Dans un contexte de vieillissement de la population, et donc d’augmentation du nombre de presbytes, l’amélioration des optiques destinées à la correction de ce défaut visuel est un enjeu crucial. Nous avons cherché à optimiser le design des optiques bifocales, qui ne présentent que deux puissances différentes: une pour la vision de loin et une pour la vision de près. Pour cela, nous avons simulé des images telles qu’elles seraient vues à travers nos designs, et les avons fait noter par des sujets. La première étude s’est penchée sur le ratio d’aire optimisant la vision au loin comme au près. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour un ratio de 40% de vision de près au centre, même si des valeurs de 20 à 50% étaient satisfaisantes. Cependant, ces optiques à deux zones concentriques ont un défaut : elles sont très sensibles au changement de diamètre pupillaire, qui est très fréquent. Un changement de taille de pupille entrainant une modification du ratio d’aires, la solution consiste à utiliser plusieurs zones concentriques alternant entre correction de loin et de près. La seconde étude s’est focalisée sur l’optimisation du nombre de zones concentriques dans ces optiques bifocales par la même méthode. Lorsque le nombre de zones est augmenté suffisamment, des interférences permettent d’augmenter également la qualité de vision intermédiaire, nos profils étant disposés comme des réseaux de Fresnel. Les profils à 5 zones permettent une bonne vision de loin et de près en redonnant une légère vision intermédiaire, et les profils à 8 zones donnent une qualité de vision similaire au loin, en intermédiaire et au près. Ces profils ont ensuite été évalués dans des conditions plus réalistes, en présence d’aberrations, de décentrement, de différents diamètres pupillaires par deux populations d’âge différent. L’âge des sujets n’influence pas leur évaluation des optiques. Les aberrations ont plus d’impact sur la qualité visuelle que le décentrement. Le diamètre pupillaire a une influence plus forte sur les profils possédant moins de zones. Enfin, nous avons comparé nos profils optimisés avec des lentilles de contact disponibles sur le marché. Du point de vue de la qualité visuelle comme de la profondeur de champ, nos profils étaient meilleurs que les lentilles du marché. Il serait donc intéressant d’en créer des prototypes pour effectuer des tests au porté. Les designs développés dans cette thèse pourraient servir à effectuer une personnalisation de la correction optique des presbytes. Différents designs pourraient être proposés pour chaque oeil, permettant de combiner deux profils par sujets. De nombreuses variations inter-individuelles, également observées dans les études précédentes, restent toujours imprévisibles. Elles pourraient être dues à des différences de sensibilité au contraste ou de tolérance au flou. Il serait donc intéressant de développer un test optométrique, consistant à faire évaluer des images floues par le sujet, de façon à prédire s’il s’agit d’un bon candidat au port de lentilles bifocales. / Giving the aging of the population, and therefore the augmentation of presbyopes, the improvement of optics used to compensate for this visual impairment are at stake. We optimized bifocal optics designs, which only have two powers: one dedicated to distance vision and one dedicated to near vision. For this, we simulated images as they would appear through our designed optics, and asked subjects to grade the quality of these simulated images. First study dealt with the ratio of area optimizing visual quality at distance and at near. The best results were obtained for a ratio of 40% of central near vision, even if values from 20 to 50% gave quite comparable satisfying results. However, these 2 zone optics have a drawback they are very sensitive to the change of pupil diameter, which happens very often. A change in pupil size leads to a change of ratio of areas, the solution consists in using several concentric zones alternating between distance and near correction. The second study was about the optimization of the number of concentric zones in these bifocal optics using the same method. When the number of zones is increased enough, interferences allow to improve intermediate visual quality, as our profiles are built as Fresnel networks. Five zone profiles give a good distance and near vision with a little intermediate vision, and 8 zone profiles give an acceptable quality of vision from far to near. These profiles were evaluated in more realistic conditions, in presence of aberrations, decentration and different pupil diameters by two populations with different age. The age of subjects did not influence their evaluation of the optics. Aberrations had more impact on visual quality than decentration. Pupil diameter had a stronger influence on the optics with less number of zones. Eventually, we compared our optimized profiles with actual contact lenses available on the market. When looking at visual quality and depth-of-focus, our profiles were better than the ones available on the market. Therefore, it would be interesting to make prototypes to try them on real subjects. The designs developed in this work could be used to personalize presbyopes optical compensation. Different designs could be tried on each eye, allowing to combine two profiles per subject. A lot of inter-individual variations, also observed in previous studies, remain unpredictable. They could be linked to differences in contrast sensitivity or tolerance to blur. It would be interesting to create a visual test consisting in evaluating blurred images, in order to predict of a subject is a good candidate to fit with bifocal optics.

L’implantation de lentilles intraoculaires est le traitement substitutif standard de la cataracte toutes origines confondues. L’implantation est faite à la suite de l’extraction du cristallin par phacoémulsification. Les implants souples, en acrylates hydrophobes, à bord carrés et « 1 pièce » sont recommandés pour prévenir la survenue de complications post-opératoires telles que l’opacification capsulaire postérieure. Cette complication multifactorielle est associée à un défaut de biocompatibilité. L’acte chirurgical, la physiopathologie du patient ainsi que la forme de la lentille intraoculaire modifient l’incidence. Malgré plusieurs mesures préventives, l’incidence n’est pas nulle et la prévalence continue d’augmenter avec le temps. Des cas tardifs d’opacifications surviennent jusqu’à 9 ans après la chirurgie. Un de nos objectifs dans le cadre de ce travail était de relier cette complication tardive au mécanisme de vieillissement des implants intraoculaires. Les résultats obtenus après hydrolyse et photo-oxydation, ont montré une altération des caractéristiques du polymère avec formation de composés néoformés de faibles masses moléculaires, qui diffusent au travers du polymère et migrent vers la surface en fonction de leur polarité et leur masse moléculaire. Il en résulte la création d’un gradient de concentrations de composés hydrophiles en surface et de composés hydrophobes dans les couches inférieures de l’implant. La vitesse du mécanisme de vieillissement est directement liée aux conditions (température, intensité de photo-oxydation). Par ailleurs, nous avons démontré l’existence d’une variation inter et intra lots des caractéristiques physico-chimiques de ces implants. Ces modifications de propriétés de surface constituent une explication à la survenue des complications tardives qui est liées à une modification de la biocompatibilité des implants intraoculaires, après vieillissement / Intraocular lenses are the main treatment for cataract surgery whatever the origin. The implantation is done in the same surgical time as the lens extraction by phacoemulsification. Today, the recommended lenses are foldable acrylic copolymers with square edges and “1-piece”. This design decreases the incidence of adverse events as posterior capsular opacification (POC). This complication is multifactorial and is associated with a poor biocompatibility. The surgery and physiopathology are two others factor that impact the incidence of PCO. Despite many preventive actions, the incidence is not null and prevalence keep on increasing each year after the surgery. The late PCO cases occur until 9 years after the surgery. One of our objectives in the context of this work was to link this late complication to the aging mechanism of intraocular implants. The results obtained after hydrolysis and photo-oxidation have showed the characteristic modifications of the polymer with formation of low molecular weight compounds, which diffuse through the polymer and migrate to the surface, as a function of their polarity and their molecular weight. All these modifications have created concentration gradient. Indeed, the hydrophilic compounds have diffused on the surface and hydrophobic compounds in the implant matrix. The kinetic of the aging process is directly related to the aging conditions applied (temperature, intensity of photo-oxidation). Furthermore, we have demonstrated the existence of the variability between and within batches, of the physicochemical characteristics of these implants. These surface property modifications are an explanation for the occurrence of late complications that is related to a modification of the intraocular lenses biocompatibility after aging.

Ce projet vise l’étude de la focalisation d’un faisceau ionique à la pression atmosphérique. Les sources ioniques récentes fonctionnent à cette pression et la région de dérive séparant la région d’ionisation de l’entrée du spectromètre de masse est telle qu’une importante partie du signal produit est perdu avant son introduction dans le spectromètre de masse. La source LDTD ionise les analytes par une décharge couronne qui est produite par une pointe à haute tension. Le champ électrique généré par cette configuration tend à grandement disperser les ions. Pour limiter cette dispersion et focaliser une plus grande partie du signal produit au centre, des lentilles électrostatiques annulaires minces ont été introduites dans la région de dérive. Des simulations ainsi que des expériences réalisées sur un montage, nous ont permis d’observer une focalisation d’un faisceau ionique. Les résultats expérimentaux ont corroboré les résultats obtenus en simulation.

Dans le cadre de la relativité générale, l'observation de la phase actuelle d'accélération de l'expansion de l'Univers soulève de nombreuses questions car elle semble indiquer l'existence d'une "énergie noire" dont on ne connaît pas la nature. Afin de pouvoir expliquer l'accélération de l'Univers sans énergie noire, d'autres théories de la gravité ont été proposées. Cette thèse est consacrée à l'étude de certaines de ces théories de gravité modifiée, ainsi qu'aux méthodes d'observation qui peuvent les contraindre. La première partie de cette thèse présente un panorama des théories de gravité modifiée ainsi que leurs motivations. La seconde partie analyse les théories de gravité massive et le mécanisme dit « de Vainshtein », qui permet à certaines solutions de la gravité massive de différer fortement de la relativité générale aux échelles cosmologiques tout en satisfaisant les contraintes expérimentales au sein du système solaire. La validité de ce mécanisme y est démontré pour la première fois, au travers de l'étude de certaines solutions à symétrie sphérique. La troisième partie traite des modifications scalaires de la gravité ; un nouveau modèle de gravité scalaire y est notamment proposé, inspiré du mécanisme de Vainshtein de la gravité massive. Enfin, la quatrième partie décrit les différentes observations locales, astrophysiques et cosmologiques, susceptibles de contraindre les théories de gravité modifiée.

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser. / The development of corneal contact lenses initially aimed to correct vision troubles but more recently targets to improve administration of ophthalmic drugs. Eye drops from ophthalmic solutions has a poor administration efficiency of 5% or less and is currently the most used method to deliver drugs to the eye. Such administration technique needs to be improved and contact lenses could be the solution according to many opticians. However, no marketed therapeutic contact lenses has been marketed up to date. In this project we have developed a model of a contact lens made of 2-(hydroxyethyl)methacrylate embedding microgels of poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM), encapsulating a model drug. We first developed an analytical method capable to quantify simultaneously seven ophthalmic drugs: Pilocarpine, lidocaine, proparacaine, atropine, triamcinolone acetonide, timolol and prednisolone. This method was developed on a HPLC-MS/MS device and was validated according to FDA and ICH criteria. Using this method, we achieved very low detection and quantitation limits with high precision and accuracy in both simulated lachrymal fluids and in rabbit ocular tissues. Each seven drugs was validated using this method. We proceeded with the synthesis of negatively charged microgels of NIPAM using methacrylic acid (MAA) as comonomer. Resulting size were ranging between 200-600 nm and zeta potential was found to increase (absolute value) with temperature. The microgels were used to encapsulate a model molecule, rhodamine 6G (R6G), in different medium and were loaded in the microgel up to 38% (drug loading, DL%). Using Langmuir isotherms to measure affinity and adsorption of R6G, it was found well correlated to MAA content in microgels, suggesting electrostatic interaction was the main parameter for drug loading. Release kinetics was performed using a model hydrogel of acrylamide embedding the R6G-loaded microgels. The measured release was found to follow an affinity-based mechanism for over 4-24 hours. The release kinetics were then compared to a formulation of liposomes and nanogels of chitosan embedded in hydrogel. All formulations exhibited interesting release profiles making them promising systems for different therapeutic applications. Finally, we changed the acrylamide gels for pHEMA designed to reproduce contact lenses containing drug-loaded microgels. The hydrogel composition, in terms of monomer / cross-linker ratio, was first optimized to fit contact lenses properties of 260-340 µm thick contact lenses. We also made use of semi-interpenetrated polyvinylpirrolidone (PVP) in the pHEMA hydrogel matrix to increase its water content. The highest DL% of negatively charged microgels were obtained using lidocaine and were used for release studies, where the total content of lidocaine was released in approximately 2 hours with and without microgels. In the end, this was a pilot study aiming to evaluate the potential of microgel usability in contact lenses. However, the impact of microgels on release was not fully conclusive. Additional studies should be undertaken to achieve a better comprehension and characterization of the release mechanism such as using more eye relevant physiological models. Such studies would provide further insights on the use of such materials for eye drug delivery and its applicability.

Briser la frontière observationnelle de l’Univers lointain suscite de nombreux axes de recherches dans la cosmologie moderne. Exigeantes par la sensibilité demandée, ces observations constituent aussi bien un défi technologique pour les prochaines générations d’instruments qu’une étape nécessaire à la compréhension des différentes étapes d’évolution de l’Univers. Une des étapes importantes est la réionisation du milieu intergalactique, époque charnière marquant la fin des “Âges Sombres”. Déterminer quand et comment ce processus s’est déroulé et quelles ont été les sources l’ayant déclenché et entretenu sont les principales questions motivant ces recherches. Les travaux présentés dans cette thèse participent à l’effort de la communauté scientifique internationale dans la caractérisation de l’histoire de l’époque de la réionisation en recherchant des galaxies à grand décalage spectral vers le rouge (redshift). Après un panorama complet des contraintes observationnelles actuelles sur l’époque de la réionisation, sont ensuite présentés les deux projets ayant fournis les données constituant la matière première de cette analyse. En utilisant une même technique d’imagerie en bande étroite dans le domaine de longueurs d’onde proche-infrarouge, des observations avec l’instrument WIRCAM (CFHT) et d’autres avec l’instrument HAWK-I (VLT) ont permis d’établir des contraintes robustes sur la fonction deluminosité des Emetteurs Lyman-α au redshift z = 7.7. A l’occasion de la présentation du second projet, la problématique de la stratégie observationnelle est abordée, notamment via l’utilisation des amas de galaxies comme lentilles gravitationnelles amplifiant le flux des sources d’arrière-plan. L’absence de confirmation spectroscopique des Emetteurs Lyman-– sélectionnés durant l’analyse des données WIRCAM et l’absence de candidats dans le sondage HAWK-I suggèrent une évolution de la fonction de luminosité des Emetteurs Lyman-– entre les redshifts z = 6.5, telle quedéterminée dans d’autres études, et z = 7.7. La tendance de cette évolution, en luminosité ou en densité de galaxies, ne peut pas encore être déterminée compte tenu de la variabilité des résultats obtenus à plus bas redshift. Si cette évolutions’effectuait en luminosité, ce pourrait être le signe d’une augmentation de l’opacité du milieu intergalactique au rayonnement Lyman-α causée par une plus importante fraction d’hydrogène neutre, ce qui est une signature attendue de la réionisation. / Breaking through the observational frontier of the distant universe motivates numerous scientific cases in modern cosmology. Demanding by the required sensitivity, high-redshift observations provide both a technological challenge for next generation instruments and a necessary step toward the understanding of cosmic evolution. One critical epoch is the reionization of the intergalactic medium bringing to light the end of the so-called “Dark Ages”. Determine when and how this process took place and what were the sources that started and maintained the reionization are the mainquestions motivating this research. The work presented in this thesis contributes to the effort of the internationalscientific community in characterizing the reionization epoch history by searching for galaxies at high redshift. First, I describe the current observational constraints in a comprehensive chapter. Then the two datasets used in that work are presented. From narrow-band observations in the near-infrared with WIRCAM at the CFHT and HAWK-I at the VLT, I put strong constraints on the luminosity function of Lyman-α Emitters at z = 7.7. The best strategy for this type of survey is discussed, in particular with the use of massive galaxy clusters acting as gravitational lenses that amplify the flux from background sources. The lack of spectroscopic confirmation of candidates found with WIRCAM and the lack of candidates found with HAWK-I suggest an evolution of the luminosity function from z = 6.5. This evolution could be either in luminosity or in number density but somewhat discrepant results at lower redshift prevent any definitive answer to this question. If the evolution was mostly in luminosity, it could be interpreted as an increase in the opacity of the intergalactic medium caused by an increased fraction of neutral hydrogen, which is an expected signature of reionization.

L'optique gravitationnelle est desormais devenue un outil populaire pour mesurer les distributions de masse des structures sur des echelles tres differentes. Le cisaillement cosmique permet d'etudier les structures a tres grande echelle, et la combinaison des cisaillements forts et faibles permet de contraindre la distribution de masse des amas de galaxies. Dans cette these, je vais m'interesser a l'etude des halos de matiere noire en utilisant la technique du "galaxy-galaxy lensing". Une telle technique permet l'etude de la distribution de masse des galaxies de champ aussi bien que des galaxies d'amas en utilisant des donnees de bonne qualite, a partir de telescopes terrestres ou depuis l'espace. L'idee est la suivante : l'observation des formes de galaxies distantes qui ont ete deformees gravitationnelement par des galaxies d'avant-plan nous permet de contraindre la distribution de masse des galaxies d'avant-plan. Etant donne que la distortion d'une galaxie lentille sur une galaxie distante est tres petite devant la largeur de la distribution en ellipticite des galaxies, la seule facon de mesurer cet effet est de considerer le probleme statistiquement. Par consequent, le galaxy-galaxy lensing permet de contraindre les proprietes d'une population de haloo de matiere noire, et la significance des contraintes dependra du nombre de paires avant-plan/arriere-plan. Un avantage de cette approche statistique est qu'elle permet de sonder le potentiel gravitationnel des halos de galaxies jusqu'a un rayon tres grand ou les methodes plus traditionnelles ne sont pas applicables car il est peu probable de rencontrer des traceurs dynamiques et hydrodynamiques a ce rayon. Je presente une etude theorique du phenomene, en appliquant une methode de maximum de vraisemblance sur des donnees simulees, et en introduisant des profils de masse decrivant les halos de galaxies. Le but de ce travail est d'etudier differentes configurations observationnelles et de montrer quelles sont les contraintes que l'on peut esperer obtenir sur les proprietes des halos de galaxies. J'applique ensuite la methode proposee afin d'etudier les proprietes des galaxies residants dans des amas lentilles massifs. Avec le developpement des surveys grand champs, la technique du galaxy-galaxy lensing sera tres utile pour caracteriser la distribution de masse des galaxies en fonction du redshift, de l'environnement et de la morphologie.

L'imagerie optique biomédicale est confrontée aux phénomènes d'absorption et de diffusion de la lumière par les tissus qui atténuent et brouillent le signal au cours de sa propagation. La Tomographie de Cohérence Optique (OCT) filtre les photons balistiques par interférométrie en lumière temporellement incohérente. En particulier, l'approche Plein Champ atteint une résolution de 1 µm, mais sa profondeur de pénétration ne dépasse pas 1 mm. Il est donc impossible d'imager les organes internes in vivo et in situ : il faut pour cela disposer d'un instrument doté d'un endoscope, ce qui n'avait pas été réalisé à ce jour. Nous proposons un système d'OCT Plein Champ avec endoscope flexible qui repose sur le couplage de deux interféromètres, l'un extérieur à la sonde et l'autre situé à l'extrémité de la sonde en contact avec le tissu. Ainsi la sonde est entièrement passive et le signal interférométrique qui la traverse n'est pas perturbé par l'environnement. Sa flexibilité lui permettrait d'imager des organes internes comme le colon. Cependant l'utilisation d'un faisceau de plusieurs milliers de fibres optiques fait apparaître un signal d'interférence parasite dû aux phénomènes de couplage inter-coeurs et inter-modes. Des solutions sont proposées pour s'en affranchir et permettre l'imagerie d'échantillons de tissus. En imagerie par endoscopie rigide deux systèmes sont comparés, avec un ou deux interféromètres, et une sonde composée de lentilles à gradient d'indice. Cette sonde peut imager directement au contact des zones comme la peau, ou en pénétrant l'organe à la manière d'une aiguille, par exemple dans le sein. Elle est assez performante pour être utilisée in vivo sur la peau.

Les recherches que j'ai menées depuis mon doctorat ont consisté à étudier l'Univers distant, en particulier la formation et l'évolution des galaxies. Je me suis basé pour cela sur des observations obtenues sur les grands équipements astronomiques (télescopes au sol et spatiaux, radiotélescopes), que j'ai combinées à l'effet bénéfique de l'amplification gravitationnelle fournie par des amas de galaxies massifs. En effet, la présence d'un tel amas sur la ligne de visée va entraîner une augmentation du flux et de la taille des galaxies situées en arrière-plan, à la manière d'un télescope supplémentaire. Cet effet, une fois bien modélisé et calibré, nous permet d'étudier plus facilement et à meilleure résolution les sources distantes qui sont généralement plus faibles. Une grand partie de mon travail a ainsi concerné de multiples observations d'amas de galaxies massifs, dans l'idée de mesurer un grand nombre de systèmes multiples apparaissant par effet de lentille forte. Ceci permet de calibrer le profil de masse de ces amas et de sélectionner les meilleurs télescopes gravitationnels. Le résultat de ces campagnes d'observations est également très important pour construire un échantillon de galaxies distantes amplifiées. Parmi les études sur les galaxies à des décalages spectraux 1 < z < 5, correspondant typiquement au pic de la formation stellaire globale dans l'histoire des galaxies, on peut distinguer les observations résolues et non résolues spatialement. Les galaxies les plus brillantes (intrinsèquement ou par effet d'amplification) sont aussi les plus étendues dans la dimension spatiale, ce qui permet de mesurer leurs propriétés internes : régions multiples de formation stellaire intense dans un même objet, mesure de la cinématique globale en étudiant le champ de vitesse du gaz, ou encore évolution des propriétés chimiques (comme la métallicité du gaz) de part et d'autre de la galaxie. Ce type d'étude nous permet de comprendre les mécanismes physiques en oeuvre dans les galaxies distantes, et de comprendre leur différence par rapport à l'Univers local. Les galaxies les plus faibles sont généralement peu ou pas résolues, ce qui nous donne accès à des mesures globales (taille de l'objet, masse stellaire, luminosité, spectre intégré). Un des avantages de l'amplification est d'obtenir un niveau de signal mesuré suffisant pour étudier les paramètres globaux de galaxies intrinsèquement très faibles, ce qui est entièrement complémentaire aux études de galaxies plus lumineuses ou plus massives en absence d'amplification. Parmi les propriétés statistiques de ces échantillons, les relations d'échelle entre les différents paramètres globaux peuvent être étudiées sur plusieurs ordres de grandeur. Enfin, pour les galaxies les plus distantes (typiquement à z > 5), qui sont moins nombreuses et quasiment non-résolues, on va effectuer des recherches de sources amplifiées pour les étudier en d'etail de manière individuelle. Ces sources ont un intérêt tout particulier car elles auraient une contribution importante au processus de réionisation du milieu intergalactique, qui s'est produit au cours du premier milliard d'années d'histoire de l'Univers. Là encore, l'effet de lentille est très important pour étudier des sources intrinsèquement moins lumineuses, ou des sources très amplifiées que l'on peut étudier par spectroscopie.

Dans cette thèse, nous développons des micro-concentrateurs de lumière en vue d’applications dans l’infrarouge. Les optiques, plates, de dimensions comparables à la longueur d’onde, sont formées d’une couche micronique de métamatériau, constituée de polymère structuré par des trous d’air. Une focalisation dans la zone de Fresnel des structures est recherchée en réalisant un gradient d’indice, obtenu en variant le diamètre des inclusions d’air (de λ//20 à λ/8). Des simulations électromagnétiques sont d’abord effectuées pour valider un design. La fabrication de ces concentrateurs repose sur la structuration d’une couche de photorésine à l’aide d’une technique de lithographie optique 3D à deux photons. Les mesures obtenues par l’imagerie infrarouge des structures montrent l’obtention d’une focalisation en accord avec les simulations pour un volume de concentrateur de 1,5 λ³, en dépit de l’absorption résiduelle de la résine choisie. Les structures proposées sont invariantes dans la direction axiale et peu épaisses, et peuvent donc être transférées dans d’autres types de matériaux ayant des indices de réfraction plus importants, comme le silicium. Les structures proposées peuvent également servir de plateforme pour réaliser un confinement sub-longueur d’onde par l’ajout d’antennes plasmoniques / In this thesis, we develop flat light concentrators for infrared applications. The structures have dimensions comparable with the wavelength and are made of a metamaterial layer (few microns) made of polymer with air holes inclusions. Light focusing in the Fresnel zone of the structures is achieved by a gradient index profile obained by chirping the holes diameter (from λ//20 to λ/8). Electromagnetic simulations are first performed to validate a design. The fabrication of these concentrators is then made by direct laser writing using a 3D two-photon lithography technique. Infrared imaging of the structures reveals a clear focusing of the infrared light for concentrators volume as small as 1,5 λ³, in agreement with the electromagnetic simulations. Considering that the metamaterial concentrator slabs are invariant in the axial direction and not too thick, similar structures can be transferred in transparent substrates such as silicon using deep reactive ion etching. A subwavelength light confinement can also be exploited by adding plasmonic antenna on the top surface of the flat concentrators