En 1969, il a été suggéré que des lacunes atomiques pourraient former un condensat de Bose dans l'hélium-4 solide, ce qui lui conférerait des propriétés de superfluidité. Ce scénario n'a toujours pas pu être observé, car il semblerait que l'énergie d'activation des lacunes soit trop importante. Toutefois, cette énergie diminue lorsque le volume molaire du solide augmente, mais cette diminution est limitée par la fusion du solide. Le travail présenté dans cette thèse, vise à produire un état d'hélium solide métastable par rapport à la fusion, pour prolonger la diminution de l'énergie d'activation et tendre vers la réalisation du scénario. Pour cela nous avons développé une technique permettant de focaliser une onde ultrasonore dans un monocristal d'hélium pourtant anisotrope. Les oscillations de pression provoquées par l'onde portent transitoirement l'hélium sous sa pression de fusion, qui est d'environ 25 bar. Une mesure interférométrique du champ acoustique émis, faite à travers les accès optiques du cryostat, nous permet de déterminer la pression de l'échantillon métastable produit. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible d'obtenir des états métastables décomprimés jusqu'à 21 bar, soit 4,5 bar sous la pression de fusion. Au-delà de cette limite, le cristal subit une instabilité inattendue, bien avant la limite spinodale prédite théoriquement. L'analyse de cette instabilité montre que le phénomène pourrait correspondre à la nucléation de la phase liquide, bien que sa pression d'apparition soit incompatible avec le modèle actuel.

Ces travaux de thèse proposent une amélioration du Scanning Microdeformation Microscope (SMM),un microscope à sonde locale, pour la caractérisation mécanique élastique des matériaux à l’échellelocale. Il est montré qu’en utilisant n > 2 modes de résonance du SMM, il est possible de découplerles mesures du module de Young et du coefficient de Poisson d’un matériau isotrope.Une étude des modes du résonateur a permis d’enrichir son modèle afin qu’il puisse modélisern > 2 modes. Des procédures ont été développées pour identifier les paramètres de ce modèle etles constantes élastiques des matériaux à partir de n > 2 fréquences de résonance. Enfin, ces procéduresont été appliquées à des exemples de caractérisation à l’échelle locale afin de valider laméthode et d’en exhiber les possibilités et les limites.Pour gagner en robustesse et se diriger vers la caractérisation des matériaux anisotropes, un systèmed’imagerie interférométrique en lumière polarisée, permettant la mesure du champ de rotationde surfaces réfléchissantes dans une direction particulière, a été développé pour être intégré auSMM. Son prisme biréfringent à gradient uniaxial d’indice lui confère sa sensibilité à la rotation. Cesystème est capable de mesurer un champ de rotation localisé comme c’est le cas au voisinage dela pointe du SMM. Il a aussi montré son intérêt dans les cas où l’effet d’échelle rend particulièrementintéressante la mesure de la rotation. / This work proposes an improvement of the Scanning Microdeformation Microscope (SMM), a scanningprobe microscope, for the mechanical elastic characterization of materials at local scale. It demonstratesthat using n > 2 SMM resonance frequencies allows to decouple Young’s modulus andPoisson’s ratio values for an isotropic material.The mechanical description of the resonator has been enriched in order to allow for an accuratemodeling over a wide frequency range. Procedures have been developed to identify the modellingparameters and the elastic constants of the materials from n > 2 resonant frequencies. Finally, theseprocedures have been applied to the characterization of various materials at local scale in order tovalidate the method and to present possibilities and limits.To improve robustness and move towards the characterization of anisotropic materials, a polarizedlightimaging interferometer was developed to measure the rotation field of reflecting surfaces in aparticular direction. The sensitivity to the rotation originates from a homemade birefringent prism withuniaxial gradient of refractive index. This system is able to measure a localized rotation field as it isinduced in the vicinity of the tip of the SMM. Its interest is also demonstrated in cases in which scaleeffects make the rotation measurement preferable to the out-of-plane displacement measurement.

Les structures immergées telles que des hydroliennes génèrent des écoulements turbulents pouvant fortement perturber les fonds marins. La compréhension de l’impact de la présence de ces structures nécessite de comprendre la dynamique tridimensionnelle des tourbillons qu’elles génèrent. Les méthodes optiques, par leur aspect non intrusif, permettent d’analyser de telles dynamiques. L’imagerie interférométrique en défaut de mise au point est une technique développée à l’originepour la mesure de taille de particules sphériques transparentes telles que des gouttes ou des bulles. Nous proposons ici l’extension de cette technique à la mesure simultanée de particules irrégulières et sphériques. Un premier montage expérimental a permis de valider la méthode pour la mesure de taille et de position tridimensionnelle de grains de sable et de bulles d’air dans l’eau. Un second dispositif a été réalisé sur un canal à houle de plus grandes dimensions, permettant d’introduire les notions de suivi tridimensionnel de particules irrégulières et d’analyse de variation de leur orientation. Un troisième montage composé de deux dispositifs d’imagerie interférométrique selon deux angles d’observations est utilisé pour la reconnaissance de forme de différentes familles de particules irrégulières. Grâce à des comparaisons avec des simulations, les dimensions et l’orientation de ces particules sont déterminées. Ce type de montage devrait être adapté à la caractérisation de cristaux de glace dont divers types de formes sont connus. Ces travaux ouvrent des perspectives pour l’extension de la technique aux mesures de vitesses de particules dans des écoulements hostiles, combinées avec la reconnaissance de forme et la détermination de la rotation de particules. / Submerged structures such as tidal turbines generate turbulent flows that can strongly disrupt the seabed. Understanding the impact of the presence of these structures requires understanding the three-dimensional dynamics of the vortices they generate. Optical methods, by their non-intrusive aspect, make it possible to analyze these dynamics. Interferometric Particle Imaging is a technique originally developed for the measurement of transparent spherical particles such as droplets orbubbles. We offer here an extension of this technique for the simultaneous characterization of irregular and spherical particles in a flow. A first experimental set-up has confirmed the validity of the method for the size and three-dimensional position measurement of grains of sand and air bubbles in water. A second device was used on a wave flume of bigger dimensions, introducing the notions of three-dimensional tracking of irregular particles and the analysis of the variation of their orientation.A third device made of two Interferometric Particle Imaging set-ups at two angles of observation is described for the shape recognition of different families of irregular particles. Through comparisons with simulations, dimensions and orientations of these particles are determined. This kind of device should be suitable for the characterization of ice crystals for which various shapes are known. The prospects that such results provide include the extension of the technique to the particle velocitymeasurement in hostile conditions, combined with the shape recognition and the determination of rotation of particles.

Le phénomène de givrage qui se produit durant les vols d’aéronefs, lors de leurs traversées de la troposphère (zone dans laquelle la température peut descendre jusqu’à -60°C) se manifeste par une accrétion de glace sur différentes parties de l’appareil (voilures, réacteurs, sondes de mesure…) mettant en péril la sécurité de celui-ci. Ce phénomène constitue alors une problématique majeure pour la sécurité de l’aviation civile, c’est pourquoi il est nécessaire de développer de nouvelles techniques de mesure afin de détecter et d’éviter les zones à risques. Notre intérêt s’est porté sur l’imagerie interférométrique en défaut de mise au point, une technique optique offrant de nombreux avantages (large champ de mesure, gamme de tailles étudiée étendue [50 μm : quelques millimètres], distance particule/appareil de mesure de plusieurs dizaines de centimètres…). Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé un dispositif d’Imagerie Interférométrique de Particules (IIP) multi-vues permettant de caractériser les cristaux de glace en suspension dans latroposphère. En effet, par comparaison avec des mesures obtenues sur des images nettesenregistrées simultanément, nous avons validé l’utilisation de l’IIP multi-vues pour l’estimation dedimensions de particules de glace avec un taux d’erreur inférieur à 20%. Nous avons égalementproposé différentes approches permettant d’estimer les volumes des particules de glace et mis enévidence la « signature » typique d’une gouttelette en cours de givrage à partir d’images d’IIP.Dans une seconde partie, nous avons validé l’utilisation de l’IIP multi-vues pour le cas complexe oùles interférogrammes d’une paire de particules de glace proches l’une de l’autre se recouvrent etdiscuté des phénomènes de Moiré qui peuvent apparaître et perturber nos mesures. En outre, nousavons étendu le domaine d’utilisation de l’IIP à des milieux moins dilués. Enfin, dans une dernière partie, nous avons développé un dispositif expérimental innovant nous permettant d’effectuer des mesures d’IIP expérimentales à partir de particules « programmées » sur une matrice de micro-miroirs (DMD). / The icing phenomenon that occurs during aircraft flights during their troposphere crossings (an area where the temperature can drop to -60 ° C) is manifested by an accretion of ice on different parts of the apparatus (wings, reactors, measurement probes ...) endangering the safety of this latter. This phenomenon is therefore a major problem for the safety of civil aviation, that's why it is necessary to develop new measurement techniques to detect and avoid risk's areas. Our interest has been on interferometric out-of-focus imaging, an optical technique offering many advantages (wide measurement field, range of studied sizes extended [50 μm: a few millimeters], distance particle / measuring device several tens of centimeters ...). During this thesis, we have developed a multi-view Interferometric Particle Imaging (IPI) device to characterize suspended ice crystals in the troposphere. Indeed, by comparison with measurements obtained on in-focus images recorded simultaneously, we have validated the use of multi-view IIP for the estimation of ice particle dimensions with an error rate lower than 20%. We also proposed different approaches to estimate ice particle volumes and highlighted the typical "signature" of a droplet during icing from IIP images.In a second part, we validated the use of multi-view IIP for the complex case where the interferograms of a pair of ice particles close to each other overlap and discuss about Moiré phenomena that may appear and disrupt our measurements. In addition, we have extended the field of use of IIP to less diluted media. Finally, in the last part, we have developed an innovative experimental device allowing us to perform experimental IIP measurements from particles "programmed" on a matrix of micro-mirrors (DMD : Digital Micromirror Device).