L'imageur de Fresnel est un instrument focalisation diffractive qui est développé pour l'observation astrophysique depuis l'espace. Il est a longue focale, et de ce fait requiert le vol en formation. Pendant ma thèse, le concept a été étudié avec des prototypes au sol et validé en mesurant la qualité des images obtenues et les fonctionnalités de l'instrument. Depuis 2007, un prototype diffractif d'imageur de Fresnel de génération 2 a été conu, il a été mis au point en 2009, et fonctionne en parallèle sur un tube de lunette long de 18 mètres. Plusieurs grilles de Fresnel carrées de 200x200 mm ont été construites, testées au sol par l'observation de cibles astrophysiques, et améliorées pour tendre vers la qualité requise pour des applications depuis l'espace avec des grilles grande taille 4m ou plus. Des observations sont faites à Nice depuis juin 2009 avec un prototype de 200x200 mm d'ouverture, et 18 m de focale. Elles montrent que le concept fonctionne en conditions réelles. Les données acquises et les images obtenues démontrent la fonctionnalité et la qualité de cet imageur de Fresnel. La première partie de la thèse présente le principe de focalisation diffractive utilisé dans l'imageur de Fresnel, la formation des images, et le détail de sa conception : les caractéristiques des différents composants optiques du système et leurs performances nominales. La deuxième partie décrit les essais faits pour valider le concept et pour démontrer la formation des images à haute dynamique, les résultats d'observations, et l'optimisation du prototype au sol. La troisième et dernière partie propose une mission spatiale, et sa configuration pour l'observation depuis l'espace. Une cible telle qu'un disque d'accrétion autour d'une étoile jeune est prise comme cas d'étude pour la mission spatiale d'un imageur de Fresnel avec une ouverture de 20_20 m, ouvrant de nouveaux domaines de l'astrophysique dans l'ultraviolet.

L'environnement proche des étoiles de Herbig AeBe est encore mal connu. Ces étoiles étant plus massives que les étoiles T Tauri, elles évoluent plus vite, et il n'est pas clair que la matière située dans les zones les plus internes puisse se structurer de manière similaire - c'est à dire sous la forme d'un disque accrétant via des colonnes d'accrétion magnetosphérique et de jets bipolaires.<br /><br />Seule l'interférométrie optique permet de sonder les unités astronomiques les plus proches. Ma thèse se place dans le contexte de l'utilisation et le développement de nouveaux diagnostiques à haute résolution angulaire pour l'étude des étoiles jeunes et plus particulièrement des étoiles de Herbig.<br /><br />Dans un premier temps, je développe mon investissement instrumental dans le contexte du spectro-imageur VSI dont le but est de fournir des images indépendantes des modèles à haute résolution angulaire, notamment des étoiles jeunes. Je décris le circuit de recombinaison en optique intégrée au coeur de cet instrument, sa caractérisation complète en laboratoire ainsi que les contraintes obtenues liées aux performances attendues d'un instrument imageur. <br /> <br />Dans un second temps, je présente deux résultats obtenus en spectro-interférométrie, sur une étoile de Herbig Be [MWC297], puis sur une étoile de Herbig Ae [AB AUR], observées avec l'instrument AMBER/VLTI dans son mode de résolution spectrale intermédiaire autour de la raie Brackett gamma. Alors que dans MWC297 cette émission a pu être reproduite avec un modèle d'une enveloppe de gaz en expansion, elle semble être localisée près du bord interne du disque de poussières dans le cas de AB Aur. Une analyse des mesures photométriques et interférométriques en bandes larges est présentée avec un modèle de transfert radiatif complet. <br /><br />Enfin, je présente une étude effectuée sur FU Orionis à partir de mesures de clôtures de phase, quantité donnant accès au degré d'asymétrie d'une émission à l'échelle de la milliseconde d'angle. Le but de ce travail est de tester l'hypothèse de l'existence d'un compagnon proche potentiellement responsable des éruptions de luminosité observées dans les FU Ors.

Dans ce travail, nous proposons de localiser, caractériser et quantifier les déformations topographiques en liaison avec le contexte sismo-tectonique, sans exclure les actions anthropiques, de l’Atlas méridional de la Tunisie. L’analyse sismo-tectonique et le calcul des paramètres morphométriques du relief nous ont permis de distinguer les structures (eg., J. Ben Younes, J Bou Ramli, J. Orbata) qui ont subi préalablement des déformations récentes dues principalement à la réactivation des failles, essentiellement la faille de Gafsa. Dans un autre volet, l’analyse et le traitement de 17 images radar (ERS 1 et 2) couvrant l’Atlas méridional de la Tunisie, grâce à l'interférométrie différentielle (DInSAR), n’a pas révélé des déplacements topographiques liés au contexte géodynamique. Par contre, cette technique nous a permis de déterminer une subsidence locale dans la région de Moulares, que nous interprétons comme une conséquence de l'exploitation des mines souterraines de phosphates. Enfin, la compilation des résultats des différentes analyses nous a permis de suggérer l’établissement d’un réseau GPS de surveillance géodynamique dans la zone d’étude, afin de mieux quantifier la déformation dans la région et à préciser la cartographie sismique et enfin à mieux évaluer l’aléa sismique / In this work, we propose to locate, characterize and quantify the topographic deformations linked to the seismotectonic context, including anthropogenic actions of the southern Atlas of Tunisia. The seismotectonic analyses and the calculation of Landscape morphometric parameters enabled us to distinguish the structures of J. Ben Younes, J Bou Ramli and J. Orbata, , which have experienced recent deformations caused principally by the reactivation of faults, essentially the fault of Gafsa. In another part, the analyses and treatment of 17 radar images (ERS 1 and 2) covering the southern Atlas of Tunisia, using the differential interferometric method (DInSAR), have showed no active neotectonic displacement (associated with topographic geodynamic context). Neverheless, this technique allowed us to determine local subsidence in the region of Moulares, which is interpreted as a consequence of underground mining exploration of phosphates. Finally, the compilation of results of different tests allowed us to suggest the establishment of a monitoring geodynamic GPS network in the study area to better quantify the deformation in the southern Tunisia and to clarify the active faults and the seismic mapping in order to better assess seismic hazard

Comprendre la formation planétaire est un défi majeur de l'astronomie. Il est désormais établi que les systèmes planétaires naissent au sein de disques protoplanétaires, qui se forment concomitamment aux étoiles pré-séquence principale.<br /><br />Cette thèse présente le travail que j'ai mené afin de déterminer les conditions physico-chimiques qui prévalent dans ces objets. Je présente en particulier les observations en interférométrie millimétrique des disques entourant les étoiles jeunes DM Tau, LkCa 15, MWC 480, HD 34282 et AB Aur dans les raies de rotations des isotopes de CO, ainsi que de quelques molécules et radicaux (HCN, CN, etc.). Je présente également le modèle paramétrique que j'ai employé pour analyser ces données, notamment la partie du transfert radiatif hors équilibre thermodynamique local que j'ai développé au cours de ma thèse. Enfin je présente les résultats que j'ai obtenu de ces observations.

L'objectif de ce travail de thèse a été d'évaluer le potentiel de la technique PolInSAR pour l'extraction des paramètres physiques de la forêt et la transposition de ce type d'analyse aux conditions spatiales. <br /><br />Des travaux antérieurs ont montré que cette technique était efficace pour l'estimation de la hauteur des arbres, qui peut être reliée à la biomasse aérienne par une relation allométrique, à partir de données acquises en bande L. La première partie de ces travaux a porté sur le développement de procédures d'inversions aux fréquences extrêmes du spectre généralement utilisé pour l'étude des surfaces naturelles, la bande X et la bande P, dans le contexte de données acquises par le système aéroporté RAMSES sur des forêts de pins. <br /><br />Ensuite, l'influence des paramètres système qui diffèrent le plus de l'aéroporté au satellitaire, la résolution et le rapport Signal à Bruit, est quantifiée sur la robustesse et la précision de l'inversion en bandes X, L et P afin d'en déterminer les limitations en conditions spatiales.

Cette thèse est consacrée à l'étude des micro-miroirs déformables pour l'optique adaptative. Les miroirs déformables actuels montrant aujourd'hui leurs limites en terme de nombre d'actionneurs et d'espace inter-actionneurs, une nouvelle classe de miroir doit être développée. En plus de satisfaire des spécifications actuelles requerrant entre autres une course de dix microns, une réponse linéaire et une bande passante supérieure au kilohertz, ces miroirs déformables devront aussi être compacts et comporter plusieurs milliers d'actionneurs. L'originalité de notre approche tient en la réalisation, en collaboration avec le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes, de micro-miroirs déformables basés sur la technologie des MOEMS et en l'élaboration de couches sacrificielles et structurales en matériau Polymère.<br />Des moyens de modélisation et de caractérisation sont mis en œuvre pour comprendre le comportement de tels composants. Un banc de caractérisation interférométrique est développé afin d'étudier des composants dont les dimensions varient de la dizaine de microns à vingt millimètres. Les mesures de la qualité optique et du comportement électro-mécanique sont menées à bien en travaillant avec l'interférométrie à décalage de phase dont la résolution est inférieure au nanomètre. L'analyse dynamique incluant les modes de vibration et les fréquences de coupure, est effectuée avec l'interférométrie moyennée dans le temps.<br />Un prototype de micro-miroir déformable a été fabriqué dans une fonderie externe. Celui-ci comporte 9 actionneurs dont la course mesurée est de 350 nm. Cette valeur est trop faible pour générer les déformations dont nous avons besoin. En revanche, l'utilisation pour la première fois du procédé polymère a permis d'élaborer un actionneur permettant une course de 2 microns pour 30 V, confirmant les choix effectués jusqu'ici. Une électronique a été conçue et réalisée afin de rendre linéaire la réponse électrostatique de ces composants. Des simulations préliminaires montrent un bon accord avec les résultats expérimentaux. La conception de micro-miroirs déformables en polymère apparaît donc comme une voie prometteuse.

Cette thèse présente les résultats de la recherche de signaux impulsionnels d'ondes gravitationnelles associés aux sursauts gamma dans les données 2009-2010 des interféromètres LIGO-Virgo. L'étude approfondie des mécanismesd'émission d'ondes gravitationnelles par les progéniteurs de sursauts gamma, ainsi que des mécanismes d'émission de rayons gamma eux-mêmes, permet de déterminer les caractéristiques essentielles du signal à détecter : polarisation, délai temporel, etc ... Cette connaissance de l'émission conjointe permet alors de construire une méthode d'analyse qui inclut les a priori astrophysiques. Cette méthode est de plus robuste vis-à-vis des bruits transitoires présents dans les données. L'absence de détection nous permet de placer des limites observationnelles inédites sur la population des sursauts gamma.

Ce document résume les travaux de recherche effectués au BRGM depuis la fin de ma thèse dans la thématique de la mesure de la déformation de la surface du sol à partir de techniques de télédétection spatiales. Les applications de ces techniques s'inscrivaient dans la perspective d'une contribution à l'évaluation de risques naturels ou anthropiques et par conséquent ciblaient les phénomènes entrant dans ces domaines (tels que subsidence urbaine et minière, glissement de terrains, séismes,...). Nous avons principalement utilisé des techniques d'interférométrie radar satellitaires (conventionnelle et persistent scaterrers) et de corrélation d'images. Ces techniques peuvent apporter une alternative ou un complément aux techniques de surveillance au sol nécessaires au suivi de ces phénomènes. Le document présente notre contribution à cette thématique aussi bien sur le plan méthodologique (évaluation et amélioration des techniques) que des applications (analyses en termes de phénomènes ou de conséquences en terme de risques). Les publications les plus représentatives parmis celles qui ont découlé de ses travaux sont incluses dans le document.

L'interférométrie annulante permet l'étude d'exoplanètes dans l'IR (6-20 um) et la mesure de leur émission atmosphérique, reflet d'une possible activité biologique. Pour atteindre le contraste interférométrique nécessaire pour dissocier le signal planétaire du signal stellaire, les fronts d'onde issus des différents télescopes doivent se superposer parfaitement. La meilleure solution consiste à utiliser un guide d'onde monomode récupérant le flux planétaire indépendamment des aberrations optiques. Mon travail a consisté à caractériser de tels composants d'optique intégrée. J'ai mis en oeuvre pour cette étude trois méthodes : la distinction modale monochromatique par imagerie, la mesure de la plage de monomodicité par FTS et la mesure des performances de filtrage par interférométrie. Pour mener à bien ce travail, il a été nécessaire d'effectuer une analyse système de l'ensemble du banc optique, en particulier pour l'étude par interférométrie, dont les contraintes sur les vibrations, les flux lumineux ainsi que sur le positionnement des éléments optiques sont très fortes. L'étude porte sur des guides creux métalliques (HMW) et des guides diélectriques en halogénure d'argent (SH). Mon travail sur les HMW vient clore leur étude entreprise avant ma thèse. Les trois méthodes ont été utilisées pour caractériser des composants SH (guides plans et fibres optiques). Les HMW sont de bons filtres modaux mais nécessitent une fabrication très rigoureuse pour limiter les pertes en propagation. Les fibres SH nécessitent des longueurs plus conséquentes (avec des pertes linéiques plus faibles), pouvant être réduite par l'ajout de couche absorbante sur la gaine.

La première partie de ce manuscrit (chapitres 1 à 3) regroupe l'ensemble de mes travaux relatifs à la métrologie dimensionnelle à l'échelle du nanomètre. Après avoir donné une vue générale de l'instrumentation interférométrique utilisée dans ce domaine et montré leurs limites, je présente la réalisation d'un interféromètre elllipsométrique et d'un lambdamètre optique. Les résultats expérimentaux ont montré la possibilité d'atteindre une résolution de 10 pm sur une étendue de mesures macroscopique pour l'interféromètre et une exactitude de 10⁻⁶ en valeur relative sur la longueur d'onde avec notre lambdamètre pour un déplacement du miroir mobile de seulement 4 μm au lieu de 150 mm pour le schéma conventionnel. La seconde partie du manuscrit (chapitres 4 à 6) regroupe l'ensemble de mes travaux relatifs à la métrologie des masses. Après une description du projet national de la Balance du Watt dont l'objectif vise une redéfinition du Kilogramme, je reporte les travaux portant sur la réalisation d'un capteur polarimétrique sensible à la direction radiale du champ magnétique de l'aimant permanent composant la balance du watt du LNME et d'un inclinomètre interférométrique pour la matérialisation de l'axe gravitationnel terrestre.