Des microcavités optiques à miroirs de Bragg ont été élaborées par procédé sol-gel. Des recuits à haute température et de courte durée se révèlent indispensables à la formation d'empilement de couches minces épais. Une étude structurale montre une bonne reproductibilité du procédé et des interfaces très planes. L'étude en régime de couplage faible de l'émission d'ions Eu 3+ en microcavité, montre un fort amincissement de la raie d'émission et une importante augmentation de l'intensité émise à la résonance. Leur application aux nanocristaux de séléniure de cadmium (CdSe) conduit à un comportement différent, si la couche active est fortement dopée par ces émetteurs. Une étude par réflectométrie, montre un élargissement du pic de résonance lorsque celle-ci est située dans la bande d'absorption des nanocristaux. Cet élargissement est alors la cause d'une forte interaction entre les nanocristaux caractérisés par une première raie d'absorption large et un mode de cavité plus fin.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur le bruit d'intensité du laser Brillouin à fibre ainsi que sur le brûlage de trou spectral du processus de diffusion Brillouin stimulée (DBS) dans les fibres. Le bruit d'intensité du laser Brillouin provient principalement de deux sources : les fluctuations du coefficient de réinjection et le bruit d'intensité du laser de pompe. L'influence de chacune d'elles sur le bruit d'intensité du laser Brillouin est évaluée au moyen d'une fonction de transfert. Une étude théorique de ces deux fonctions a été réalisée puis validée expérimentalement. Nous montrons ensuite théoriquement que le brûlage de trou spectral, déjà observé expérimentalement pour le générateur et l'amplificateur Brillouin, peut être interprété en supposant que l'élargissement spectral du processus de DBS est de nature homogène. Le brûlage de trou provient de la saturation du gain conjuguée au couplage entre les variations de l'amplitude des champs optiques.

Le développement de différentes techniques pour contrôler les degrés de liberté internes et externes des molécules et pour produire (ultra-) froide, piège des moléculaire ensembles ouvrir des voies différentes à la physique et la chimie dans le régime de basse température. Il s'agit notamment de nombreux territoires en physique comme, phases quantiques de la matière, traitement de l'information quantique, les froides collisions moléculaires, les chimies froides et aussi de divers tests de haute précision pour la physique fondamentale. Cette thèse décrit diverses expériences de guidage et de décélération des faisceaux supersoniques d'atomes paramagnétiques à l'aide de champs magnétique inhomogène dépendent du temps. Ces champs magnétiques inhomogènes ont été utilisés pour exercer une force sur les atomes ou les molécules paramagnétiques, qui résultent de l'effet Zeeman. Le principe du ralentisseur Zeeman nouvellement développé est de produire un déplacement tridimensionnel du piège magnétique, à la vitesse initiale du faisceau. Le contrôle de la dépendance temporelle du champ magnétique nous permet de contrôler la vitesse du piège magnétique co-mobile, procurant ainsi une décélération d'une classe de vitesse du faisceau supersonique. Le piège magnétique co- mobile est déduit à partir d'une onde magnétique mobile, offrant un minimum de distorsion du piège lors de sa propagation. Les propriétés transverses du piège sont réglables grâce à un champ magnétique transversal quadrupolaire, qui peut être ajusté indépendamment des propriétés de vitesses et l'accélération du piège. Une grande part du travail de thèse a été consacrée à la conception, la réalisation et la construction du montage expérimental, consistant en un jet supersonique et en un dispositif complexe de bobines pour réaliser l'onde magnétique progressive, formant un piège magnétique mobile. Le jet froid pulsé d'atomes métastables est produit par expansion supersonique à travers une valve refroidie à l'azote liquide, excités dans l'état métastable par une décharge électrique. Nous avons guidé le jet d'argon au travers d'un tube capillaire le guidage et la décélération ont été démontrés. Le piège magnétique mobile est formé par la combinaison d'un champ magnétique quadrupolaire et d'un champ magnétique axial modulé spécialement. Le champ quadrupolaire est continu et un gradient de champ est dirigé seulement dans la direction transverse du jet. Le circuit plan produit une onde magnétique sinusoïdale avec un gradient de champ dans la direction axiale. Avec l'électronique fabriquée au laboratoire, ou peut produire une onde magnétique progressive d'amplitude 0.69T (avec un courant AC de 300A) et de fréquence 40 kHz. On obtient ainsi une onde qui se déplace à une vitesse de 464m/s. Plusieurs expériences de principe ont été réalisées en utilisant le jet froid pulsé d'argon métastable. Nous avons étudié les propriétés de guidage du quadrupole pour divers courants et pour différents atomes (hélium et argon) et comparé les résultats aux prédictions théoriques de simulations numériques. Le jet d'argon métastable a été guidé en 3D à des vitesses variées (464m/s, 400m/s, 392m/s) avec un décélérateur de 28cm de long. La température observée du paquet guidé est de 100mK. L'expérience de décélération a été réalisée avec le jet d'argon métastable depuis la vitesse de 400m/s jusqu'à 370m/s et depuis la vitesse de 392m/s jusqu'à 365m/s. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les simulations numériques.

Les expériences de résonance magnétique nucléaire (RMN) sont généralement réalisées dans des champs magnétiques très élevés et très homogènes. Cependant, des systèmes portables sont apparus ces dernières années. Ces systèmes permettent de faire des mesures de relaxométrie. Si les champs magnétiques statique et radiofréquence (RF) sont corrélés, il est également possible d'acquérir des spectres RMN.<br /><br />Si le champ magnétique statique est inhomogène, l'excitation de l'échantillon et la réception du signal doivent être large bande. Plusieurs séquences d'excitation ont été étudiées, dans le cadre d'applications RMN portables. L'utilisation d'impulsions modulées en fréquence permet de minimiser la puissance instantanée émise par le système. Une modélisation des signaux d'échos de nutation permet d'évaluer l'effet des défauts de corrélation entre les champs statique et RF. A la réception, si la fréquence de résonance n'est pas stable (la polarisation des aimants varie avec la température), la représentation des signaux d'écho dans le plan temps-fréquence permet d'améliorer le rapport signal sur bruit.<br /><br />Une solution permettant de générer deux champs magnétiques perpendiculaires et corrélés a été proposée. Cette solution, basée sur le théorème de rotation de l'aimantation, est valable pour des systèmes infiniment longs. L'influence des effets de bord et de plusieurs imperfections a été étudiée. Une sonde RMN portable a été construite ; cette sonde mesure 8x3x1.5 cm3. Des premiers signaux ont été obtenus avec cette sonde.<br /><br />Enfin, un spectromètre RMN existant a été adapté à des application RMN portable. Des préamplificateurs ont été construits et un nouveau logiciel de commande, plus souple, a été développé. Ce spectromètre a permis d'obtenir des signaux RMN en champ magnétique inhomogène.

Dans la cochlée, la réponse couplée de sa structure et de son fluide interne peut être représentée sous la forme d’une onde dont les caractéristiques varient en fonction de la position longitudinale. La méthode asymptotique Wentzel-Kramers-Brillouin est adaptée à la modélisation de ce type d’onde. Dans un premier temps, cette méthode est reprise. Un modèle numérique est également développé et les résultats des deux méthodes sont comparés. Dans un deuxième temps, la métohde Wentzel-Kramers-Brillouin est améliorée afin de prendre en compte le couplage entre plusieurs ondes. Le couplage d’un mode propagatif avec des modes évanescents est réalisé et validé. Dans la cochlée, la stimulation des cellules cillées résulte d’un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale et de flexion de la membrane basilaire. Le couplage entre ces deux modes de déformation est encore peu connu et offre une perspective intéressante. Dans un troisième temps, une nouvelle méthode couplant la méthode Wentzel-Kramesr Brillouin et une méthode numérique est développée et validée afin de déterminer des modes transverses de propagation. Cette méthode est appliquée à la mécanique cochléaire et un mode de flexion de la membrane basilaire et un mode relatif à un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale sont déterminés. Enfin, une expérience inspirée des cochlées artificielles est conçue et réalisée. La propagation d’ondes est observée et la tonotopie est mesurée et comparée aux modèles. Afin de limiter la réflexion des ondes et de faciliter la mesure, une combinaison originale du trou noir acoustique avec une lame de largeur variable est utilisée. / The cochlea is the organ of hearing for humans and mammals. It is often modelled as an inhomogeneous waveguide. A travelling wave propagates along the fluid structure coupled waveguide. The mechanical impedance of the structure is varying and provides a frequency place relation. The asymptotic method Wentzel-Kramers-Brillouin allows to solve for the basilar membrane vibration. The evanescents modes are taken into account to provide a better representation compared to the numerical models. As a second step, the finite elements method is used to solve for the transversal modes while the WKB Approximation deals with the longitudinal propagation. The first flexural mode of the basilar membrane is shown. The second propagative mode reveals a shearing motion of the tectorial membrane which can help stimulating the hair cells. An over-size artificial cochlea is designed and built. Thanks to an acoustic black hole, used as a anechoic end, travelling waves are observed on this device. Reflected waves are attenuated and the interferences with incident waves reduced. Mode coupling could be applied not only to evanescent modes but also to propagatives ones. Perspectives for the adaptation of the WKB method to fluid structure inhomogeneous waveguides, and particularly to the immersed acoustic black hole, seem to be very promising.

Les modèles de mutations décrivent le processus d’apparitions rares et aléatoires de mutations au cours de lacroissance d’une population de cellules. Les échantillons obtenus sont constitués de nombres finaux de cellules mutantes,qui peuvent être couplés avec des nombres totaux de cellules ou un nombre moyen de cellules en fin d’expérience.La loi du nombre final de mutantes est une loi à queue lourde : de grands décomptes, appelés “jackpots”,apparaissent fréquemment dans les données.Une construction générale des modèles se décompose en troisniveaux. Le premier niveau est l’apparition de mutations aléatoires au cours d’un processus de croissance de population.En pratique, les divisions cellulaires sont très nombreuses, et la probabilité qu’une de ces divisions conduise à une mutation est faible,ce qui justifie une approximation poissonnienne pour le nombre de mutations survenant pendant un temps d’observation donné.Le second niveau est celui des durées de développement des clones issus de cellules mutantes. Du fait de la croissance exponentielle,la majeure partie des mutations ont lieu à la fin du processus, et les durées de développement sont alors indépendanteset exponentiellement distribuées. Le troisième niveau concerne le nombre decellules qu’un clone issu d’une cellule mutante atteint pendant une durée de développement donnée.La loi de ce nombre dépend principalement de la loi des instants de division des mutantes.Le modèle classique, dit de Luria-Delbrück, suppose que les développements cellulaires des cellules normales aussi bien que mutantess’effectue selon un processus de Yule. On peut dans ce cas calculer expliciter la loi du nombre final de mutantes.Elle dépend de deux paramètres, qui sont le nombre moyen de mutations et le paramètre de fitness (ratio des taux de croissance des deux types de cellules).Le problème statistique consiste à estimer ces deux paramètres au vu d’un échantillon denombres finaux de mutantes. Il peut être résolu par maximisation de la vraisemblance,ou bien par une méthode basée sur la fonction génératrice. Diviser l'estimation du nombre moyen de mutations par le nombre total de cellulespermet alors d'estimer la probabilité d’apparition d’une mutation au cours d’une division cellulaire.L’estimation de cette probabilité est d’une importancecruciale dans plusieurs domaines de la médecine et debiologie: rechute de cancer, résistance aux antibiotiques de Mycobacterium Tuberculosis, etc.La difficulté provient de ce que les hypothèses de modélisation sous lesquelles la distribution du nombre final de mutants est explicitesont irréalistes.Or estimer les paramètres d’un modèle quand la réalité en suit un autre conduit nécessairement à un biais d’estimation.Il est donc nécessaire de disposer de méthodes d’estimation robustes pour lesquelles le biais, en particulier sur la probabilité de mutation,reste le moins sensible possible aux hypothèses de modélisation.Cette thèse contient une étude probabiliste et statistique de modèles de mutations prenant en compte les sources de biais suivantes : durées de vie non exponentielles, morts cellulaires,variabilité du nombre final de cellules, durées de vie non-exponentielles et non-identiquement distribuées, dilution de la population initiale.Des études par simulation des méthodes considérées sont effectuées afin de proposer, selon les caractéristiques du modèle,l’estimation la plus fiable possible. Ces méthodes ont également été appliquées à desjeux de données réelles, afin de comparer les résultats avec les estimations obtenues avec les modèles classiques.Un package R a été implémenté en collaboration avec Rémy Drouilhet et Stéphane Despréaux et est disponible sur le CRAN.Ce package est constitué des différents résultats obtenus au cours de ce travail. Il contient des fonctions dédiées aux modèles de mutations,ainsi qu'à l'estimation des paramètres. Les applications ont été développées pour le Labex TOUCAN (Toulouse Cancer). / Mutation models are probabilistic descriptions of the growth of a population of cells, where mutationsoccur randomly during the process. Data are samples of integers, interpreted as final numbers ofmutant cells. These numbers may be coupled with final numbers of cells (mutant and non mutant) or a mean final number of cells.The frequent appearance in the data of very large mutant counts, usually called “jackpots”, evidencesheavy-tailed probability distributions.Any mutation model can be interpreted as the result of three ingredients. The first ingredient is about the number of mutations occuring with small probabilityamong a large number of cell divisions. Due to the law of small numbers, the number of mutations approximately follows aPoisson distribution. The second ingredient models the developing duration of the clone stemming from each mutation. Due to exponentialgrowth, most mutations occur close to the end of the experiment. Thus the developing time of arandom clone has exponential distribution. The last ingredients represents the number of mutant cells that any clone developing for a given time will produce. Thedistribution of this number depends mainly on the distribution of division times of mutants.One of the most used mutation model is the Luria-Delbrück model.In these model, division times of mutant cells were supposed to be exponentially distributed.Thus a clone develops according to a Yule process and its size at any given time follows a geometric distribution.This approach leads to a family of probability distributions which depend on the expected number of mutations and the relative fitness, which is the ratio between the growth rate of normal cells to that of mutants.The statistic purpose of these models is the estimation of these parameters. The probability for amutant cell to appear upon any given cell division is estimated dividing the mean number of mutations by the mean final number of cells.Given samples of final mutant counts, it is possible to build estimators maximizing the likelihood, or usingprobability generating function.Computing robust estimates is of crucial importance in medical applications, like cancer tumor relapse or multidrug resistance of Mycobacterium Tuberculosis for instance.The problem with classical mutation models, is that they are based on quite unrealistic assumptions: constant final number of cells,no cell deaths, exponential distribution of lifetimes, or time homogeneity. Using a model for estimation, when thedata have been generated by another one, necessarily induces a bias on estimates.Several sources of bias has been partially dealed until now: non-exponential lifetimes, cell deaths, fluctuations of the final count of cells,dependence of the lifetimes, plating efficiency. The time homogeneity remains untreated.This thesis contains probabilistic and statistic study of mutation models taking into account the following bias sources:non-exponential and non-identical lifetimes, cell deaths, fluctuations of the final count of cells, plating efficiency.Simulation studies has been performed in order to propose robust estimation methods, whatever the modeling assumptions.The methods have also been applied to real data sets, to compare the results with the estimates obtained under classical models.An R package based on the different results obtained in this work has been implemented (joint work with Rémy Drouilhetand Stéphane Despréaux) and is available on the CRAN. It includes functions dedicated to the mutation models and parameter estimation.The applications have been developed for the Labex TOUCAN (Toulouse Cancer).

Le Modèle Standard de la cosmologie décrit la formation des structures à grande échelle dans l'Univers récent dans un cadre quasi–newtonien. Ce modèle requiert la présence de composantes inconnues, la Matière Noire et l'Énergie Noire, afin de vérifier correctement les observations. Ces deux quantités représentent à elles seules près de 95% du contenu de l'Univers. Bien que ces composantes sombres soient activement recherchées par la communauté scientifique, il existe plusieurs alternatives qui tentent de traiter le problème des structures à grande échelle. Les théories inhomogènes décrivent l'impact des fluctuations cinématiques sur le comportement global de l'Univers. D'autres théories proposent également d'aller au-delà de la relativité générale. Durant cette thèse, j'ai mis au point des éléments clés d'une théorie lagrangienne totalement relativiste de la formation des structures. Supposant un feuilletage particulier de l'espace–temps j'ai résolu le système d'équations du premier ordre afin d'obtenir des solutions décrivant l'évolution de la matière dans un espace à la géométrie perturbée. J'ai également développé un schéma de résolution pour les ordres supérieurs de perturbation ainsi que leurs équivalent newtoniens. Une autre partie de ce travail de thèse consiste en le développement de quelques applications directes : la description d'un Univers silencieux ou l'hypothèse de courbure de Weyl et le problème de 'entropie gravitationnelle. Les objectifs à plus ou moins court terme seraient d'obtenir la description d'observables physiques and le développement d'autres applications. Cette étape de développement sera une interaction entre approches théorique et numérique et requerra de se rapprocher fortement des observateurs / The standard model of cosmology describes the formation of large scale structures in the late Universe within a quasi–Newtonian theory. This model requires the presence of unknown compounds of the Universe, Dark Matter and Dark Energy, to properly fit the observations. These two quantities, according to the Standard Model, represent almost 95% of the content of the Universe. Although the dark components are searched for by the scientific community, there exist several alternatives which try to deal with the problem of the large scale structures. Inhomogeneous theories describe the impact of the kinematical fluctuations on the global behaviour of the Universe. Or some theories proposed to go beyond general relativity. During my Ph.D. thesis, I developed key–elements of a fully relativistic Lagrangian theory of structure formation. Assuming a specific space–time slicing, I solved the first order system of equations to obtain solutions which describe the matter evolution within the perturbed geometry, and I developed higher order schemes and their correspondences with the Lagrangian perturbation solutions in the Newtonian approach. I also worked on some applications of these results like the description of a silent Universe or the Weyl curvature hypothesis and the problem of gravitational entropy. Further objectives are the description of physical observables and the development of direct applications. Next step of the development is an interaction between theoretical and numerical approaches, a study which would require strong cooperation with observers

Nous avons étudié les phénomènes convectifs et leur interaction dynamique avec la formation des microstructures pendant la solidification dirigée d’alliages étalliquesbinaires.La méthode post-mortem a été utilisée d’abord pour étudier la Transition olonnaire-Equiaxe pendant la solidification dirigée d’échantillons cylindriques d’Al-3,5wt%Ni non affiné sous la Technique de Rotation Accélérée de Creuset. La simulation numérique a été éffectuée et acquérie les résultats en concordance avec les manipulations.La technique in-situ a été appliquée pour comprendre l’évolution en fonction de temps des grains pendant solidification d’Al-4wt%Cu. La caractéstiques tatistiques des grains ont été discutées.La convection d’instabilité déclenchée par la poussée ou la tension superfaciale sous les gradients thermiques verticale et horizontale dans un système de double couches liquide-zone poreuse ont réspectivement étudié par analysis d’instabilité linéaire.L’inhomogénéité de la perméabilité de zone pateuse dendritique a été tenue en compte afin de comprendre son influence sur le début de convection pendant la solidification dirigée d’Al-3,5wt%Li. / We studied the convective phenomena and their dynamical interaction with the formation of the microstructurs during directional solidification of binary metallic alloys.The post-mortem method was used first to study the Columnar-Equiaxed-Transition during the directional solidification of unrefined Al-3.5wt%Ni in cylindric samples under the Accelerated Crucible Rotation Technique. The numerical imulation was carried out and achieved the results in agreement with experiments.The in-situ technique was applied to understand the evolution of equiaxed grains during solidification of Al-4wt%Cu in function of time. The statistical characteristics of equiaxed grains were discussed.The buoyancy-driven and surface-tension-driven instability convection under vertical and horizontal thermal gradients in a liquid-porous double-layered system were respectively investigated through linear instability analysis.The inhomogeneity of the dendritic mush permeability was taken into account in order to understand its influence on the triggering of convection during the directional solidification of Al-3.5wt%Li.

On s'intéresse dans cette thèse au modèle de la marche aléatoire branchante, un système de particules qui évoluent au court du temps en se déplaçant et se reproduisant de façon indépendante. Le but est d'étudier le rythme auquel ces particules se déplacent, dans deux variantes particulières de marches aléatoires branchantes. Dans la première variante, la façon dont les individus se déplacent et se reproduisent dépend du temps. Ce modèle a été introduit par Fang et Zeitouni en 2010. Nous nous intéresserons à trois types de dépendance en temps : une brusque modification du mécanisme de reproduction des individus après un temps long ; une lente évolution de ce mécanisme à une échelle macroscopique ; et des fluctuations aléatoires à chaque génération. Dans la seconde variante, le mécanisme de reproduction est constant, mais les individus subissent un processus de sélection darwinien. La position d'un individu est interprétée comme son degré d'adaptation au milieu, et le déplacement d'un enfant par rapport à son parent représente l'héritage des gènes. Dans un tel processus, la taille maximale de la population est fixée à une certaine constante N, et à chaque étape, seuls les N plus à droite sont conservés. Ce modèle a été introduit par Brunet, Derrida, Mueller et Munier, et étudié par Bérard et Gouéré en 2010. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à une variante de ce modèle, qui autorise quelques grands sauts. Dans un second temps, nous avons considéré que la taille totale N de la population dépend du temps. / In this thesis, we take interest in the branching random walk, a particles system, in which particles move and reproduce independently. The aim is to study the rhythm at which these particles invade their environment, a quantity which often reveals information on the past of the extremal individuals. We take care of two particular variants of branching random walk, that we describe below.In the first variant, the way individuals behave evolves with time. This model has been introduced by Fang and Zeitouni in 2010. This time-dependence can be a slow evolution of the reproduction mechanism of individuals, at macroscopic scale, in which case the maximal displacement is obtained through the resolution of a convex optimization problem. A second kind of time-dependence is to sample at random, at each generation, the way individuals behave. This model has been introduced and studied in an article in collaboration with Piotr Mi\l{}os.In the second variant, individuals endure a Darwinian selection mechanism. The position of an individual is understood as its fitness, and the displacement of a child with respect to its parent is associated to the process of heredity. In such a process, the total size of the population is fixed to some integer N, and at each step, only the N fittest individuals survive. This model was introduced by Brunet, Derrida, Mueller and Munier. In a first time, we took interest in a mechanism of reproduction which authorises some large jumps. In the second model we considered, the total size N of the population may depend on time.

Ce mémoire de thèse traite du contrôle et de la mise en forme des fronts de phase et d'énergie d'impulsions lasers brèves ultra-intenses.<br />La première partie est consacrée à la conception et la réalisation d'une boucle d'optique adaptative pour la correction des distorsions de surface d'onde sur la chaîne laser de puissance 100 Térawatts du Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses. Cette boucle repose sur l'utilisation d'un dispositif à cristaux liquides comme modulateur de phase et d'un interféromètre à décalage comme senseur de front d'onde. L'association de ces deux dispositifs a permis la construction d'un système innovant de mesure et mise en forme de la surface d'onde d'impulsions lasers ultra-intenses. Il est démontré qu'il permet de corriger une surface d'onde présentant d'importantes distorsions et ainsi améliorer grandement la qualité de focalisation de faisceaux lasers. Cette boucle d'optique adaptative a été testée avec succès sur la chaîne 100 Térawatts et une correction de la surface d'onde de l'ordre de 60% a ainsi pu être démontrée.<br />La seconde partie du mémoire traite de la mise en forme d'une impulsion laser inhomogène brève permettant le pompage du milieu à gain (un plasma) d'un laser à rayons X. L'idée consiste à jouer sur le parallélisme du système de compression d'impulsions utilisé en fin de chaîne 100 Térawatts. Un modèle expliquant la génération d'une impulsion inhomogène laser brève à l'aide de ce compresseur à réseaux de diffraction est développé. Une campagne expérimentale Laser X a notamment permis de valider les prédictions théoriques annoncées par ce modèle et a montré la nécessité d'utiliser une telle impulsion inhomogène afin d'obtenir une émission laser X lorsque le pompage s'effectue par impulsion brève.