L'augmentation exponentiel des performances des lignes de télécommunication optique est en partie du au développement de deux technologie : l'amplificateur à fibre dopée erbium(EDFA) et l'utilisation du multiplexage en longueur d'onde (WDM). Or, combinée, ces des technologies font apparaitre sur les lignes de télécommunication le problème de saturation spectrale du gain (GSHB), un trou se perce dans la bande de gain lorsqu'un fort signal passe dans la fibre amplificatrice.<br />Ce travail de thèse étudie donc ce problème afin de le relier à des grandeurs et des phénomènes physiques connus. Nous avons donc du procédé à des expériences de spectrométrie directement sur fibre optique afin d'effectuer des comparaisons entre les grandeurs mesurée sur échantillons massifs, et en particulier la largeur homogène, celle mesurée sur fibre optique à la fois par des technique comparables (RFLN), et via le trou de GSHB. <br />Nous avons ensuite effectué la première modélisation de l'EDFA qui tient compte des aspects inhomogènes de la répartition de l'erbium dans la matrice hôte, celui-ci rend pour la première fois, compte qualitativement de phénomène lié à l'inhomogénéité tel que le GSHB.<br />Enfin nous avons étudié de nouveaux matériaux utilisables pour l'amplification optique fibré, des matériaux nanostructurés. En effet, contrôler l'environnement de l'erbium indépendamment de la matrice hôte, permettrait d'optimiser à la fois les propriétés de luminescence de l'erbium et les aspects fibrage et guide optique de l'EDFA. Nous avons donc mis en évidence les propriétés particulières de l'erbium dans ces nanoparticules.

Les fluctuations d'intensité ou de fréquence observées en sortie de cavité émettrice représentent une caractéristique essentielle des lasers à semi-conducteur. Le bruit est d'une part une conséquence directe de la nature corpusculaire de la lumière et permet ainsi d'approcher les processus physiques mis en jeu dans la cavité laser. D'autre part, le bruit définit les limites fondamentales pour l'utilisation des composants concernés dans les expérimentations où la sensibilité est un facteur clé, ainsi que dans les systèmes de communication à haut débit. Ainsi, l'étude du bruit et la compréhension des mécanismes associés sont d'une importance primordiale, sur le plan de la physique fondamentale et également d'un point de vue technologique.

Ce mémoire présente des résultats théoriques et expérimentaux sur les interactions entre atomes et lumière laser dans les horloges atomiques à pompage optique. On présente tout d'abord l'affinement spectral de lasers à semiconducteurs par la technique de la cavité étendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testés et comparés. La conception de structures performantes est présentée,et une méthode d'auto-alignement est mise en œuvre pour réduire la sensibilité des ces lasers aux perturbations extérieures. Ensuite, les interactions atomes/lumière sont décrites par le formalisme de la matrice densité, en prenant en compte le bruit de fréquence et la modulation du laser. Cette partie développe plus particulièrement l'analyse du pompage optique. On montre que le flux atomique présente, à pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de fréquence du laser. Enfin, en dernière partie, une évaluation expérimentale de l'influence des paramètres des lasers sur les signaux d'horloge est menée. Les rôles des lasers de pompage et de détection sont étudiés séparément, et l'extra-bruit de détection des atomes non-pompés est mesuré pour des lasers de pompage de largeurs de raie différentes. L'influence de l'efficacité du pompage sur le rapport signal-à-bruit du signal d'horloge est déterminée expérimentalement pour une horloge à jet thermique de césium, dans une configuration de frange brillante.

L'interprétation des spectres compliqués de l'atmosphère solaire magnétisée requiert des modèles théoriques adéquats de transfert radiatif hors ETL. Dans la première partie, la théorie quantique de la polarisation est revue ainsi que celle du transfert radiatif hors ETL de 2$^{\rm e}$ espèce. Une notation générale est introduite pour traiter numériquement la matrice densité atomique. Une technique de ''lambda-operator splitting'' est présentée et utilisée pour développer une méthode originale de préconditionnement analogue à l'algorithme itératif de Jacobi. De nombreux processus sont pris en compte: l'effet Zeeman, l'effet Paschen-Back, l'effet Hanle, la polarisation atomique, les croisements de niveaux, le pompage optique, la (dé)polarisation par collisions. Une technique multigrille non linéaire est développée dans le cadre du transfert de rayonnement polarisé et l'efficacité de la méthode est discutée. Les possibilités de ce nouveau solveur sont démontrées sur l'exemple d'une raie optiquement épaisse d'un atome multiterme dans le régime de l'effet Paschen-Back. Dans la deuxième partie, la polarisation par impact de la raie H-alpha de l'hydrogène est étudiée. Les modèles semi-empiriques de la chromosphère éruptive sont utilisés pour déterminer les effets différentiels du faisceau de protons sur les profils d'intensité et de polarisation. Il est montré qu'il est improbable que les faisceaux de protons soient la source de la polarisation linéaire observée. Dans le dernier chapitre, il est montré que les courants électriques de retour sont un ingrédient significatif de la formation des raies et ils sont proposés comme une source possible de la polarisation observée.

Une étude de 2 diagnostics de perte de masse dans les objets stellaires est faite et un programme qui calcule la formation des raies rotationnelles de CO en géometrie axiale est developpé. Les contraintes posées par les résultats sur la structure à grande échelle des jets sont discutées. Les raies interdites dans les étoiles jeunes de faible masse sont ensuite etudiées. Plusieurs modèles capables d'expliquer les profils observés sont discutés

La plaine du Gharb au Maroc, souffre d'excès d'eau pendant l'hiver et du déficit hydrique en été. Cet état de fait explique la faible rentabilité des investissements hydro agricoles réalisés à ce jour par le gouvernement. L'originalité de ce travail réside dans le fait de relier l'évacuation des eaux de surface excédentaires au cours de l'hiver, et la satisfaction des besoins en eau de la culture dès le printemps où elle commence à connaître un déficit hydrique.<br />Deux objectifs sont assignés à ce travail : (i) l'évaluation des performances hydrauliques et agronomiques du drainage de surface et (ii) l'évaluation de l'impact de l'excès d'eau sur la culture de la betterave à sucre. Il repose sur (i) une approche expérimentale et (ii) une modélisation des processus en question. Pour ce faire, des comparaisons ont été effectuées entre trois parcelles : (i) une parcelle nivelée selon une pente S0 de 0.2 % et irriguée à la raie, (ii) une parcelle non nivelée irriguée par aspersion et (iii) une parcelle nivelée selon une pente S0 de 0.2% dans la même sens que la première parcelle mais dépourvue de raies et irriguée par aspersion.<br />L'étude expérimentale a clairement démontré la capacité d'une parcelle avec raies à évacuer efficacement les excès d'eau pendant l'hiver comparativement à une parcelle non nivelée. Sur cette dernière, les submersions locales affectent fortement la production de la betterave à sucre. Le système de raies fournit les meilleurs rendements suivis de près par le système nivelé irrigué par l'aspersion.<br />Un modèle de ruissellement a été spécifiquement développé pour la prédiction du volume ruisselé et du débit maximal de ruissellement à l'exutoire d'une parcelle avec raies soumise à des événements pluvieux intermittents et d'intensités variables. Ce modèle utilisant entre autre pour entrée le hyetogramme de pluie d'une période de retour 1 an met en évidence le sous dimensionnement des fossés destinés à recueillir les eaux à l'aval des parcelles chez les agriculteurs. Les performances agronomiques de la raie ont été évaluées à l'aide du modèle SOFIP qui simule l'impact de l'irrigation à la raie sur la productivité de l'eau. Pour la parcelle non nivelée, le modèle PILOTE a été adapté pour simuler l'impact de la submersion sur la productivité de la betterave à sucre. Les simulations du rendement effectuées sur une série de onze années montrent clairement l'avantage du système gravitaire modernisé par rapport au système aspersif non nivelé et ce, pour différentes dates de semis. On peut pour conclure affirmer que le développement agricole dans la plaine du Gharb doit être raisonné en tenant compte des excès d'eau hivernaux préjudiciables aux cultures.

L'exploration de l'Univers lointain connait présentement un essor sans précédent, grâce notamment à une instrumentation de pointe en perpétuelle amélioration. Les galaxies primordiales sont devenues accessibles par une signature spectrale très intense : la raie de recombinaison de l'hydrogène Lyα. En procède une pléthore d'applications cosmologiques, qui demeurent cependant très fragiles et en proie à diverses incertitudes. En cause, la complexité du transfert radiatif de Lyα, qui est une raie résonante. La présente thèse a pour principal objectif la calibration et la consolidation des quantités, observations et interprétations astrophysiques basées sur l'émission Lyα, en particulier dans l'univers lointain. L'approche principale consiste à observer les analogues locaux des galaxies a flambée de formation d'étoiles distantes, permettant une étude détaillée de la physique Lyα à haute résolution grâce au télescope spatial Hubble. Une étude numérique présente ensuite la simulation du transfert radiatif de Lyα dans les galaxies locales et à un décalage spectral de 3, et le lien entre différentes populations de galaxies. Enfin, la dernière partie de ce travail présente une estimation empirique d'une quantité physique cruciale pour la calibration des observables Lyα, à savoir la fraction d'échappement fesc(Lyα), ainsi que les caractéristiques physiques des émetteurs Lyα détectés par GALEX.

Des systèmes d'absorption Lorentziens, qui sondent les nuages de gaz HI de plus hautes densités de colonne, servent ici à sonder les environnements de galaxies hôtes de noyaux actifs à grand décalage spectral (z > 2). Ceci permet d'étudier l'effet des mécanismes de rétroaction des noyaux actifs sur les galaxies hôtes, tel que les vents à haute vitesse et l'ionisation intense. J'implémente deux techniques pour identifier les systèmes Lorentziens au décalage spectral du quasar dans les données du Sloan Digital Sky Survey III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey.Un tel système Lorentzien fait office de coronographe naturel puisqu'il absorbe complètement le rayonnement provenant du noyau actif. Parfois une raie Lyα étroite émise par la galaxie est superposée à l'absorption. J'étudie un échantillon statistiquement complet et je caractérise l'émission. Les systèmes Lorentziens qui révèlent les raies étroites d'émission Lyα les plus lumineuses proviennent de nuages denses et compacts dans la galaxie hôte. Les autres sont dus à des galaxies voisines du quasars.Une deuxième technique consiste à observer des paires de quasars ayant une petite séparation angulaire pour sonder les environnements des galaxies hôtes à des distances transverses inférieures à 90 kpc. J'analyse les propriétés du gaz pour des paires où un système Lorentzien apparait dans le spectre du quasar d'arrière plan coïncident avec le pic d'émission Lyα du quasar de premier plan.Dans une des paires, je détecte une sur-densité de systèmes absorbants à z = 2.69 dans une région correspondant à 6.4 Mpc en distance propre. Les propriétés de cette région suggèrent un filament du milieu intergalactique. / Damped Lyman-α absorbers (DLAs), the highest column density HI Lyman-α (Lyα) absorptions, are used in this thesis to study the environments of high-redshift (z > 2) quasar host galaxies. This is essential for determining how feedback mechanisms from active galactic nuclei (AGN), including high-velocity winds and intense ionizing radiation, impact the host galaxies. Thanks to the large number of quasar sight-lines from the Sloan Digital Sky Survey III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, I implement two techniques to identify DLAs that occur at the quasar redshift.Along the sight-line, these DLAs act as natural coronagraphs and completely absorb the broad Lyα emission from the central AGN. In some cases, a narrow Lyα emission line from the quasar host galaxy is superimposed on the DLA trough. I compare coronagraph DLAs that reveal narrow Lyα emission with those that do not in a statistically complete sample and characterize the emission. DLAs with the most luminous narrow Lyα emission peaks may arise from dense, compact clouds in the host galaxy, while the others may be due to neighboring galaxies. With a second technique, I use pairs of quasars with small angular separations to investigate host galaxy environments at distances of less than 90 kpc in the transverse direction. I analyze the gas properties for pairs where a DLA appears in the background quasar spectrum coincident with the foreground quasar Lyα emission peak.In one of the pairs, I also detect an overdensity of Lyman-limit system absorbers at z = 2.69 in a region spanning 2000 km/s (6.4 Mpc proper distance) along the two sight-lines. The overdense region properties suggest an intergalactic medium filament.

Ce travail de thèse est consacré au développement de la technique de fluorescence induite par laser (LIF) à deux photons appliquée à la molécule CO pour des mesures en flammes à haute pression. Différents schémas d'excitation laser à deux photons et de fluorescence sont comparés afin de déterminer celui qui est le mieux adapté à la détection de CO en milieux de combustion. Le schéma de transitions électroniques B1 Σ+ - X1 Σ+ (230 nm) / B1 Σ+ - A1 Π(483 nm) est sélectionné. Un code de calcul des spectres LIF à deux photons de CO est développé pour prédire l'évolution du signal sur une large gamme de températures et de pressions. Des mesures dans une cellule à haute température et haute pression, et dans une flamme laminaire CH4/air à 1 bar sont réalisées de 300 à 1750 K, et de 1 à 13 bar. Les résultats indiquent une dépendance polynomiale d'ordre 2 du décalage spectral avec la pression ainsi que l'asymétrie du spectre qui croît avec la pression entre 300 et 860 K. La limite de détectivité de CO par LIF en ponctuel est estimée de 500 ppm en flamme à 1 bar. L'effet de la température sur les profils spectraux est bien reproduit par la simulation. La comparaison des profils mesurés en flamme à 1 bar avec les profils simulés donne une température de 1750 +-50 K, en accord avec celle prédite par le modèle de combustion. L'effet de la pression sur le profil spectral (décalage, élargissement et asymétrie) est correctement simulé en considérant un profil collisionnel de Lindholm de 1 à 5 bar à 300 K, et de 1 à 7 bar à 860 K. L'imagerie de fluorescence induite par laser de CO a été développée en flamme à 1 bar. La limite de détectivité est déterminée de 900 ppm pour nos conditions expérimentales. / This work is dedicated to the development of two-photon laser induced fluorescence (LIF) of COfor application in high-pressure flames. Different two-photon excitation and fluorescence schemes arecompared in order to determine which one is more suitable for the detection of CO in flames. TheB1Σ+ -X1Σ+ (230 nm)/B1Σ+ -A1Π (483 nm) electronic transitions scheme is chosen. A numericalcode of two-photon LIF spectra is developed to predict the evolution of fluorescence signals over awide range of temperatures and pressures. Measurements in a high temperature and high pressure celland in a laminar CH4/air flame at 1 bar are performed from 300 to 1750 K and from 1 to 13 bars.Results indicate a square dependence of the collisional shift upon pressure and a large asymmetry ofthe spectrum at high pressure between 300 and 860 K. The detection limit is estimated to be 500 ppmin flame at 1 bar. Influence of temperature on LIF spectra is well reproduced by the simulations. Comparisonbetween measured and simulated excitation spectra lead to a flame temperature of 1750+-50K, in accordance with combustion modelling. The Lindholm profile is used in order to reproduce thepressure-dependence of the spectrum in the range 1 to 5 bars at 300 K, and 1 to 7 bars at 860 K.Planar laser induced fluorescence imaging of CO is developed in flame at 1 bar. The detection limit is900 ppm in our experimental conditions.

Les propriétés du milieu interstellaire (MIS) influencent fortement l’environnement et les processus menant à la formation d’étoiles qui, à son tour, dicte l’évolution d’une galaxie. Les galaxies naines du Groupe Local sont de parfaits laboratoires pour comprendre comment le contenu en métaux (ou métallicité) du MIS affecte l’interaction entre le gaz, la poussière et les étoiles. Mon travail de thèse porte sur les propriétés physiques des régions HII et du gaz diffus ionisé de la galaxie naine IC10, de métallicité 1/3 solaire. La proximité de cette galaxie (d=700kpc) permet l’analyse du MIS à différentes échelles spatiales: des nuages brillants compacts (25pc) au corps entier de la galaxie formant des étoiles (650pc). Afin de mesurer les propriétés physiques du MIS, j’ai modélisé les raies d’émission en infrarouge observées avec Spitzer et Herschel grâce à des modèles de photoionisation et de photodissociation. Je présente une exploration complète de plusieurs méthodes pour déterminer, de manière la plus fiable et selon les contraintes disponibles, les propriétés du MIS à diverses échelles. J’ai contraint les propriétés des nuages compacts les plus brillants dans IC10 et montré que l’émission à plus grande échelle (300pc) est dominée par celle de ces nuages. Enfin, je démontre le besoin d’un modèle à plusieurs composantes pour reproduire les observations dans leur ensemble. / The properties of the Interstellar Medium (ISM) strongly influence the environment and processes that lead to star-formation, which in turn, drives the evolution of a galaxy. Dwarf galaxies in the Local Group are perfect laboratories to investigate how the metal-poor ISM affects the interplay between gas, dust and stars. In this thesis, I investigate the properties of the HII regions and the diffuse ionized gas of the nearby dwarf galaxy IC10, which has a metallicity of 1/3 solar. Its proximity (d=700 kpc) enables the analysis on different spatial scales: from the compact clumps (~25 pc) to the whole star-forming body of the galaxy (~650pc). In order to measure the physical properties of the ISM, I model the infrared emission lines observed with Spitzer and Herschel with photoionization and photodissociation models. I present an extensive exploration of different methods to determine the most reliable ISM properties, based on the available constraints. I determined the properties of the brightest star-forming clumps within the galaxy and show that the emission at large scales (~300 pc) is dominated by that of the compact, bright clumps that lie within the region. I further demonstrate the need for a multi-component model to fully reproduce the observations.