Les transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés (cMUT : capacitive Micromachined Ultrasound Transducers) sont aujourd'hui une nouvelle alternative à la transduction d'ondes ultrasonores. En comparaison avec la technologie piézoélectrique, ils offrent de nombreuses potentialités en termes de fiabilité, de production, de miniaturisation et d'intégration, d'une électronique associée mais aussi en termes de performances acoustiques. Les voies d'application de ces dispositifs, dédiés initialement à l'imagerie médicale, sont aujourd'hui étendues à de nombreux domaines tels que la thérapie, les capteurs biochimiques ou encore l'émission paramétrique d'ondes sonores. Néanmoins, leur mise en œuvre n'en est encore qu'à ses balbutiements et la compréhension de leurs comportements à la fois statique et dynamique nécessite d'être approfondie. C'est dans ce cadre que s'inscrit le présent travail de thèse. Ce mémoire adresse deux aspects majeurs de ces micro-systèmes : leur caractérisation mécanique et l'impact de la non-linéarité des forces électrostatiques sur la réponse temporelle. La caractérisation des micro-systèmes, notamment en termes de contraintes initiales et de modules d'élasticité, est une problématique récurrente de ces dispositifs. Dans le contexte des technologies cMUT, fabriquées par procédé de micro-usinage de surface, nous avons souhaité reposer les bases de cette étape de mesure et proposer des méthodes de caractérisation basées sur l'utilisation de dispositifs fonctionnels plutôt que s'appuyer sur des structures dédiées (micro-poutre, ponts, structures rotatives). L'impact de la non-linéarité sur la dynamique dans le fluide d'une cellule, puis d'un réseau de cellules, est ensuite étudié en s'appuyant à la fois sur des mesures d'interférométrie laser et sur un modèle temporel intégrant les effets du fluide. Nous exposons ici une étude à plusieurs échelles, allant de la cellule unitaire du dispositif à la pression rayonnée par un élément de barrette. Une optimisation de l'excitation dans l'objectif de réduire l'effet de la non-linéarité tout en conservant des niveaux de pressions optimum est proposée. En fin, à travers l'étude dynamique effectuée, un nouveau régime de fonctionnement des cMUTs est identifié et vérifié. Celui-ci s'appuie sur l'exploitation du régime forcé dans l'air ou dans l'eau de ces dispositifs pour la génération d'ondes ultrasonores basse-fréquence.

Les matériaux photorefractifs sont ici mis en oeuvre pour l'analyse sans contact des très faibles vibrations engendrées en surface d'une pièce mécanique brute et donc rugueuse. Nous réalisons un couplage entre un faisceau de référence et un faisceau signal issu de la surface vibrante et construisons, grâce a l'effet photorefractif, un oscillateur local qui va interférer en teinte plate avec le faisceau signal transmis quelle que soit la structure spatiale de ce dernier. De plus, le matériau photorefractif va s'adapter aux phénomènes lents, correspondant a des vibrations parasites ou a des déréglages du système, tout en restant sensible aux vibrations de hautes fréquences (ultrasons). Le cdte:v est le matériau photorefractif que nous avons choisi. Il présente des performances adaptées a notre application sur une plage de longueur d'onde comprise entre un et un virgule cinquante-cinq micromètre. Nous présentons une étude des propriétés photorefractives de ce matériau et en particulier une méthode qui nous a permis de déterminer avec précision la densité effective de pièges des échantillons testés. Nous avons ensuite mis au point un senseur photorefractif qui présente des sensibilités comparables a celles des techniques classiques qui elles ne fonctionnent qu'avec des ondes planes. Pour cela, nous avons applique un champ électrique continu au cristal photorefractif afin de mettre en quadrature le signal transmis et l'oscillateur local. Un avantage de cette technique sous champ est la très faible influence du phénomène de compétition electron-trou, présent dans nos cristaux, permettant une réponse indépendante de la longueur d'onde utilisée. Enfin, nous travaillerons en régime d'atténuation car on évite ainsi un phénomène de résonance gênant tout en accédant a la même sensibilité qu'en régime d'amplification

On résout théoriquement et expérimentalement le problème de filtrage des ordres parasites que pose le contrôle des surfaces asphériques par holographie synthétique en ligne.

Cette habilitation a' diriger des recherches de ́crit les travaux de recherche que j'ai effectue ́s depuis ma soute- nance de the'se qui en 1999. Elle s'articule autour de deux parties correspondants aux deux the'mes scientifiques sur lesquels j'ai travaille ́ ces dernie'res anne ́es : les rayons cosmiques d'ultra-haute e ́nergie et l'e ́tude du fond diffus cosmologique. C'est au sein de la collaboration Pierre Auger que j'ai travaille ́ sur la the ́matique des rayons cosmiques ultra- e ́nerge ́tiques entre fin 2002 et fin 2006. Il s'agit la' du plus grand de ́tecteur jamais construit par l'homme destine ́ a' eclaircir un myste're vieux de plus d'un sie'cle : quelle est la nature, ou' sont produits, et comment se propagent lesrayonscosmiquesquel'onobservea'dese ́nergiesdequelques1019eV?enexiste-t-ilau-dela'delafameuse coupure GZK qui, du fait le la perte d'e ́nergie des rayons cosmiques aux plus hautes e ́nergies par inte ́raction avec le fond diffus cosmologique limite l'horizon a' quelques centaines de Mpc a' ces e ́nergies? Je de ́cris dans cette habilitation mes travaux d'analyse de donne ́es concernant d'une part la recherche d'e ́ventuelles aniso- tropies dans la distribution sur le ciel des rayons cosmiques (des anisotrpies aux petites e ́chelles permettant d'identifier les sources, et aux plus grandes e ́chelles pouvant signer divers sce ́narios, par exemple top-down si l'on observe un exce's en provenance du centre Galactique) et d'autre part sur sur la recherche de photons aux plus hautes e ́nergies, une des signatures les plus claires d'une origine top-down pour les rayons cosmques les plus e ́nerge ́tiques. Les re ́sultats ne ́gatifs de cette recherche de photons, ajoute ́s a' l'observation claire de la cou- pure GZK ont permis a' l'Observatoire Pierre Auger de trancher en faveur d'une origine bottom-up, c'est a' dire issue d'acce ́le ́rateurs cosmiques, pour les rayons cosmiques les plus e ́nerge ́tiques. Par ailleurs, aucune aniso- tropien'estpourl'heureobserve ́eauxplusgrandese ́chellesalorsquelesrayonscosmqieslespluse ́nerge ́tiques montrent une autocorre ́lation significative aux petites e ́chelles, en corre ́lation avec un catalogues d'AGN (dont la distribution spatiale est elle-meˆme corre ́le ́e au reste de la matie're, cela' ne signe donc pas les AGN comme sites d'acce ́le ́ration). J'ai commence ́ a' aborder la the ́matique des anisotropies du fond diffus cosmologique au cours de mon post- doctorat et de ma premie're anne ́e au CNRS au sein de l'e ́xperience Archeops, un projet ballon d'observation de latempe ́ratureetdelapolarisationdecerayonnementsavecuneinstrumentationsimilairea'celledePlanck-HFI. J'ai travaille ́ a' l'e ́laboration des cartes du ciel et a' l'extraction du spectre angulaire de puissance des fluctuations de tempe ́rature, permettant l'observation pre ́cise, avant WMAP, du premier pic acoustique, et la de ́termination des parame'tres cosmologiques. J'ai rejoint a' nouveau cette the ́matique fin-2006 au sein de la collaboration QU- BIC dont l'objectif est de ́tecter les modes-B de polarisation du fond diffus cosmologique. Ces derniers sont la signature d'ondes gravitationnelles primordiales, c'est a' dire de modes tenseurs engendre ́s par l'inflation. Leur de ́tection et la mesure de leur spectre est conside ́re ́e comme le Graal de la cosmologie contemporaine tant ont apprendrait sur les processus a' l'oeuvre dans l'Univers primordial : mesure de l'e ́chelle en e ́nergie de l'inflation, de ́termination de la forme du potentiel de l'inflaton, tests de cohe ́rence interne du mode'le inflationnaire. Ces modes-b de polarisation sont d'une amplitude si faible (en dessous du micro-Kelvin) qu'une nouvelle ge ́ne ́rtion d'intrumentsestrequisepourlesobserver:largesmatricesdebolome'tres(limite ́sparlebruitdephotons),design instrumental minimisant l'impact des effets syste ́matiques qui pourraient devenir dominants pour des de ́tecteurs aussi sensibles. Le projet QUBIC est base ́ sur le concept d'interfe ́rome ́trie bolome ́trique, combinant les avan- tages des bolome'tres en terme de sensibilite ́ et ceux des interfe ́rome'tres en terme de faible contamination par les effets syste ́matiques. Depuis pre's de trois ans, je travaille au de ́veloppement du concept instrumental d'un interfe ́rome'tre bolome ́trique : reconstruction des visibilite ́s de manie're optimale graˆce a' des modulateurs de phases, calcul de la sensibilite ́s et comparaison avec un imageur et un interfe ́rome'tre classique (montrant que nous avons en effet un interfe ́rome'tre plus sensible graˆce aux de ́tecteurs bolome ́triques) et enfin de ́termination du design optimal de l'instrument QUBIC afin d'atteindre notre objectif scientifique d'eˆtre en mesure d'exclure un rapport entre les modes tenseurs et scalaires de 0.01 a' 95% de niveau de confiance en un an. L'instrument ne ́cessaire est typiquement un ensemble de 6 modules d'interfe ́rome'tres comprenant chacun 144 cornets, une feneˆtre de 40 cm de diame'tre et un plan focal comprenant 900 bolome'tres avec une largeur de bande de 25%.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse est dédié au développement des méthodes en télédétection radar polarimétrique et interférométrique. L'interférométrie radar à synthèse d'ouverture renseigne sur la topographie de la zone étudiée ou sur ses déformations. Nous mettons en place des traitements interférométriques pour obtenir un champ de déplacement au sol. La polarimétrie radar étudie les interactions de l'onde électromagnétique avec le milieu étudié et nous informe sur les propriétés physiques des rétrodiffuseurs. Nous examinons en détail les deux modèles de paramétrisation des vecteurs de rétrodifiusion : le modèle alpha/beta et le modèle TSVM. Nous proposons ensuite d'utiliser la distribution de Fisher pour modéliser la texture dans les images polarimétriques. En utilisant le modèle multiplicatif scalaire, nous dérivons Pexpression littérale de la distribution de la matrice de cohérence et nous proposons d'implémenter cette nouvelle distribution dans un algorithme de segmentation hiérarchique. Les différentes méthodes proposées durant cette thèse ont été appliquées sur des données interférométriques en bande C sur les glaciers et sur des données polarimétriques en bande L dans le milieu urbain.

Les mesures de vitesse sans contact des cibles mobiles comme les structures mécaniques sont souvent utilisés dans diverses applications industrielles pour le contrôle non destructif et le contrôle qualité. En outre, les processus de mesure de vitesse peuvent devenir cruciaux si elle est l'un des paramètres qui régissent la sécurité et la performance d'un système comme dans le transport. La mesure précise et sans contact de vitesse de fluide circulant dans des micro-canaux est un enjeu majeur pour l'industrie chimique fabriquant des produits pharmaceutiques. En médecine, la connaissance de la vitesse du flux sanguin dans les vaisseaux peut permettre d'anticiper sur des maladies cardiovasculaires. De telles mesures sans contact peuvent être réalisées par ultrasons ou par micro-ondes mais ces deux méthodes ont une résolution spatiale relativement faible. D'autre part, les capteurs optiques usuels sont souvent de coût élevé. Par exemple, la vélocimétrie laser Doppler conventionnelle (ou LDV pour Laser Doppler Velocimetry) est une technique de haute précision pour des mesures de vitesse, mais l'utilisation d'un grand nombre de composants optiques implique un prix élevé. L'interférométrie à rétroinjection optique est une solution attrayante qui nous permet de concevoir des capteurs laser à faible coût présentant une bonne précision. Disposant de capteurs optiques sans contact utilisant juste une diode Laser soumise à la rétroinjection optique pour venir mesurer des vitesses, l'objectif de cette thèse est de développer des dispositifs adaptés à ce type de mesure et opérant en temps réel. En interférométrie à rétroinjection optique (ou OFI pour Optical Feedback Interferometry), couramment appelée self-mixing, une interférence se produit dans la cavité active du laser entre le champ existant dans la cavité et celui rétrodiffusé par une cible extérieure située en face de la diode laser induisant des variations de la puissance optique de sortie dues notamment à l'effet Doppler. Par mesure de la fréquence Doppler de la puissance optique, la vitesse de la cible peut être déterminée. Dans cette thèse, nous étudions les principales techniques de traitement du signal permettant d'offrir en temps réel des mesures de fréquence Doppler de précision acceptable. La première technique est basée sur une analyse spectrale classique et requiert le calcul d'une transformée de Fourier rapide (FFT). Cette technique est robuste mais nécessite un matériel électronique complexe et coûteux en ressources pour le traitement du signal en temps réel. La seconde est basée sur une modélisation autorégressive d'ordre 2 (AR2) du signal de self-mixing par un filtre de prédiction linéaire. La fréquence Doppler correspond à la fréquence de résonnance de ce filtre. Cette technique est plus précise, plus rapide et moins gourmande en ressources que la FFT. Par contre, elle présente un risque de divergence et nécessite un calibrage au démarrage. La troisième est une technique originale de traitement du signal temps-réel qui a permis d'améliorer les performances du capteur en termes de gamme de vitesses mesurables. Cette technique n'est pas gourmande en ressources comme la FFT et ne nécessite pas de calibrage comme l'AR2. Cette technique a été implémentée et validée expérimentalement en configurations réelles. Elle a permis de fournir des mesures de bonne précision, comparable à celle de la FFT. Nous appliquons ensuite ces méthodes de traitement du signal sur des signaux de self-mixing issus du passage de particules portées par un liquide dans le faisceau de la diode laser utilisée. En fait, dans ce cas, le signal de self-mixing ne présente plus un pic Doppler mais une distribution de fréquences Doppler car les particules traversant le faisceau sont de vitesses différentes allant de zéro au bord du canal jusqu'une valeur maximale au centre. Un autre phénomène qui peut contribuer à l'élargissement spectral est la diffusion multiple des particules. L'AR2 et la technique développée ont permis d'obtenir des mesures fiables de la vitesse d'écoulement fluidique dans un canal à l'échelle microscopique. D'autre part, nous étudions les configurations optiques du dispositif de mesure. Nous montrons que le dispositif employant une seule diode laser est sensible aux variations d'angle d'incidence avec la cible. Cet angle doit être connu pour calculer la vitesse. Nous proposons ensuite un dispositif employant deux diodes laser et nous montrons sa robustesse face aux variations d'angles d'incidence et sa capacité de calculer la vitesse de la cible sans connaitre les angles d'incidence. Nous analysons ce dispositif afin de déterminer la configuration optimale permettant de garantir les meilleures performances. Des simulations et des résultats expérimentaux permettent de valider les performances de ce dispositif en termes de précision et de robustesse. Enfin, nous appliquons ce dispositif à double-tête laser et la technique de traitement développée dans cette thèse pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un liquide injecté dans un canal macroscopique par une pompe péristaltique à débit non continu. Cette thèse a donc permis de développer un capteur optique robuste à faible coût permettant de mesurer la vitesse en temps-réel en utilisant la rétroinjection optique.

Cette thèse aborde principalement le rôle que jouent les radars polarimétrique et interférométrique dans les applications de géosciences, tout particulièrement sur les forêts. Il est démontré que les modèles actuels simples de la corrélation spatiale des milieux naturels sont capables d'estimer de manière robuste la hauteur de la forêt et sa biomasse; lorsque la topographie est peu prononcée. La corrélation temporelle y est traitée plus précisément en définissant une fonction de corrélation temporelle dépendant de la hauteur de la canopée. Les effets de cette amélioration sur la modélisation directe et inverse sont discutés. Une expression simplifiée de ces modèles est proposée et validée dans le cas des basses fréquences. Nous utilisons à la fois des données polarimétriques satellitales, ainsi que des simulations numériques de rétrodiffusion afin d'illustrer les résultats. Pour les radars en polarimétrie compacte, la pseudo reconstruction est généralisée au cas interférométrique et son efficacité est démontrée seulement pour certaines combinaisons entre les composantes volumiques et les composantes du sol. Enfin, la qualité des données est abordée, en montrant que la rotation de Faraday peut être estimée et corrigée à partir des échos radar non focalisés et que les trièdres maillées peuvent servir d'étalonnage radiométrique des données à double polarisation.

Ce travail de thèse porte sur la réalisation d'un dispositif de condensation de Bose-Eistein combinée à la mise en place d'une pince optique pour le transport du condensat. L'intérêt de ce dispositif est de séparer la zone de production du condensat de sa zone d'étude. Il a été conçu en vue d'expériences d'interférométrie à base d'ondes de matière cohérentes, guidées dans des structures lumineuses générées à partir de la pince optique.<br />Un effort particulier a été apporté tant au niveau de l'optique qu'au niveau de la génération de champs magnétiques afin de disposer d'un échantillon cohérent d'atomes de grande stabilité. L'utilisation d'un électroaimant hybride (combinaison d'une structure ferromagnétique pour générer le champ quadrupolaire et de bobines ordinaires pour le champ dipolaire) nous a permis d'une part, de bénéficier de forts gradients magnétiques nécessaires au bon déroulement de l'évaporation radio-fréquence et d'autre part, de faciliter la compensation des champs rémanents inhérents à l'usage de matériaux ferromagnétiques. A l'issue du cycle de condensation, nous obtenons typiquement 5.10^5 atomes à 300 nK. L'implémentation de la pince optique sur les atomes a nécessité le développement d'une technique d'alignement originale, une imagerie directe de la pince n'étant pas envisageable. Finalement, nous sommes parvenus à transférer 2.10^5 atomes à 1 µK dans la pince. Par ailleurs, une étude du profil de déplacement de la pince pour le transport a été effectuée.

La capacité à concevoir dans l'abstraction fait appel à la faculté qu'a notre cerveau <br />de combler ce qui n'est pas visible par l'image la plus proche. Cela crée alors une <br />illusion visuelle et l'imagination apporte ensuite à l'esprit des images mentales. Mes <br />recherches consistent à présenter un concept artistique à base d'interférences et <br />d'illusions pour créer des personnages tridimensionnels. Aussi cette thèse est-elle <br />composée de deux parties. La première partie, théorique, est une étude globale sur <br />les propriétés de la lumière, l'optique et la méthode de création des interférences. <br />Dans la deuxième partie j'aborde la pratique en expliquant tout le processus mis en <br />œuvre pour concevoir des personnages tridimensionnels grâce aux illusions <br />visuelles issues des franges d'interférence volontairement perturbées.

Ce travail concerne différent thèmes qui ont pour objectif d'améliorer la compréhension de l'Interférométrie Polarimétrique Radar (Pol-InSAR) ainsi que de proposer de nouvelles techniques permettant la reconstruction de paramètres liés à la végétation, dans le cadre d'applications de Télédétection. Des études théoriques sont menées afin de définir rigoureusement et d'analyser lénsemble de cohérences Pol-InSAR ainsi que de développer et d'interpréter les techniques d'optimisation de cohérences à lignes de base multiples. Un modèle interférométrique polarimétrique phénoménologique est développé pour tenir<br />compte d'un milieu volumique situé au dessus d'un sol. Dans le cas de forêts observées en bande L, ce modèle tient compte de la topographie du sol, de la canopée, de la hauteur totale des arbres, de l'atténuation de l'onde, de la réflectivité au sein de la canopée, de<br />la morphologie des arbres prise en compte par la distribution statistique des orientations des branches et leur forme efficace, de la contribution du sol et enfin de l'interaction entre le sol et les troncs. Une méthodologie d'inversion des paramètres de végétation est développée dans le cas des acquisitions monopasse ou multipasses. Dans ce dernier cas, la méthode d'inversion tient compte de la décorrélation temporelle et permet ainsi une estimation pour chaque ligne de base. La performance de léstimation des paramètres de<br />végétation est évaluée à partir de données SAR simulées et réelles aéroportées en bande L, pour les deux cas de configurations en lignes de base simple ou multiple.