Ce mémoire de thèse décrit la création expérimentale et la caractérisation d'une source de paires d'atomes corrélés. Cette source ajustable repose sur l'utilisation du mélange à quatre ondes dans un réseau optique. Les paires ainsi créées sont similaires aux paires de photons produites par conversion paramétrique et ouvrent la porte à la réalisation d'expériences élaborées d'optique atomique quantique. En plaçant un condensat de Bose-Einstein dans un réseau en mouvement, les conditions d'accord de phase sont vérifiées et des atomes jumeaux sont alors produits spontanément. Grâce à un détecteur d'atomes uniques résolu à trois dimensions nous avons pu caractériser la source de paires obtenue. Nous avons ainsi étudié en profondeur les conditions d'accord de phase, prouvant que les atomes sont diffusés de manière préférentielle dans deux fines classes de vitesses qui conservent l'impulsion et l'énergie. En modifiant la vitesse et la durée du réseau par rapport aux atomes, il est possible de choisir les modes de sorties et leurs populations ce qui rend ce processus ajustable. De plus, nous avons pu mettre en évidence l'importance des interactions et en particulier des effets de champ moyen qui viennent modifier la conservation de l'énergie. La détection d'atome unique permet également d'étudier les propriétés statistiques des atomes jumeaux, nous avons ainsi pu mettre en évidence de fortes corrélations entres les atomes issus d'une même paire. Nous avons également observé une réduction sous le bruit de grenaille du bruit sur la différence du nombre d'atomes dans les modes corrélés. Cette réduction est une indication forte du caractère non classique des paires produites / This thesis describes the experimental realization and characterization of a source of pairs of correlated atoms. This tunable source is based upon four waves mixing in an optical lattice. The created atomic pairs are similar to photon pairs made by parametric down conversion and open the way toward more elaborate quantum atom optic experiments. By placing a Bose-Einstein condensate in a moving optical lattice the phase matching conditions are fulfilled and twins atoms are spontaneously produced. Thanks to a single atom detector with three-dimensional resolution, we were able to characterize our source of pairs. By studying the phase matching conditions, we proved that the atoms are preferentially produced in two narrow velocity classes conserving both momentum and energy. By modifying the duration and the velocity of the lattice with respect to the atoms, one can tune the output modes and their populations providing a fully tunable process. Moreover, we have demonstrated the important effect of interactions -especially of mean field effects- that modifies the energy conservation. The single atom detection provided also a convenient way to look at statistical properties of the twins atoms: we have demonstrated strong correlation between atoms from the same pair and also we have observed a reduction below the shot noise of the noise on the number of atoms in correlated modes. Such a reduction is a strong indication of the non-classical nature of the produced atomic pairs.

Cette thèse adresse le problème de la commande prédictive non linéaire (CPNL) appliquée aux systèmes à dynamiques rapides. Pour ces systèmes, le temps de calcul disponible peut s'avérer insuffisant pour la résolution des problèmes d'optimisation fortement non linéaires et contraints. Dans ce contexte, l'approche paramétrique utilisée dans cette thèse peut s'avérer un choix pertinent pour résoudre ce type de problèmes. Deux exemples d'application sont présentés pour souligner les avantages de la méthode paramétrique: le circuit d'air d'un moteur diesel et le système des pendules jumeaux sur un chariot. Une validation expérimentale sur les deux procédés est aussi proposée pour montrer l'efficacité des solutions proposées.

Ce travail est consacré à l'étude d'effets d'optique quantique et de dynamique de spin dans les microcavités semi-conductrices. La réponse optique de ces dispositifs est décrite en termes de modes mixtes exciton-photon, les polaritons de cavité.<br />Nous avons d'abord effectué une étude théorique et expérimentale d'un mélange à quatre ondes dégénéré, sous excitation résonnante par deux faisceaux pompe se propageant en sens inverse, de même polarisation linéaire. Les états finaux du processus ont une polarisation orthogonale à celle des faisceaux pompes et sont fortement corrélés en intensité. Lorsque les deux faisceaux pompes ont des polarisations croisées, le processus est totalement inhibé. Ce processus permet d'utiliser la microcavité comme une porte logique binaire optique.<br />Nous avons ensuite généré des photons corrélés quantiquement en utilisant un mélange à quatre ondes, sous excitation résonnante par un faisceau pompe, dans une microcavité triple.<br />Enfin, nous avons étudié l'effet Hall optique de spin et mis en évidence la propagation de courants de spin excitonique sur une centaine de microns.

L’amusie congénitale est un trouble neuro-développemental se définissant par des difficultés à percevoir la musique, et ce malgré une ouïe et une intelligence normales. Un déficit de discrimination fine des hauteurs serait à l’origine de ce trouble, qui se traduit notamment par une incapacité à détecter les fausses notes. afin de mieux comprendre les facteurs génétiques contribuant à la manifestation de l’amusie congénitale, la présente étude avait pour objectif: (a) de déterminer si la performance sur diverses tâches musicales et auditives était plus similaire chez les jumeaux identiques (monozygotes ; MZ) que chez les jumeaux non-identiques (dizygotes ; DZ) et (b) d’explorer les variables relatives à l’environnement musical des jumeaux, afin de mieux comprendre les contributions de l’environnement et de la génétique dans les différences sous-tendant les habiletés musicales. De plus, le profil des sujets amusiques a été analysé afin de vérifier s’il correspondait à celui décrit dans la littérature, faisant état de difficultés tonales, mais non rythmiques. Huit paires de jumeaux MZ et six paires de jumeaux DZ, parmi lesquelles au moins un des co-jumeaux était potentiellement amusique, ont pris part à cette étude. Les tâches consistaient en un test en ligne de perception mélodique et rythmique, un test de détection des différences de hauteurs, ainsi qu’un test de chant. L’analyse de la performance et de l’environnement musical des jumeaux MZ et DZ ne révèle aucune distinction comportementale entre ces deux groupes en ce qui concerne les habiletés musicales. Cela suggère que celles-ci puissent être davantage influencées par l’environnement partagé que par les facteurs génétiques. Enfin, les jumeaux amusiques ont le profil habituel d’habiletés musicales. En effet, ils commettent des erreurs de perception et de production musicale au niveau mélodique, mais ont une perception rythmique préservée. D’autres études, notamment avec de plus grands échantillons de jumeaux, seront nécessaires afin d’élucider la possible étiologie génétique sous-tendant l’amusie congénitale. / Music is an important part of every known culture, and its universality raises the question of a possible biological basis. Musical disorders, such as congenital amusia, offer compelling insight into these roots. In order to examine the genetic basis of this phenotype, we used a classical twin study paradigm. Our study had two main goals: (a) investigate if identical (monozygotic; MZ) co-twins perform more similarly on auditory and musical tasks than non-identical (dizygotic; DZ) co-twins and (b) explore the twins’ musical environments in order to better understand the contribution of environmental versus genetic factors in the differences underlying musical abilities. In addition, we sought to replicate previous investigations that demonstrated impaired pitch processing but intact rhythm perception in amusic participants. To do so, we tested eight pairs of MZ and six pairs of DZ twins in which at least one of the co-twins was potentially amusic. Participants completed an online amusia test, a pitch detection task and a singing task. We observed no performance or musical environment differences between MZ and DZ twins, suggesting that musical abilities might be more influenced by the twins’ shared environment than by genetic factors. In addition, and as reported in previous studies, amusics made pitch processing errors in both perception and production, but rhythmic perception was preserved. Future studies, particularly those with access to larger twin samples, will be able to further elucidate the roles of environmental and genetic factors in the amusic phenotype.

Ce mémoire de thèse décrit la création expérimentale et la caractérisation d'une source de paires d'atomes corrélés. Cette source ajustable repose sur l'utilisation du mélange à quatre ondes dans un réseau optique. Les paires ainsi créées sont similaires aux paires de photons produites par conversion paramétrique et ouvrent la porte à la réalisation d'expériences élaborées d'optique atomique quantique. En plaçant un condensat de Bose-Einstein dans un réseau en mouvement, les conditions d'accord de phase sont vérifiées et des atomes jumeaux sont alors produits spontanément. Grâce à un détecteur d'atomes uniques résolu à trois dimensions nous avons pu caractériser la source de paires obtenue. Nous avons ainsi étudié en profondeur les conditions d'accord de phase, prouvant que les atomes sont diffusés de manière préférentielle dans deux fines classes de vitesses qui conservent l'impulsion et l'énergie. En modifiant la vitesse et la durée du réseau par rapport aux atomes, il est possible de choisir les modes de sorties et leurs populations ce qui rend ce processus ajustable. De plus, nous avons pu mettre en évidence l'importance des interactions et en particulier des effets de champ moyen qui viennent modifier la conservation de l'énergie. La détection d'atome unique permet également d'étudier les propriétés statistiques des atomes jumeaux, nous avons ainsi pu mettre en évidence de fortes corrélations entres les atomes issus d'une même paire. Nous avons également observé une réduction sous le bruit de grenaille du bruit sur la différence du nombre d'atomes dans les modes corrélés. Cette réduction est une indication forte du caractère non classique des paires produites

Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d'atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d'un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d'optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l'accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d'instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d'un gaz dégénéré d'hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d'un détecteur d'atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d'accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l'on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l'utilisation des paires d'atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d'optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l'effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.

Les traits d’insensibilité émotionnelle, tels le manque d’empathie, le manque de remords et l’affect superficiel, sont corrélés avec les troubles de comportement chez les jeunes. La recherche suggère que les traits d’insensibilité émotionnelle et les troubles de comportement sont influencés par des facteurs génétiques communs, et pourraient aussi être influencés, du moins en partie, par des facteurs environnementaux communs. Bien que travaux antérieurs suggèrent que les traits d’insensibilité émotionnelle soient positivement (p. ex., hyperactivité) ou négativement (p. ex., anxiété) associés à d’autres symptômes de psychopathologie, les études portant sur les facteurs étiologiques communs aux traits d’insensibilité émotionnelle et ces autres symptômes de psychopathologie sont plus limitées. Objectifs. Nous proposons d’examiner les associations étiologiques entre les traits d’insensibilité émotionnelle et 1) les troubles de comportement, 2) l’hyperactivité, et 3) l’anxiété, à l’aide d’un échantillon de jumeaux. Méthode. Les participants sont 204 paires complètes et 18 paires incomplètes de jumeaux de même sexe (n = 426; 42% filles; 43% MZ; âge = 15 ans) issus du Child and Adolescents Twin Study in Sweden, une étude longitudinale composée de jumeaux suédois. Des mesures auto-révélées ont été utilisées pour évaluer les traits d’insensibilité émotionnelle, les troubles de comportement, l’hyperactivité et l’anxiété. Des modèles d’équations structurelles ont été estimés afin d’évaluer les contributions génétiques et environnementales des traits d’insensibilité émotionnelle ainsi que leur chevauchement étiologique avec les troubles de comportement, l’hyperactivité et l’anxiété. Résultats. Nous avons trouvé une corrélation génétique forte et positive entre les traits d’insensibilité émotionnelle et les troubles de comportement, mais aucune corrélation significative sur le plan des facteurs environnementaux. Nous avons trouvé une corrélation génétique modérée entre les traits d’insensibilité émotionnelle et l’hyperactivité. Nous avons également trouvé une corrélation génétique modeste et négative entre les traits d’insensibilité émotionnelle et l’anxiété. Conclusion. Ces résultats suggèrent l’existence de facteurs génétiques communs expliquant les traits d’insensibilité émotionnelle et les troubles de comportement, plus particulièrement, et dans une moindre mesure les traits d’insensibilité émotionnelle et l’hyperactivité. En outre, les résultats suggèrent que des facteurs génétiques contribuant à la présence de traits d’insensibilité émotionnelle contribueraient aussi à la diminution des symptômes d’anxiété. / Callous-unemotional (CU) traits, such as lack of empathy, lack of guilt and shallow affect, are associated with conduct problems in youth. Research suggests that CU traits and conduct problems share common genetic factors and, possibly environmental factors. Despite evidence for a behavioural association between CU traits and hyperactivity and between CU traits and low anxiety, the etiological associations between these pairs have been considerably less explored. Objectives. Using a twin model-fitting approach, we investigated the etiological associations between CU traits and 1) conduct problems, 2) hyperactivity and 3) anxiety. Method. Participants were 204 complete pairs and 18 incomplete pairs of same-sex twins (n = 426; 42% female; 43% MZ; age = 15) drawn from the Child and Adolescents Twin Study in Sweden, a longitudinal study of twins born in Sweden. CU traits, conduct problems, hyperactivity and anxiety were assessed through self-reports. Structural equation modeling was used to conduct model-fitting analyses. Results. We found a strong positive genetic correlation between CU traits and conduct problems but no significant environmental correlations. We found a moderate genetic correlation between CU traits and hyperactivity. We also found a modest but significant negative genetic correlation between CU traits and anxiety. Conclusion. These findings suggest that common genetic factors explain CU traits and conduct problems, more particularly, and to a lesser extent CU traits and hyperactivity. In addition, these findings suggest that some of the genetic factors contributing to CU traits may also contribute to decreasing levels of anxiety.

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La présente étude porte sur les aspects Nature-Culture relatifs à l’émergence de variations interindividuelles quant à la capacité universelle de régulation d’une émotion primaire, la tristesse. Cette problématique représente un exemple du lien entre la conception évolutionniste d’une nature humaine universelle, innée et génétiquement prescrite, mais susceptible de variation dans son expression en fonction d’expériences individuelles liées aux processus de socialisation et d’enculturation. À l’aide du devis génétiquement informatif des jumeaux, nous nous sommes d’abord penchés sur l’étiologie gènes-environnement de la dépression à l’enfance, une dysfonction du système de régulation émotionnelle de la tristesse. Puis, nous nous sommes interrogés quant à l’influence du traitement et de l’état psychique maternels sur cet aspect du développement émotionnel de l’enfant. Nos analyses de la symptomatologie dépressive indiquent une absence d’influence génétique dans le développement de ce trouble de l’humeur. Les variations individuelles de la régulation de la tristesse reposent ainsi uniquement sur les effets de l’environnement. Nos résultats révèlent également l’existence d’une relation importante entre l’état psychique de la mère, évalué lorsque les jumeaux avaient cinq mois, et la présence de symptômes dépressifs chez ces derniers mesurés huit ans plus tard. L’état psychique de la mère est considéré comme l’un des meilleurs indicateurs de la qualité du traitement maternel en bas âge. Nos mesures directes des comportements maternels envers le nourrisson et le développement ultérieur du trouble de dépression indiquent également l’existence de tendances statistiques allant dans le sens de notre hypothèse d’un traitement maternel sous-optimal contribuant au développement de dysfonctions émotionnelles ultérieures. / The present study explores the Nature-Nurture aspects pertaining to the emergence of interindividual variation in the emotional regulation of a primary emotion, sadness. This question is an example of the more encompassing issue of a universal human nature, biologically evolved and genetically underwritten, being nevertheless variable in its expression depending on individual experiences linked to socialization and enculturation. Using a genetically informative twin design, we explored the genetic-environmental aetiology of child depression, which is understood to be a dysfunction in the emotional regulation system of sadness. We then assessed the influences of maternal behavior and mental state on the development of children’s depressive symptoms. Our analysis of child depression shows an absence of genetic influence in the emergence of this mood disorder. Thus, individual variation in sadness regulation appears to be solely generated by environmental influences. Our results also show a strong and significant relation between maternal psychological state, assessed when the twins were 5 months of age, and children’s depressive symptoms measured 8 years later. Maternal psychological state is considered to be one of the most reliable indicators of the quality of maternal treatment in childhood. Our direct measures of maternal behavior toward the infant and the subsequent development of depressive disorder also point to statistical trends supporting our hypothesis of suboptimal maternal treatment contributing to the development of later emotional dysfunction.

L’étude utilise la méthode des différences entre jumeaux monozygotes pour analyser le lien entre les pratiques parentales positives ou hostiles-réactives de la mère à 29 mois et la qualité des relations d’amitié des enfants à 6 ans, tout en contrôlant une série de facteurs confondants tels le sexe, le revenu familial, le tempérament et le poids à la naissance. Un effet modérateur du sexe est aussi testé. La méthodologie nouvelle et particulière de cette recherche permet de contrôler de possibles corrélations gènes-environnement. Les résultats ne concordent pas tous avec les hypothèses et démontrent que 1) le jumeau ayant reçu le plus de pratiques parentales positives de la mère est celui dont l’ami évalue le plus négativement sa relation d’amitié à 6 ans et 2) le jumeau ayant reçu le plus de pratiques parentales hostiles-réactives de la mère est celui dont l’ami évalue le moins positivement sa relation d’amitié à la maternelle. Différentes pistes d’explications sont proposées pour comprendre les résultats et pour guider les études futures. / This study used the monozygote twin differences method to analyze the links between positive or hostile maternal practices by the mother at 29 months and children’s friendship quality at 6 years of age. This new methodology can control for any possible genes-environment correlations. We also controlled for temperament, weight at birth, gender and socioeconomic status and we tested whether gender moderated the link between variables. Results are unexpected: 1) the twin who received the most positive maternal practices had the friend who evaluated the most negatively their friendship, 2) the twin who received the most hostile practices from his mother had the friend who evaluated the less positively their friendship. We propose different explanations to understand the results and we make suggestions for future studies.