By utilising a CW mode-locked Nd:YAG pump laser an experimental study of self-phase modulation (SPM) and stimulated Raman scattering (SRS) in single mode optical fibres has been conducted. The dependence of the spectral broadening due to SPM upon the launched optical power was observed to obey a linear relationship in agreement with a simple theory. A deviation from this occurred for high input powers due to the onset of stimulated Raman scattering which caused a preferential depletion of the leading edge of the pump pulse and an increased spectral broadening to the long wavelength side of the spectrum. The pulses exiting the fibre were then compressed using a pair of holographic diffraction gratings, which were able to compensate for the linear part of the frequency chirp imposed on the pulse by SPM and the 1.06 ?m pulses were reduced in duration from ~ 100 ps to approximately 4 ps by this method. By making use of Raman generation in the fibre, a synchronously pumped fibre Raman oscillator was constructed. This enabled the generation of frequency tunable (1.07 - 1.12 ?m) near infrared pulses by the method of time dispersion tuning. By incorporating two fibre grating reflectors onto the ends of the optical fibre, an all-fibre device was constructed having the potential advantages of compactness and stability. The generation of mode-locked pulses around the 1.5 jim wavelength region was accomplished with the use of a colour centre laser based upon a stabilised F2+ centre in NaC1 or a thallium centre in KCl. Both of these lasers were examined, although to date the poor quality of our NaC1 laser crystals has meant that most of the work reported here was performed with KC1:T1. This laser produced pulses of ? 20 ps duration, tunable over 1.45 - 1.55 ?m with average powers ? 200 mW. A simple experiment to observe soliton propagation of these pulses in an optical fibre was conducted and this compressed the pulses to ? 0.8 ps, although this does not represent the optimum compression that could be achieved. Using nonlinear pulse propagation in an optical fibre, the mode-locked characteristics of the colour centre laser were dramatically improved with the duration of the pulses from the laser being reduced to ? 200 fs. This enhancement was achieved by the use of a nonlinear external cavity containing the optical fibre, which reinjected the pulses back into the main laser cavity, with an increased spectral bandwidth due to SPM. It was initially thought that the explanation to this effect was due to soliton formation within the control cavity, however experimental evidence is presented here which shows that the mode-locking enhancement phenomena is in fact quite general and does not rely on dispersion in the control cavity.

A new, and thus far only, method to overcome a selectivity barrier in parametrically pumped quantum pulse gates is proposed and experimentally demonstrated for the first time, using frequency conversion of optical temporal modes in second-order nonlinear waveguides. Temporal modes and quantum pulse gates are defined and their utilities are explored. Pulsed operation of three-field and four-field, parametric, optical processes are modeled and numerically investigated. A maximum limit to achievable selectivity for quantum pulse gating in uniform media is discovered and theoretically explained. An interferometric means of overcoming said limit and asymptotically approaching unit selectivity is proposed. The principle is experimentally verified by double-passing specifically shaped optical pulses derived from an ultrafast Ti:sapphire laser through a periodically-poled lithium niobate waveguide phasematched for sum-frequency generation. Further improvements and future implications for quantum technologies are discussed.

In broadband multimedia satellite networks it is necessary to multiplex bursty streams of traffic with differing Quality of Service (QoS) requirements to maximise the utilisation of the satellite link bandwidth. Providing the desired QoS of each service, in a multi-service environment is a major challenge for satellite networks. Asynchronous Transfer Mode (ATM) which provides hard QoS guarantees is suitable for a multi-service satellite environment. ATM has been developed as a vehicle for multimedia communications and is widely regarded as one of the most important and fastest-growing communications technology of this decade. The design of suitable traffic and congestion control algorithms is one of the most important challenge for the success of an ATM-based satellite network. This thesis develops and optimises a traffic and congestion control mechanism which can provide users the required QoS for ATM over satellite networks. In order to provide QoS differentiation for end-to-end communication it is proposed to use both loss and delay priorities, which are determined form the required Cell Loss Rate (CLR) and Cell Transfer Delay (CTD) parameters, for each service class. A multiple shared buffer scheduling (MSBS) policy considering both delay and loss priorities, is proposed and evaluated for scheduling and discarding of ATM cells. It is shown that both the CTD and CLR requirements of ATM services can be met by the MSBS scheme. A combined preventive/reactive control scheme incorporating an adaptive Leaky Bucket (LB) is investigated for the satellite environment. It has been found that reactive control improves the cell loss due to congestion for time scales larger than the propagation delay. As the satellite air interface bandwidth is currently one of the most expensive commodities in the service provision, an adaptive MAC protocol that can support the ATM service classes whilst maximising the bandwidth utilisation, is proposed and evaluated. The mapping of ATM service classes to MAC classes and the use of a prioritised request queue provides the QoS differentiation required by ATM networks. It is shown that a pure reservation system performs poorly for very bursty user traffic. The user population which can be supported using Random Access (RA) for very bursty users with short burst duration is higher. The system throughput can be maximised, by making this protocol adaptive to changing traffic characteristics. It is shown that the utilisation of the frame capacity and the total number of users served can be improved by using this protocol.

La rupture des matériaux quasi-fragiles, tels que les céramiques ou les bétons, peut être représentée schématiquement par la succession des étapes de nucléation et de coalescence de micro-fissures. Modéliser ce processus de rupture est un enjeu particulièrement important lorsque l'on s'intéresse à la résistance des structures en béton, en particulier à la prédiction de la perméabilité des structures endommagées. La démarche choisie est une vision multi-échelle où le comportement global est caractérisé par la mécanique de la rupture, et le comportement local représenté par la méthode des éléments discrets. Le modèle représente la fissuration par des grandeurs généralisées, qui seront définies dans le cadre de la mécanique de la rupture. Afin de prendre en compte l’aspect non linéaire de la fissuration dans les matériaux quasi-fragiles, la cinématique usuelle de la mécanique de la rupture est enrichie par l’ajout de degrés de libertés supplémentaires chargés de représenter la part non linéaire du champ de vitesse. L'évolution du comportement est alors condensé par l'évolution de facteurs d'intensité. Le modèle proposé permet de prédire le comportement lors de chargements de mode mixte I+II proportionnel et non-proportionnel. Enfin, une campagne d'essais visant à caractériser le comportement en fissuration du mortier à été réalisée. Les résultats obtenus montrent un rôle important de la fissuration par fatigue. La méthode de changement d'échelle a également été appliquée sur les champs de vitesse en pointe de fissure, confirmant la représentation du comportement en pointe de fissure par une cinématique enrichie. / Fracture in quasi-brittle materials, such as ceramics or concrete, can be represented schematically by series of events of nucleation and coalescence of micro-cracks. Modeling this process is an important challenge for the reliability and life prediction of concrete structures, in particular the prediction of the permeability of damaged structures. A multi-scale approach is proposed. The global behavior is modeled within the fracture mechanics framework and the local behavior is modeled by the discrete element method. An approach was developed to condense the non linear behavior of the mortar. A model reduction technic is used to extract the relevant information from the discrete elements method. To do so, the velocity field is partitioned into mode I, II, linear and non-linear components, each component being characterized by an intensity factor and a fixed spatial distribution. The response of the material is hence condensed in the evolution of the intensity factors, used as non-local variables. A model was also proposed to predict the behavior of the crack for proportional and non-proportional mixed mode I+II loadings. An experimental campaign was finally conducted to characterize the fatigue and fracture behavior of mortar. The results show that fatigue crack growth can be of significant  importance. The experimental velocity field determined, in the crack tip region, by DIC, were analyzed using the same technic as that used for analyzing the fields obtained by the discrete element method showing consistent results.

Ce mémoire de thèse s’inscrit dans le développement d’un microscope thermique à sonde locale.Ce système d’imagerie présente deux modes de fonctionnement permettant de déterminer soit unetempérature de surface soit des propriétés thermophysiques de matériaux. Un micro-thermocouplebifilaire a été utilisé comme capteur thermique. Il est peu invasif et permet d’accéder à destempératures de surface sur une large gamme de température. De plus, le microscope offrel’avantage d’être moins sensible à la nature optique des échantillons que les méthodes en champlointain. Dans le but de maitriser le contact entre la sonde et la surface, un résonateur à quartz(diapason) a été utilisé comme capteur de force. Un système d’excitation original basé sur l’effetphoto-thermo-élastique a été mis au point. Le microscope fonctionne donc comme un SThM puisqu’ilpermet d’extraire simultanément des images topographiques et thermiques (régime périodique 2 et3 oméga). En revanche, les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence les avantages dumicro-thermocouple en termes de résolutions spatiales topographiques vis-à-vis des techniques àsondes résistives fonctionnant en mode 3 oméga. / This PhD thesis deals with the development of a thermalmicroscope using a local probe. This imagingsystem presents two functioning modes that allow determining either surface temperature or thermalproperties of materials. A micro-wire thermocouple is used as a thermal sensor. It is less invasiveand allows measuring the surface temperature with a large temperature range. Furthermore, themicroscope offers an advantage to be less sensitive to the optical nature of a sample surface thanoptical methods. To control the contact between the probe and the surface, a quartz tuning fork hasbeen used as a force sensor. An original excitation system has been developed based on the photothermaleffect. The microscope works also as a SThM since it permits to extract simultaneouslytopographical and thermal pictures (2 and 3 omega periodical modes). Results underlining themicro-thermocouple advantages, in terms of topographical compared to resistive probe techniquesfunctioning with the 3 omega method, have been obtained.

Les travaux accomplis dans le cadre de ce projet de recherche ont permis de réaliser un dispositif électromécanique fonctionnel pour l’actionnement d’embrayage. Le dispositif utilise une vis mère et un écrou pour transformer le mouvement rotatif d’un moteur électrique en mouvement linéaire. Le dispositif peut être placé n’importe où dans un véhicule grâce à un conduit hydraulique en circuit fermé qui assure le transfert de puissance mécanique vers l’embrayage. La performance et les composants clés ont été optimisés à l’aide de résultats de simulation. Un compromis est ainsi fait entre le coût, l’efficacité et la performance du système. Un contrôleur par compensation de friction ou par mode glissant permet de minimiser les effets néfastes de la friction dans le mécanisme de transfert sur la précision et le temps de réponse. Des essais sur véhicule démontrent la fonctionnalité du concept pour l’actionnement d’embrayage.

Les variateurs de vitesse sont constitués de convertisseurs statiques qui permettent de varier la vitesse de rotation des moteurs électriques triphasés. Cependant, ces convertisseurs sont à l'origine de perturbations électromagnétiques conduites de mode commun. L'objectif de ce travail porte sur la réduction ces perturbations conduites, par l’élaboration d’une nouvelle stratégie de commande basée sur la modulation de largeur d’impulsions (MLI). Cette commande est appliquée à un variateur de vitesse composé d’un redresseur MLI à absorption sinusoïdale. Un état de l’art des solutions d’atténuation des perturbations conduites a été réalisé ; à l’issu duquel, il en résulte que la MLI est une technique intéressante pour la réduction des perturbations de mode commun. Une stratégie de modulation basée sur la méthode de synchronisation des commutations entre redresseur et onduleur, nommée synchronisation totale, a été développée. Dans le but de mettre en avant l’impact de cette méthode sur le niveau des perturbations, une étude des phénomènes relatifs aux commutations des transistors de puissance est menée. Un modèle de représentation simplifié des commutations a permis l’évaluation des performances de la synchronisation totale sur la tension de en mode commun. Cette méthode a ensuite été validée expérimentalement au travers d’un prototype intégrant un algorithme d’application de la stratégie de modulation proposée. Les résultats obtenus ont permis de montrer les avantages de la méthode de synchronisation totale principalement dans la réduction des dimensions des filtres CEM utilisés pour la mise en conformité des variateurs de vitesse. / The adjustable speed drives (ASDs) use the static converters that allow varying the speed of the three phase electrical motors. However, these converters are the main source of the common mode conducted emissions. The objective of this research work focuses on the reduction of conducted emissions, through the development of a new control strategy based on pulse width modulation (PWM). This strategy is applied to an adjustable speed drives that is composed from an Active Front End (AFE). A state of art of the different solutions of the reduction of the conducted emissions has been achieved. This study shows that the control strategy (PWM) is a useful technique for reducing common mode interferences. A new PWM strategy allowing the synchronization of all the switching cell of the AFE and inverter has been developed and will be noted "full synchronization". In order to highlight the impact of this method on the conducted emissions, a study of phenomena related to the power transistors' switching is carried out. A simplified model of the switching allowed the evaluation of the performances of full synchronization method on the common mode voltage. This method was then validated experimentally on an ASD prototype using the developed control strategy algorithm. The obtained results show the advantages of the proposed full synchronization method, mainly in the reduction of the dimensions of the EMI filters for compliance with EMC standards.

Ce mémoire porte sur l'étude et l’optimisation du fonctionnement des extensomètres à corde vibrante pour la surveillance des constructions stratégiques. Ce travail se décompose en trois étapes.Premièrement, le fonctionnement du capteur en mode amorti et en mode entretenu est décrit. Un dispositif électronique de lecture à base de microcontrôleur est réalisé pour valider les développements. Deuxième, le comportement du capteur est étudié en établissant des modèles représentant les couplages magnéto-mécaniques entre la corde vibrante, la bobine d'excitation et la bobine de mesure. Les influences du mode d'excitation et des paramètres parasites sur la réponse du capteur sont analysées. Enfin, l'effet de la foudre est simulé en utilisant un simulateur de décharge électrostatique. La réponse du capteur est mesurée avant, pendant et après la décharge. Les résultats de ce travail peuvent se résumer en quatre points essentiels. Premièrement, le mode entretenu est préférable au mode amorti. Deuxièmement, la position d'excitation optimale est au centre de la corde. De plus, une excitation continue ou une excitation pulsée d'un grand nombre de cycles est préférable à une excitation pulsée d'un petit nombre de cycles. Troisièmement, la fréquence de résonance mesurée en mode entretenu diffère de celle mesurée en mode amorti à cause de deux paramètres : la force magnétique moyenne et le couplage mutuel entre les bobines. Quatrièmement, sous l'action des décharges, le champ magnétique résiduel est modifié, conduisant ainsi à une modification de la fréquence de résonance mesurée par le capteur. / This thesis focuses on the study and the optimization of the operation of vibrating wire sensors for strategic construction monitoring. This work is divided into three stages.Firstly, the sensor operation in damped mode and in sustained mode is described. To validate the developments, an electronic microcontroller-based reading device is realized. Secondly, the sensor behavior is investigated by establishing models representing the magneto-mechanical coupling between the vibrating wire, the excitation coil and the measurement coil. The influences of excitation mode and spurious parameters on the sensor response are analyzed. Finally, the effect of lightning is simulated using electrostatic discharge simulator. The sensor response is measured before, during and after discharge.The results of this work can be summarized in four main points. Firstly, the sustained mode is preferable to the damped mode. Secondly, the optimal excitation position is at the center of the wire. Furthermore, a continuous excitation or a pulsed excitation of a large number of cycles is preferable to a pulsed excitation of a small number of cycles. Thirdly, the resonant frequency measured in sustained mode differs from that measured in damped mode due to two parameters: average magnetic force and mutual coupling between coils. Fourthly, under the action of discharges, the remaining magnetic field is modified, thus leading to a variation in the resonant frequency measured by the sensor.

Les catalyseurs de type oxorhénates supportés sont connus pour présenter de bonnes performances en oxydation ménagée du méthanol en diméthoxyméthane. La structure des oxorhénates fait encore débat dans la littérature mais semble fortement liée à la nature du support utilisé. Nous avons tenté de préciser la structure des oxorhénates sur deux types de supports, l’oxyde de titane et l’alumine. Nous avons également étudié l’influence de la structure des oxorhénates sur l’activité du catalyseur. L’identification des différentes espèces s’est faite principalement par l’utilisation de la spectroscopie Raman en conditions ex situ et in situ. Nous avons montré que l’aire spécifique du support est un paramètre primordial conditionnant la structure des oxorhénates. Ainsi, il apparait que sur des supports présentant une grande aire spécifique les oxorhénates sont des monomères tandis que sur des supports présentant des surfaces spécifiques plus petites, les oxorhénates ont une structure polymérique présentant des liaisons ReVII-O-ReVI. La différence de comportement des monomères et des polymères en oxydation ménagée du méthanol a été analysée en détail par des analyses XPS en conditions « quasi in situ » et des analyses par spectroscopie Raman operando. Nous avons ainsi montré que seules les espèces polymériques sont actives pour la production de diméthoxymethane : le couple rédox ReVI/ReIV est responsable de l’oxydation du méthanol en formaldéhyde tandis que l’espèce ReVII présente l’acidité appropriée pour la réaction de condensation de deux molécules de méthanol avec le formaldéhyde pour former le diméthoxyméthane. / Supported rhenium oxide catalysts are highly active for the direct conversion of methanol to dimethoxymethane. In the literature, the structure of rhenium oxide species is still under debate and seems to be highly dependent on the nature of the support. We have investigated the structure of rhenium oxide supported on titania and alumina and have studied the influence of rhenium oxide structure on the catalytic activity. We have mainly used ex situ and in situ Raman spectroscopy technique to identify the different species adsorbed on the supports. We have shown that specific surface area is a essential parameter which influences the oxorhenates structure. Oxorhenates have monomeric structure on supports with low specific surface area while on supports with high specific surface area, oxorhenates are polymers which present ReVII-O-ReVI bridges. The behaviors of monomeric and polymeric species in methanol partial oxidation have been studied by « quasi in situ » XPS spectroscopy and by operando Raman spectroscopy. Only polymeric species are active for dimethoxymethane production : redox couple ReVI/ReIV is responsible for methanol oxidation to formaldehyde and ReVII acidity is appropriate for acetalization of formaldehyde with methanol to dimethoxymethane.

In highly conductive plasmas described by the ideal magnetohydrodynamics (MHD), magnetic field lines are frozen-in to the plasma. The contrary process takes place when the localized non-ideal and diffusive effects allow the field lines to break and reform, and therefore, called "magnetic reconnection" process. Magnetic reconnection is well recognized as an important plasma process capable of converting enormous amounts of stored magnetic energy to both thermal energy and bulk acceleration of the plasma. Single-fluid MHD model of this process can not explain the rate of magnetic reconnection observed in the space and laboratory plasmas, but the two-fluid model has raised the promises of explaining the magnetic reconnection satisfactorily. This thesis by employing the two-fluid MHD model of the magnetic reconnection studies theoretically this process.