The design, construction and characterisation of a novel, arrayed, open-access optical microcavity is described. Included in this thesis are the precise fabrication details, making use of the focused ion beam. A technique for analysing and optimising the microcavities constructed, making use of an atomic force microscope is also included. Results from the optical characterisation of the fabricated microcavities are presented, including quality factors of around 104, and fitnesses of around 400. The optical analysis then progressed onto coupling colloidal semiconductor nanocrystals to the microcavity modes. This yielded room temperature Purcell enhancements, single particle sensing, and also allowed for the characterisation of a second iteration of cavities. This improved set was shown to achieve fitnesses in excess of 1800 and quality factors with a lower limit of 15000. The optical identification of single NV centres in nanodiamond is discussed, along with the development of an optical apparatus to couple them to microcavities at cryogenic temperatures. Finally several results from finite difference time domain simulations will be presented, showing ultimate mode volumes of less than 0.5 cubic wavelengths are possible for this approach.

Maintaining the safe operation of nuclear power plants (NPPs) is crucial. This requires fully understanding the mechanism of long term irradiation and thermal ageing, as well as their effects, on components including the reactor pressure vessel (RPV). The research community is collecting data that will be required to support the case for extending the operation of western-type NPPs beyond that of 60 years. One of the current dilemmas faced by the long-term operation of RPVs is the formation of nanometre scale precipitates. These precipitates are known to cause embrittlement where it increases the ductile-to-brittle transition temperature of the RPV steels. The chemistry of these precipitates is strongly dependent on the chemistry of the RPV steels. In general, these precipitates can be categorised into two types, copper-rich precipitates (CRPs) and manganese-nickel (-enriched) precipitates (MNPs) [1, 2]. The concentration of copper in the precipitates depends on the bulk content of the steel [3]. The formation mechanism of the precipitates under neutron irradiation and thermal ageing, and their influence on material degradation at high neutron fluence (Φt), is still unclear. To understand the long term precipitation under irradiation and thermal ageing, high nickel and copper containing RPV steels with a similar microstructure an chemical composition as those currently in service were subjected to either neutron irradiation (to high neutron fluences, Φt ≥ 5 x 10²³ neutrons.m^-2) or thermal ageing (for as long as ≈ 50,000 hours). CRPs and MNPs were both detected. The co-precipitation of the CRPs and MNPs were observed in thermally aged steels. The development of crystal structures in the CRPs is believed to be dependent on the size of the precipitates and the ambient temperature. When the CRPs reached a critical size, they underwent the martensitic transformation from BCC→9R→3R→FCC or FCT. The CRPs preferentially nucleate heterogeneously at the dislocation lines. Chemical analysis suggests that most of the CRPs are iron free. Under thermal ageing, the MNPs were found to precipitate at the interface of the CRPs and the matrix. These MNPs are found to be iron free too. Larger MNPs were often found to be at CPRs that were associated with dislocation lines. Also, based on the volume fraction observed, it is possible to suggest that the kinetics of nucleation and growth of the MNPs are relatively slow compared to the CRPs. This is in good agreement with the simulations reported in Refs. [4, 5]. It is the first time the MNPs are directly imaged from neutron irradiation low copper steels using electron microscopy. These irradiation-induced MNPs are densely populated in the neutron irradiated samples. It was found that the irradiation-induced MNPs are more sensitive to electron beams. It was thought that this was due to a relatively large amount of point defects present in the irradiation-induced MNPs.

Cette thèse a pour but d‘estimer la position et la puissance de sources sonores ponctuelles à l'aide d‘une antenne acoustique. Nous nous intéressons d‘abord à la directivité des antennes acoustiques pondérées. On montre qu‘une telle antenne, appelée antenne conventionnelle, même si elle est à directivité optimale, est inutilisable pour localiser plusieurs sources sonores. Des traitements adaptatifs d‘antenne sont donc exigés et les méthodes dites à haute résolution sont introduites. Elles sont basées sur l‘estimation de la matrice de covariance des signaux issus des capteurs et présentent l‘avantage de s‘affranchir des limitations naturelles du traitement d‘antenne conventionnel. Cependant, ces méthodes nécessitent l‘emploi d‘un modèle de propagation et sont donc par nature peu robustes aux erreurs de modèle, ce qui peut être parfois un handicap et dégrader leurs performances. Par la suite, nous présentons une nouvelle méthode de séparation des sources utilisant une représentation parcimonieuse des signaux. Nous montrons que ses performances sont meilleures que celles obtenues par les méthodes à haute résolution et notre algorithme parvient à une bonne résolution spatiale, même sous des conditions défavorables. Cette méthode est appliquée aux sources corrélées et décorrélées, à bande étroite et à large bande, en champ proche et en champ lointain. Pour finir, nous présentons des méthodes pour estimer la puissance des sources sonores. Des simulations numériques et des expérimentations en chambre anéchoïque sont effectuées afin de vérifier et de valider les analyses et les résultats théoriques / This thesis concerns the problem of sensor array source localization and power estimation by an acoustical array of sensors. In first the acoustical array directivity is treated. It is shown that such array is not useful for the localization of multiple sources. Adaptive arrays and high resolution methods are then introduced. They are based on the estimation of the sensor output covariance matrix and their performances overcome the natural limitations of the weighted beamforming processing. However, these methods require the use of a propagation model and are not robust to model errors. We present a new method which is an application of sparse regularization methodology to acoustical source localization using an acoustical array. Its performances are better than high-resolution methods and this method works very well in the case of correlated or uncorrelated signals, narrow band or wideband signals, near field or far field environments. Finally, a power estimation of sound sources by an acoustical array is presented. Numerical and experimental results in an anechoic room are presented showing the effectiveness of theoretical results

Le but de ce travail de thèse est d’étudier les moyens de lithographie haute résolution pour la fabrication de résonateurs à ondes élastiques de surface, et de l’illustrer à travers la réalisation de sources de fréquences fonctionnant au-delà du GigaHertz. Dans un premier temps nous abordons les différents dispositifs fondés sur les ondes élastiques de surface puis les sources de fréquence (instabilités caractéristiques) et fixons les objectifs de l’étude au travers notamment d’un état de l’art. Dans un second temps, nous présentons les moyens de lithographie étudiés dans le cadre de ce travail, à savoir la lithographie électronique, la gravure par faisceau d’ions focalisés, la lithographie UV par projection et la lithographie par nano-impression. Pour chacune d’entre elles, nous détaillons le principe de fonctionnement et montrons, notamment grâce à des simulations, leur intérêt et leurs limitations. Ensuite, nous présentons la fabrication et la caractérisation de résonateurs sur différents types de substrats ayant des propriétés innovantes par rapport à nos applications. Le PZT élaboré par épitaxie, présentant des coefficients de couplage élevés (plusieurs pourcents) couplés à une granulométrie fine et une orientation cristalline selon l’axe 001. Le diamant, qui permet d’atteindre des vitesses de phase de l’ordre de 10000 m.s-1, soit une vitesse deux fois supérieure à celles des ondes transverses sur substrat de quartz, quartz que nous avons également étudié afin de rechercher de nouveaux points de fonctionnement à haute fréquence. Pour chaque matériau, nous identifions un ou plusieurs moyen(s) de lithographie qui nous permettent de fabriquer les résonateurs. Les étapes de conception, de fabrication et de caractérisation sont décrites en détail. La dernière partie du manuscrit consiste à exposer les caractéristiques des oscillateurs fondés sur les résonateurs à haut produit Qf ainsi fabriqués (Qf > 5.1012). Nous reportons les résultats obtenus à des fréquences de 1,5 GHz (sur quartz) et à 3 GHz (sur diamant nanocristallin). Le bruit de phase à 10 kHz de la porteuse est compris entre -100 et -110 dBc.Hz-1, et le bruit plancher est de -160 dBc.Hz-1. Nous concluons en donnant des pistes afin d’améliorer ces caractéristiques / The purpose of this thesis is to study high-resolution lithography for the fabrication of surface acoustic wave resonators, and to illustrate this technology through the realization of frequency sources operating beyond the Gigahertz. At first, we detail several devices based on surface acoustic waves and frequency sources (instability characteristics) and set the goals of the study in particular through a state of the art. In a second step, we present the lithography methods studied in this work : electron beam lithography, focused ion beam, UV lithography (stepper) and nano-imprint lithography. For each, we detail the operating principle and show, in particular through simulations, their interest and limitations. Then, we present the fabrication and characterization of resonators on different types of substrates with innovative properties compared to our applications. The epitaxial PZT exhibits high coupling coefficients (several percent) coupled with a fine particle size and crystal orientation along the axis 001. The diamond, which achieves phase velocities of about 10000 m.s-1, twice higher than those of STW waves on quartz substrate, quartz that we have also studied in order to search new operating points at high frequency. For each material, we identify one or more lithography methods that allow to manufacture the resonators. Design, fabrication and characterization steps are described in detail. The last part of the manuscript describes the characteristics of oscillators based on high Qf resonators (Qf > 5.1012). We report the results for operating frequencies of 1.5 GHz (on quartz) and 3 GHz (on nanocrystalline diamond). The phase noise at 10 kHz from the carrier is between -100 and -110 dBc.Hz-1, and the noise floor is -160 dBc.Hz-1. We conclude by giving ideas to improve these characteristics

Colorectal carcinoma (CRC) is one of the most prevalent malignancies in the Czech Republic. In general, there are two molecular pathways leading to CRC: one is characterized by chromosomal instability, the other by the deficiency in DNA mismatch repair (MMR) genes. MutL homologue 1 (MLH1) gene, a member of the MMR gene-family, represents a key component of the MMR system, responsible for recognition of nucleotide mismatches occurring during DNA replication, and for the recruitment of repair proteins to correct the replication errors. According to literature, somatic mutations in MMR genes, and MLH1 in particular, hallmark sporadic, MMR deficient, CRC cases. We aimed at analyzing somatic events in MLH1 gene and the determination of microsatellite instability (MSI) status in 99 DNA samples from 96 patients with sporadic CRC. Mutations were screened by high resolution melting (HRM) curve analysis. Positive cases in each run were subsequently verified by automated sequencing. Mainly gene variants were found in MLH1 gene: We discovered two new variants, one in exon 2 at position c. 204 C>G, p. Ile68Met (98 C/C, 1C/G) and the other in exon 11 at position c. 973 C>T, p. Arg325Trp (98 C/C, 1 C/T). Only the latter variant c. 973 C>T was identified as somatic mutation. All other variants found in MLH1 gene...

Approved for public release; distribution in unlimited. / An imaging radar, like ISAR, offers a combatant the capability to perform long range surveillance with high quality imagery for positive target identification. Extending this attractive feature to the battle damage assessment problem (BDA) gives the operator instant viewing of the target's behavior when it is hit. As a consequence, immediate and decisive action can be quickly taken (if required). However, the conventional Fourier processing adopted by most ISAR systems does not provide adequate time resolution to capture the target's dynamic responses during the hit. As a result, the radar image becomes distorted. To improve the time resolution, time-frequency transform (TFT) methods of ISAR imaging have been proposed. Unlike traditional Fourier-based processing, TFT's allows variable time resolution of the entire event that falls within the ISAR coherent integration period to be extracted as part of the imaging process. We have shown in this thesis that the use of linear Short Time-Frequency Transforms allows the translational response of the aircraft caused by a blast force to be clearly extracted. The TFT extracted images not only tell us how the aircraft responds to a blast effect but also provides additional information about the cause of image distortion in the traditional ISAR display.

Le travail qui est présenté dans ce mémoire de thèse s'inscrit dans le domaine de la Spectroscopie moléculaire en phase gazeuse théorique et expérimentale. Il comprend deux parties dédiées à des aspects relativement différents de cette discipline. La première partie présente l'analyse à haute résolution des positions et intensité des raies de la bande ν5 (ouverture angulaire du groupe NO2 dans le plan de la molécule) de DNO3 dans la région spectrale de 11 µm. Pour ce faire, nous avons utilisé un spectre infrarouge enregistré dans la région 700−1400 cm−1 à l'aide d'un spectromètre à transformée de Fourier de l'université « Bergische Universität » à Wuppertal, en Allemagne. Ce travail nous a permis de montrer que la bande ν5, centrée à 887.657 cm−1, est fortement perturbée. L'analyse prouve en effet que les niveaux d'énergie 5^1 et 7^1+9^1 sont couplés par des résonances de Coriolis de types A et B. Le schéma de résonances pour la variété isotopique DNO3 diffère donc fortement de ceux observés pour les états 5^1 et 9^2 de H14NO3 et H15NO3 qui sont majoritairement de type Fermi. Le deuxième problème abordé dans ce travail est celui des profils de raies rotationnelles pures de CH3F avec l'étude des élargissements collisionnels (collisions CH3F-CH3F et CH3F-He) des transitions optiques et de leurs composantes Stark. Des mesures microondes ont été réalisées à l'ESTC à Prague. Leur analyse a permis d'en extraire des paramètres collisionnels à l'aide de divers profils de raies (Voigt, Rautian, dépendantes de vitesse) pour les transitions J, K → J + 1, K (K = 0, …, J) avec J = 1 et J = 3 et leurs diverses composantes Stark J, K, M → J + 1, K, M' (|M| = 0, …, J ; |M − M'| = 0, 1). De plus, un modèle fondé sur l'approximation Infinite Order Sudden (IOS) a été construit pour décrire les effets d'interférences collisionnelles observés. Les résultats expérimentaux obtenus complètent et étendent des travaux précédents et sont la première démonstration de la capacité de l'approximation IOS à modéliser les couplages collisionnels entre composantes Stark / The work presented in this thesis belongs to the domain of theoretical and experimental gas phase molecular spectroscopy. It consists of two parts dedicated to two relatively different aspects in this field. The first part presents a high resolution analysis of the ν5 fundamental band (NO2 in plane bending mode) positions and intensities of D14NO3 (deuterated nitric acid) in the 11 µm spectral region. For this study, we used an infrared spectrum of D14NO3 recorded in the 700−1400 cm−1 region on a Fourier transform spectrometer at Bergische Universität in Wuppertal (Germany). Our analysis demonstrates that the fundamental ν5 band centered at 887.657 cm−1 is strongly perturbed. Indeed, it proves that 5^1 and 7^1+9^1 energy levels of DNO3 are coupled through A and B type Coriolis resonances. The resonance scheme for the isotopologue D14NO3 therefore differs substantially from the schemes of H14NO3 and H15NO3 that feature dominantly Fermi type resonances. The second theme treated in this work is devoted to the lineshapes of pure rotational transitions of CH3F with the study of collisional broadening (collisions CH3F-CH3F and CH3F-He) of optical transitions and their Stark components. The microwave measurements were realised at ICT in Prague. Their analysis enabled to provide collisional parameters using various line profiles (Voigt, Rautian, Speed dependent) for the J, K → J + 1, K (K = 0, …, J) transitions with J = 1 and J = 3 as well as for their various Stark components J, K, M → J + 1, K, M' (|M| = 0, …, J ; |M − M'| = 0, 1). Moreover, a correct use of model based on Infinite Order Sudden approximation led to very satisfactory results of the observed line-mixing effects. The retrieved experimental results complete and extend the previous studies and provide the first successful demonstration of the ability of the IOS approximation to model line-mixing effects among Stark transitions

Le rôle de la microstructure trabéculaire et corticale dans la résistance osseuse et le risque de fracture est bien documenté mais son déterminisme génétique n’a pas encore été étudié. Pour savoir si la microarchitecture osseuse et le métabolisme osseux ont un déterminisme héréditaire, une étude épidémiologique transversale (étude MODAM) a été menée pour évaluer la ressemblance familiale de la microarchitecture osseuse chez les femmes ménopausées et leurs filles non ménopausées en utilisant la tomodensitométrie quantitative périphérique haute résolution (HR-pQCT). Nous avons constaté que les filles des femmes ayant subi une fracture ont une densité osseuse volumétrique totale (vBMD) plus faible, des corticales amincies, et une altération de la microarchitecture osseuse trabéculaire au niveau du radius distal et du tibia comparativement aux filles dont les mères n’ont pas eu de fracture. Une autre étude épidémiologique transversale (étude MINOS) a été menée pour évaluer la corrélation de la densité minérale osseuse (DMO), de la taille des os, des marqueurs du remodelage osseux (BTM) et des hormones de régulation du remodelage osseux dans des paires de frères et des paires d'hommes non apparentés, appariés pour l'âge, le poids et la taille. Nous avons constaté que la taille des os, la DMO à certains sites du squelette et la plupart des BTM étaient plus fortement corrélés chez les frères comparativement aux hommes non apparentés. Ces données suggèrent un déterminisme héréditaire substantiel des niveaux de BTM chez les hommes. En conclusion, nous développons et confirmons l'importance des facteurs familiaux dans la pathogénie de l'ostéoporose chez les femmes et les hommes / The role of trabecular and cortical microstructure in bone strength and fracture risk is well documented, but its genetic determinism has not yet been studied. To find whether the bone microarchitecture, and bone metabolism have a strong hereditary determinism, a crosssectional epidemiological study (MODAM study) was conducted, investigating the familial resemblance of bone microarchitecture in postmenopausal mothers and their premenopausal daughters using high-resolution peripheral quantitative computed tomography (HR-pQCT). We found that daughters of women with fracture have lower total volumetric bone mineral density (vBMD), thinner cortices, and impaired trabecular microarchitecture at the distal radius and tibia, compared with daughters of women without fracture. Another cross-sectional epidemiological study (MINOS study) was conducted to assess the correlation of bone mineral density (BMD), bone size, bone turnover markers (BTMs) and hormones regulating bone turnover in pairs of brothers and pairs of unrelated men, matched for age, weight and height. We found that bone size, BMD at some skeletal sites and most of the BTM levels correlated more strongly in the brothers than in the unrelated men. These data suggest a substantial hereditary determinism of the BTM levels in men. In conclusion, we expand and confirm the importance of familial factors in the pathogenesis of osteoporosis in both women and men

Les travaux présentés dans cette thèse concernent l’utilisation de données de télédétection inédites pour le suivi des glaciers du massif du Mont Blanc : les images radar à synthèse d’ouverture Haute Résolution (HR) du satellite TerraSAR-X et les prises de vue HR d’un appareil photo numérique automatique. Cette thèse s’attache à montrer l’apport de ces sources d’informations hétérogènes pour mesurer le déplacement de surface des glaciers alpins. Dans cette optique, un examen des méthodes de mesure de déplacement spécifiques à chacun des deux types d’images est réalisé. Deux approches sont alors explorées : la mesure de déplacement monosource dans la géométrie propre à chaque capteur et la mesure de déplacement multisource via des combinaisons intra-capteur et inter-capteur. Alors que l’approche monosource fournit uniquement des mesures 2D du déplacement, les mesures multisources permettent pour la première fois d’estimer des champs de déplacement 3D de la surface des glaciers du Mont Blanc. Les mesures ont été réalisées sur plusieurs séries temporelles d’images couvrant la période 2008-2009 pour quatre glaciers du massif du Mont Blanc (Argentière, Mer de Glace/Leschaux, Bossons et Taconnaz). Dans le contexte du changement climatique, ces mesures de déplacement de surface fournissent une donnée intéressante en glaciologie pour contraindre les modèles numériques d’écoulement et d’évolution des glaciers. / The works presented in this PhD thesis focuses on the use of new remote sensing data for "massif du Mont Blanc" glaciers’ monitoring: High Resolution (HR) synthetic aperture radar images of TerraSAR-X satellite and HR shooting of the automatic digital camera. This thesis will show the contribution of this heterogeneous information to the measurement of the surface displacement of alpine glacier. For this purpose, a review of displacement measurement methods specific to each of the two types of image is proposed. Then two approaches are explored: the mono-source displacement measurement in the geometry for each sensor and the multi-source displacement measurement via intra-sensor and inter-sensor combinations. While the mono-source approach provides only 2D displacement measurements, multi-source measurements allow, for the first time, the estimation of 3D surface displacement fields of the Mont Blanc glaciers. The measurements were performed on several image time series covering the period 2008-2009 for four Mont Blanc glaciers (Argentière, Mer de Glace/Leschaux, Bossons et Taconnaz). In the context of global warming, these surface displacement measurements provide interesting data in the glaciology domain in order to constrain flow and evolution digital models.

La spectrométrie de masse joue un rôle clef dans l’exploration spatiale, notamment dans la caractérisation de la matière organique présente sur de nombreux objets du Système Solaire. Dans ce manuscrit, l’accent est particulièrement mis sur Titan, présentant une chimie organique complexe initiée dans son ionosphère et se répercutant jusqu’à sa surface. Les spectromètres de masse embarqués à bord de la mission Cassini-Huygens ont permis de nombreuses détections de composés organiques. Cependant, les limites instrumentales d’un point de vue analytique poussent la communauté scientifique à se pencher sur de nouvelles techniques de spectrométrie de masse dites à haute résolution (HRMS).Mon travail de thèse s’est inscrit dans le développement d’un nouveau type d’analyseur en masse basé sur la technologie Orbitrap, instrumentation HRMS de laboratoire, pour une application spatiale. Ce projet se nomme CosmOrbitrap. L’objectif s’est ainsi concentré sur les possibilités d’analyse de la matière organique avec une configuration instrumentale simple et compacte couplant directement l’analyseur CosmOrbitrap à une ionisation par ablation laser (LAb-CosmOrbitrap), dans un contexte de future mission spatiale. L’identification univoque de composés organiques purs ou formant des mélanges complexes, la démonstration des performances en termes de résolution, de précision en masse et d’étude des rapports isotopiques mais également l’influence de la pression sur la résolution en masse obtenue sur des composés organiques sont détaillées dans ce manuscrit. L’analyse de la matière brute d’analogues d’aérosols de Titan synthétisés en laboratoire (tholins) montre un cas d’étude concret sur les capacités du LAb-CosmOrbitrap à permettre une analyse chimique profonde des échantillons représentatifs d’un environnement d’intérêt exobiologique. / Mass spectrometry is a key tool in space exploration, for the analysis of organic matter of many Solar System bodies. In this dissertation, we mainly focus on Titan. This amazing object in the Solar System shows a very rich organic chemistry from the ionosphere to the surface. Mass spectrometers aboard the Cassini-Huygens spacecraft have allowed the detection of many organic compounds. However, instrumental limits in terms of analytical performances lead scientists to develop new high resolution mass spectrometry techniques (HRMS).My PhD is rooted to the development of a new high resolution mass analyzer based on the Orbitrap technology, for a space application. This project is named CosmOrbitrap. The efficiency of a simple and compact instrumental version of CosmOrbitrap coupled with a laser ablation ionization process (LAb-CosmOrbitrap) is demonstrated on organic matter analyses in the framework of a future space mission. Univocal identification of pure organics compounds and complex organic mixtures, analytical performances such as mass resolving power, mass accuracy and isotopic abundances determination as well as the impact of the pressure on the mass resolution of organics are part of this dissertation. The study of laboratory analogs of Titan aerosols (named tholins) shows capabilities of the LAb-CosmOrbitrap to provide a deep chemical analysis of exobiological environment.