vibration de six molécules (H3+, N2H+, HCO+, ArH+, KrH+ et XeH+) ont été enregistrés dans l'infrarouge moyen (1400-4000 cm-1) ainsi que le spectre de rotation pure dans l'infrarouge lointain de quatre d'entre-elles (N2H+, ArH+, KrH+, XeH+). L'analyse des spectres des molécules de KrH+ et de XeH+, possédant de nombreuses transitions appartenant à plusieurs espèces isotopiques présentes en abondance naturelle, a été réalisée en utilisant un Hamiltonien de type Dunham pour traiter simultanément l'ensemble des isotopes. Des résultats préliminaires prometteurs en termes de sélectivité et de de sensibilité sont également présentés, avec la mise en place d'un système de détection synchrone associé à une modulation de la concentration des espèces réactives produites dans la cellule à décharge.Les résultats présentés dans ce manuscrit pourront aider à la détection et à la quantification d'espèces présentes dans le milieu interstellaire par comparaisons avec des données d'observation astronomique. / This thesis was conducted with the “Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay” on the AILES beamline at the synchrotron facility SOLEIL. The subject of this thesis deals with the high-resolution spectroscopy of molecules in the far infrared which have an astrophysical interest. Two different groups of molecules were investigated: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and light protonated molecules. The rotation-vibration spectra of these molecules have been recorded with a Fourier transform infrared spectrometer using the synchrotron radiation extracted by the AILES beamline as an infrared continuum source.Concerning PAH molecules, the spectra of quinoxaline, quinazoline, [1,5]-naphthyridine, [1,6]-naphthyridine and indole were obtained at room temperature with a long optical path cell. The rotationally resolved vibrational bands were analyzed by the ground state combination differences technique because each mode has a particularly large spectral density. Anharmonic DFT calculations were also performed to support our analysis. Preliminary results obtained with the supersonic jet experiment available on the AILES beamline (Jet-AILES) on the fluorene and phenanthrene molecules with three aromatic rings.For the protonated molecules, the spectra were recorded using a discharge cell in a "hollow cathode" configuration. The cathode which can be cooled down to liquid nitrogen temperature has been developed during this thesis. The spectra of rotation-vibration of six cations (H3+, N2H+, HCO+, ArH+, KrH+ and XeH+) were recorded in the mid-infrared (1400 to 4000 cm-1) and the pure rotational spectrum in the far infrared for four of them (N2H+, ArH+, KrH+, XeH+). The KrH+ and XeH+ spectra which contained many transitions belonging to several isotopologues in natural abundance have been analyzed with a Dunham Hamiltonian to treat all isotopologues. Promising preliminary results in terms of selectivity and sensitivity are also presented concerning the establishment of a phase sensitive detection system associated with a concentration modulation of the reactive species produced in the discharge cell.The results reported in this manuscript could be used to allow the detection and the quantification of species present in the interstellar medium by comparison with astronomical observation data.

En microscopie IRM, la sensibilité de détection est critique pour obtenir des images avec un rapport signal sur bruit suffisant car l’intensité du signal RMN devient extrêmement faible. Une stratégie alternative à l’utilisation de champs statiques élevés consiste à améliorer les performances des antennes radiofréquences qui détectent le signal d’IRM. Plus particulièrement, la stratégie dans laquelle s’inscrit ce travail de thèse vise à exploiter la haute sensibilité des antennes miniatures supraconductrices basées sur le principe des résonateurs monolithiques à ligne de transmission avec comme objectif à terme la mise en réseau de ce type d’antennes. Le développement d’un tel réseau représente un enjeu instrumental majeur car cela permet de profiter de la haute sensibilité intrinsèque des antennes miniatures supraconductrices tout en autorisant l’observation de zones étendues ou en profondeur. Cependant, les caractéristiques géométriques de ces antennes et la nature des matériaux utilisés posent des difficultés importantes pour réaliser les opérations d’accord, d’adaptation, ou découplage mutuel lors de leur utilisation en IRM. Dans le cadre de cette thèse, nous avons conduit des travaux abordant ces différentes problématiques et permettant la mise œuvre d’un réseau supraconducteur pour l’imagerie haute résolution à champ clinique.Nous avons développé en premier lieu un système permettant de réaliser automatiquement et sans contact l’accord et l’adaptation des antennes miniatures monolithiques. Ce système utilise des techniques, basées sur le couplage électrique et magnétique, que nous avons préalablement étudiées en utilisant différentes méthodes. Les performances de ce système ont été étudiées et la faisabilité de sa mise en œuvre dans une expérience d’IRM a été établie.Nous avons abordé en second lieu le problème de découplage mutuel des éléments constituant un réseau. Pour cela, des techniques de découplage potentiellement compatibles avec les antennes miniatures supraconductrices ont été étudiées. En particulier, la technique de découplage par anneau de blindage a été investie en profondeur, par simulation numérique et expérimentalement, et nous avons développé un modèle analytique d’optimisation du niveau de découplage accessible par cette technique. Nous avons mis en œuvre et validé cette technique avec des réseaux en cuivre de quatre antennes et des premiers essais ont été conduits avec un réseau constitué de deux antennes miniatures supraconductrices. / In MRI microscopy, the sensitivity of the detection is a critical issue for acquiring images with high signal to noise ratio because the amount of NMR signal is extremely low. An alternative to the use of high field strength is to improve the performances of the radiofrequency coil that detect the NRM signal. In particular, the strategy underlying the present work aims at exploiting the high sensitivity of miniature superconducting coils based on the monolithic design of transmission line resonators, with the long term objective of implementing an array of these coils. The development of such array represents an important instrumental stake since it allows for benefiting from the intrinsically high sensitivity of miniature superconducting coils while allowing the observation of extended region of interest. However, the highly compact structure, the small size of the coil and the nature of the material used make rise important difficulties for achieving the tuning, matching and mutual decoupling when using these coils in MRI. In the frame of this PhD project, with conducted works to address these problematics and allow for implementing a superconducting array for high resolution imaging at clinical filed strength.We have firstly developed a control system which allows for automatic and contactless tuning and matching of miniature monolithic coils. This system uses techniques based on electric and magnetic coupling, that we beforehand investigated using various methods. The performances of this system were studied and the feasibility of implementing it in an MRI experiment was established.The second part of this work addresses the issue of mutual decoupling between the elements of an array elements. To this end, decoupling techniques being potentially compatible with miniature superconducting coils have been studied. In particular the decoupling technique using shielding rings has been deeply investigated, by numerical simulation and experimentally, and we have developed an analytical model for optimizing the decoupling level achievable with this technic. We have implemented and validated this technic with a four-element copper coil array and first trials were performed with an array of two miniature.superconducting coils.

On expose ici le travail fait dans le cadre d'une étude portant sur l'utilisation des pinces optiques pour la capture de nanobarres anisotropes et isotropes. La capture de nanobarres anisotropes et non linéaire a été faite et divers problèmes concernant leur application en imagerie haute résolution ont été mis en évidence. Nous avons donc fait une étude approfondie de l'interaction du champ électromagnétique avec des nanobarres anisotropes. Nous avons utilisé la méthode de la matrice de transfert pour analyser les paramètres de capture optique de nanobarres. Nous avons aussi étudié diverses méthodes de simulation du faisceau incident et défini des critères d'applications de ces derniers en fonction de l'ouverture numérique à utiliser. Nous avons aussi pu mettre sur pied une nouvelle méthode permettant d'évaluer précisément la qualité des pinces optiques à des ouvertures numériques très grandes et pu donner des limites d'application et des exemples d'application spécifiques. Afin de faire ressortir l'aspect physique des captures optiques, nous avons calculé la distribution du champ électromagnétique sur la surface des objets capturés. Ceci nous a ensuite permis de calculer le stress, les forces et les torques en utilisant le tenseur de stress de Maxwell. Différent nanobarres isotropes ou anisotropes possédant des longueurs et des rayons différents, ont été modélisés. Des faisceaux laser possédant des ouvertures numériques (NA) différentes, un inclinaison différente et différentes positions dans l'espace ont été étudiés. Il a été ainsi possible de démontrer comment une capture optique de nanobarres était affectée en translation, en rotation, en vibration de toutes directions et comment il était possible de l'améliorer. De la même façon, les particules anisotropes ont été étudiées et des propriétés spéciales, presque impossibles à déterminer expérimentalement, ont pu être démontrées telles que l'existence d'une force de torsion à l'intérieur des nanobarres ou la possibilité d'une capture non alignée avec le faisceau. Les résultats de calculs ont aussi été comparés qualitativement avec un logiciel commercial utilisant la méthode FDTD, avec le résultat de calcul par tracé de rayon sur des objets microscopiques et par la comparaison avec les observations expérimentales lorsque c'était possible. Finalement, les expériences réalisées sur une pince optique ont démontré qu'il est possible de capturer des nanobarres avec une NA = 1:25 et une longueur d'onde de λ = 1:064 μm. Des voies d'amélioration de l'expérience ont été exposées. / In this thesis we present a study on the use of optical tweezers to capture anisotropic or isotropic nanorods. For this purpose, we used the T-Matrix method for analyzing the parameters of optical tweezing of nanorods. We also studied various methods of simulation of the incident beam and defined criteria on their use based on the numerical aperture to use. We were also able to develop a new method to accurately assess the quality of optical tweezers with numerical apertures greater than 1.20 and have given the limits of applications and examples of application specific to high numerical apertures. To highlight the physical aspect of optical tweezers, we calculated the distribution of the electromagnetic field. The stress, forces and torques were then evaluated using the Maxwell stress tensor of isotropic or anisotropic nanorods. Nanorods were modelled having different lengths, different radii and the incident beam was calculated having different NA, different inclinations and different positions in space. Thus, it was possible to demonstrate how an optical capture of nanorods was affected in translation, rotation, vibration from all directions and how it was possible to improve the optical trap. Similarly, anisotropic particles have been studied and special properties, almost impossible to determine experimentally, could be demonstrated. For example, the existence of a twisting force within nanorods or the possibility of capture at an angle with respect to the optical axis. Calculation results were also compared qualitatively with commercial software using the FDTD method. Finally, experiments on optical tweezers have shown that it is possible to capture nanorods with NA = 1:25 and a wavelength of λ = 1064 μm.Ways of improving the experimental setup are discussed at the end.