Les lasers à cascade quantiques (LCQ) sont des sources puissantes de rayonnement térahertz (THz) et moyen infrarouge (MIR). Elles reposent sur une transition intersousbande dans la bande de conduction des nanostructures semiconductrices constituant le LCQ. Ce travail de thèse présente une étude fondamentale de l'optique non-linéaire résonante dans les LCQ. La génération de mélange de fréquences entre un LCQ THz ou MIR et un faisceau proche infrarouge (NIR) est démontrée dans la cavité même du LCQ. Les non-linéarités des puits quantiques constituant la zone active du LCQ sont exaltées grâce à une excitation NIR résonante avec les transitions interbandes et grâce au photon du LCQ résonant avec les transitions intersousbandes de la structure. Ces excitations résonantes entrainent une forte exaltation de la susceptibilité non-linéaire, permettant une interaction efficace sans considération pour l'accord de phase. De précédentes études limitées aux températures cryogéniques, ont mis en évidence le mélange d'ondes résonant entre un LCQ THz basé sur GaAs et un faisceau NIR à 800 nm. Le travail novateur de cette thèse montre que le mélange d'ondes résonant dans les LCQ peut être étendu à la gamme des LCQ MIR et à des excitations de pompe dans le domaine télécom, à température ambiante. De plus, les limites liées à l'absorption sous excitation résonante ont été en partie dépassées, grâce à une géométrie en réflexion. Ce travail a permis une compréhension approfondie des non-linéarités interbandes et intersousbandes résonantes dans les LCQ, ouvrant la voie vers des applications potentielles telles que le décalage de longueurs d'ondes tout-optique pour les télécommunications. / Quantum cascade lasers (QCLs) are powerful terahertz (THz) and mid-infrared (MIR) sources. Their emission relies on intersubband transitions i.e. transitions between confined electronic states in the conduction band of these semiconductor nanostructure-based lasers.This PhD thesis presents a fundamental study of resonant nonlinear optics in QCLs. Nonlinear frequency mixing between a THz or MIR QCL photon and a near infrared (NIR) pump has been shown within the QCL cavity. Nonlinearities from the QCL active region, composed of a set of quantum wells, can be enhanced owing to a NIR excitation that is resonance with interband transitions, and with the QCL photon in resonance with intersubband transitions. These resonant excitations permit a strong exaltation of the nonlinear susceptibility, allowing an efficient interaction without considerations of phase matching. Previous studies, limited to cryogenic temperatures, have shown nonlinear frequency mixing between a GaAs based THz QCL and an 800 nm NIR beam.This thesis presents an original work highlighting that resonant nonlinear optics in QCLs can be extended to the MIR, and to telecom range pump excitations, at room temperature. Furthermore, previously limits related to absorption at resonant excitations have also been partially overcome, by proposing a geometry in reflection.As well as proving an in-depth understanding of interband and intersubband nonlinearities in QCLs, this work paves the way to potential applications such as all optical wavelength shifting for telecommunications, and the up-conversion of THz and MIR photons into thetechnologically mature NIR range.

Résumé de l'étude in vitro. L'objectif de cette étude in vitro était de créer un fantôme avec la même architecture musculaire (fibre, aponévrose ...) et les mêmes propriétés mécaniques que le muscle en condition passive et active. Deux fantômes homogènes ont été fabriqués avec différentes concentrations de plastisol pour simuler les propriétés élastiques du muscle en condition passive (50% plastisol) et active (70% de plastisol). Pour cela, des fils en Téflon (d = 0,9 mm) ont été insérés dans la partie supérieure du fantôme (50%) pour représenter les fibres musculaires. De plus, une feuille en matière plastique (8 x 15 cm) a également été placée au milieu du fantôme pour imiter la structure de l'aponévrose. Ensuite, des tests ERM ont été effectués à 90 Hz avec deux stimulateurs pneumatiques de différentes formes (tube en silicone, membrane circulaire) pour analyser l'effet du type du stimulateur sur la propagation des ondes. La longueur d'onde a été mesurée à partir des images phase et les propriétés élastiques (module de cisaillement) ont été calculées. Les deux fantômes (50% et 70%) ont montré des propriétés élastiques similaires à celles du muscle à l’état passif (2,40 ± 0,18 kPa) et actif (6,24 ± 0,21 kPa). Le stimulateur en forme de tube a donné des valeurs plus élevées (environ 1,2 kPa à 1,53 kPa). L'analyse du comportement des ondes a révélé un glissement le long de la feuille plastique. Ce phénomène a aussi été observé in vivo le long de l’aponévrose. L'onde a également été sensible à la présence des fils en téflon car des coupures, des trous, ont été identifiés au cours de la propagation de l’onde. Une nouvelle méthode de post-traitement a été créée pour mesurer les paramètres G' et G" à partir de tests ERM réalisés à plusieurs fréquences (60, 80, 100 Hz) et en utilisant des modèles rhéologiques. Cette méthode a été testée sur un fantôme (50%) qui n’avait pas d’inclusion. Les résultats des mesures viscoélastiques (G', G") ont été validés avec la technique HFVS (Hyper-Fréquence viscoélastique Spectroscopy). Des valeurs similaires, G' et G’’, ont été obtenues avec les deux techniques. Ce dernier résultat valide la nouvelle méthode de post-traitement pour mesurer les propriétés viscoélastiques. Résumé de l'étude in vivo. L'objectif de cette étude in vivo a été de développer des protocoles ERM pour caractériser les propriétés élastiques (module de cisaillement) des neuf muscles de la cuisse. Ces tests ont été effectués à une seule fréquence (90 Hz). Différents modules de cisaillement ont été trouvés entre les muscles. Le gracilis a révélé des propriétés élastiques plus élevées que les autres muscles. Ces différentes élasticités peuvent être dues à différentes compositions physiologiques et architecturales entre les tissus. Ensuite, les propriétés viscoélastiques des muscles ischio (ST, SM, et la BC) et du muscle Gr ont été déterminées en appliquant la nouvelle méthode de post-traitement des données (précédemment validée sur le fantôme 50%) avec des tests ERM multi fréquences (70, 90 et 120 Hz) et en utilisant des modèles rhéologiques. Les résultats ont montré que deux modèles rhéologiques, Zener et springpot, peuvent être utilisés pour mesurer les propriétés viscoélastiques des muscles à l’état passif. De plus, des résultats similaires ont été trouvés entre G "/ G ', obtenus expérimentalement à 90 Hz, et la valeur α du modèle de springpot. / Summary of the vitro studies. The objective of this in vitro study was to create a phantom witch the same muscle architecture (fiber, aponeurosis …) and mechanical properties of muscle in passive and active states. Two homogeneous phantoms were manufactured with different concentrations of plastisol to simulate the muscle elastic properties in passive (50% of plastisol) and active (70% of plastisol) muscle conditions. Moreover, teflon tubing pipes (D = 0.9 mm) were thread in the upper part of the phantom (50%) to represent the muscle fibers and a plastic sheet (8 x 15 cm) was also included in the middle of the phantom to mimic the aponeurosis structure. Subsequently, MRE tests were performed at 90Hz with two different pneumatic drivers, tube and round shapes, to analyze the effect of the type of driver on the wave propagation. The wavelength was measured from the phase images and the elastic properties (shear modulus) were calculated. Both phantoms revealed elastic properties which were in the same range as in vivo muscle in passive (2.40 ± 0.18 kPa) and active (6.24 ± 0.21 kPa) states. The impact of the type of driver showed higher values with the tube (range: 1.2 kPa to 1.53 kPa). The analysis of the wave behavior revealed a sliding along the plastic sheet as it was observed for in vivo muscle study. The wave was also sensitive to the presence of the fibers where gaps were identified. A new post processing method was established to measure G’ and G” from experimental multi frequencies (60, 80, 100 Hz) MRE (MMRE) tests and rheological models. This method was tested on the phantom (50%) made without fiber. Cross validation of the viscoelastic (G’, G”) results was made with Hyper-Frequency Viscoelastic Spectroscopy (HFVS). Both techniques showed similar range of values for G’ and G” at the same frequencies. This last result validated our new data processing for the viscoelastic measurement. Summary of the in vivo studies. The objective of this in vivo study was to develop MRE protocols to characterize the elastic properties (shear modulus) of the nine thigh muscles. These tests were performed at a single frequency (90Hz). Different shear moduli were found between the muscles. The gracilis revealed the highest elastic properties compared to all the other muscles. These different elasticities may be due to different physiological and architectural compositions between the tissues. Then the viscoelastic properties of the ischio (ST, SM, and BC) and Gr muscles were determined based on our new data-processing method (validated on the phantom 50%) using MMRE tests (70, 90 and 120Hz) and rheological models. The results revealed that two rheological models, zener and springpot, can be used to measure the viscoelastic properties in passive state. A similar trend was found between the experimental ratios G”/G’ obtained at 90 Hz and the α value of the springpot model. The present MRE muscle protocol, and the viscoelastic data base, could be used as non-invasive diagnostic tools to evaluate tissue alterations, the progression of diseases, and the effect of treatments, such as the ongoing therapeutic trials for Duchenne muscular dystrophy.

La mesure des polluants fait l'objet depuis la fin du XXème siècle d'une attention toute particulière pour la préservation de la planète. Les espèces gazeuses, plus précisément le méthane, présent dans le MIR, possède des forces de raies très intenses, ce qui rend la technique plus sensible. La technique de détection de gaz utilisée durant ma thèse est choisie après une large comparaison entre différentes techniques appartenant à la SDLA. Cette technique est la technique QEPAS. Elle a montré depuis son invention en 2002, une grande sensibilité et sélectivité dans le domaine d'analyse de gaz. La source de lumière utilisée dans la QEPAS est une diode laser accordable (laser à SC), ce qui permet de rendre la technique plus sélective, en variant sa longueur d'onde d'émission en fonction du courant injecté et/ou température de régulation, pour se localiser sur une raie souhaitée à détecter. Le détecteur de la QEPAS est le diapason à quartz (QTF). Ce dernier est très sensible à la force minime appliquée par l'onde acoustique, ce qui rend la technique très sensible aux faibles concentrations. Plusieurs étapes de caractérisations sont exigées pour déterminer les caractéristiques de la diode laser et du QTF. Après le choix de la diode laser et du QTF, idéaux pour la spectroscopie, on passe à l'évaluation de la technique QEPAS dans le domaine d'analyse de gaz. Les limites de détection du méthane obtenues avec la technique QEPAS sont 0.8 ppmv et 400 ppbv à 2.3 µm avec un laser à Fabry-Pérot et un laser à cristaux photoniques, respectivement, et 100 ppbv à 3.3 µm avec un laser DFB.Ce travail a permis d'obtenir une technique performante (sensible, sélective, pas cher…), dans le domaine d'analyse de gaz. / The measurement of the pollutants is the subject since the late twentieth century especially in attention to protecting the planet. The gaseous species, specifically methane, present in the MIR, has strengths rays very intense, making the technique more sensitive.The detection technique of gas used during my PhD was chosen after an extensive comparison of different techniques belonging to the SDLA. This technique is the QEPAS technique. It has shown since its invention in 2002, a high sensitivity and selectivity in gas analysis. The light source used in the QEPAS is a tunable diode laser (Laser SC), thus making the technique more selectively, by varying the wavelength of emission as a function of injected current and / or control temperature to be located on a line desired to detect. The detector is QEPAS of quartz tuning fork (QTF). The latter is very sensitive to small force applied by the acoustic wave, which makes the technique very sensitive to low concentrations. Several steps are required characterization to determine the characteristics of the laser diode and the QTF. After choosing the laser diode and the QTF, ideal for spectroscopy, we pass to the evaluation of the technique QEPAS in gas analysis. The detection limits of methane obtained with the technique are QEPAS 0.8 ppmv and 400 ppbv to 2.3 microns with a Fabry-Perot laser and a photonic crystal laser, respectively, and 100 ppbv to 3.3 microns with a DFB laser.This work has provided a powerful technique (sensitive, selective, cheap ...) in gas analysis.

Notre travail porte sur l'étude du Problème de Routage et d'Allocation de Longueur d'Onde (Routing and Wavelength Allocation - RWA) dans des réseaux optiques WDM, indépendamment de la topologie physique sous-jacente. Le problème a été idntifié comme étant NP-difficile et plusieurs approches, tant exactes qu'approchées, existent. Nous fournissons d'abord une revue de littérature dans laquelle nous présentons quelques formulations mathématiques pour le problème ainsi que plusieurs manières d'obtenir des bornes inférieures et des heuristiques. Nous considérons le problème min-RWA dans lequel on doit satisfaire un certain nombre de requêtes avec le moins de longueurs d'onde possible. Nous présentons une méthodologie reposant sur une recherche locale de type Descente à Voisinage Variable (Variable Neighborhood Descent - VND) que l'on appelle VND-BFD. Son objectif principal est de supprimer des longueurs d'onde. Nous présentons également une méthode hybride VND-BT. Ensuite, nous proposons une nouvelle approche, elle-aussi reposant sur la VND. Elle consiste à ré-arranger les requêtes entre les longueurs d'onde disponibles. Lorsqu'elle atteint un optimum local, une procédure de perturbation est appliquée et le schéma est similaire à la Recherche Locale Itérée (Iterated Local Search - ILS). Quatre variantes sont définies selon les stratégies appliquées dans VND et ILS : VNDr-ILSp, VNDe-ILSp, VNDr-ILS5p et VNDe-ILS5p. Les résultats expérimentaux montrent que cette nouvelle approche est plus performante, en particulier la version VNDe-ILS5p. La méthode est compétitive avec les meilleures méthodes de la littérature puisque VNDe-ILS5p a permis d'améliorer une grande partie des meilleures solutions connues sur les instances standard du min-RWA. Enfin, nous considérons aussi le problème max-RWA dans lequel on doit maximiser le nombre de requêtes traitées avec un nombre donné de longueurs d'onde. Nous proposons des modèles compacts ainsi que des améliorations destinées à accélérer la résolution par des solveurs en nombre entiers. Après avoir décrit des modèles existants utilisant la génération de colonnes, nous proposons un nouveau modèle, PG-MAX-IS-IRC, utilisant lui-aussi la génération de colonnes. Il permet d'obtenir des bornes supérieures de même qualité en un temps très fortement réduit. / This work deals with the routing and Wavelength assignment (RWA) in optical WDM networks independently on the underlying physical topology. We begin with a review of the literature presented some mathematical models formulated to solve theproblem, are also reviewed methods for setting lower bounds and heuristic methods. This problem has been shown to be NP-hard and several heuristic algorithms have been developed to solve it. We present in this work a methodology based on metaheuristic Variable Neighborhood Descent (VND), which we call VND-BFD, primarily with the focus on the elimination of wavelengths and a hybrid method VND-BT to solve the problem. Then we introduce a new approach also based on VND, but this time with the focus on the rearrangement of the requests, when this new version of the VND fails the procedure activates a disturbance, as the metaheuristic Iterated Local Search. We define four variants to this method, which we call VNDr-ILSp, VNDe-ILSp, VNDr-ILS5p and VNDe-ILS5p. The computational experiments show that the approach with the focus on requestsproved more efficient, especially the version VNDe-ILS5p. The proposed method is competitive with respect to the best methods in the literature. Finally, we present compact models aimed at maximizing the number of requests accepted and some simplifications are proposed in order to speed up the resolution of problems. Although we present some models of literature based on column generation and a new methodology is proposed. The new methodology, which we call PG-MAX-IS-IRC, was able to solve all instances faster than the method of the literature and always found the same upper bound.

Les études d'association pangénomiques ont permis d'identifier de nouveaux loci, dont le gène CR1 comme associé au risque de maladie d'Alzheimer (MA). Le récepteur du complément de type 1 (CR1) est une glycoprotéine transmembranaire, présente notamment à la surface des érythrocytes (CR1E), mais également dans le plasma sous forme soluble (CR1s). Le CR1 peut prendre des formes fonctionnelles différentes, qui pourraient conférer des niveaux de risque différents, voire suggérer des mécanismes physiopathologiques de la MA. Si la relation entre CR1 et MA est aujourd'hui connue, son mécanisme reste énigmatique.L'objectif principal de cette thèse était de corréler aux données génétiques (single nucleotide polymorphisms, polymorphismes de longueur, polymorphismes de densité), des éléments phénotypiques acquis comme la densité du CR1E ou le CR1S. D'une part, notre étude a montré grâce à deux méthodes différentes, que la MA était associée à une densité basse de l'isoforme long de CR1 (CR1*2) et suggérait l'existence d'allèle silencieux de CR1. D'autre part, nous avons montré que même si les critères génétiques étaient respectés, certains phénotypes pourraient être acquis au cours de la maladie. Nos résultats suggèrent que la MA résulterait plus d'une insuffisance d'épuration des dépôts amyloïdes, que d'une réponse excessive dont la réaction inflammatoire serait délétère. Bien que cette recherche génotypique et phénotypique, à potentiel physiopathologique, nécessite des investigations à plus grande échelle, elle pourra ouvrir la voie à des nouvelles pistes thérapeutiques qui ne peuvent être envisagées aujourd'hui faute de vue claire du ou des mécanismes en cause. / Genome-wide association studies have identified new loci, including the CR1 gene, as being associated with Alzheimer's disease (AD) risk. The complement receptor type 1 (CR1) is a transmembrane glycoprotein found on the surface of erythrocytes (CR1E), and also in the plasma in soluble form (CR1s). CR1 can have different functional forms that may confer different risk levels, or even suggest pathophysiological mechanisms of AD. Indeed, the relation between CR1 and AD is now well established, the mechanism of this association remains to be elucidated.The main objective of this thesis was to correlate acquired phenotype elements, such as density of CR1E (number of CR1 antigenic sites per erythrocyte) or CR1s with genetic data (single nucleotide polymorphisms, length and density polymorphisms). Firstly, our study showed using two different methods that AD is associated with low density of the long CR1 isoform (CR1*2) and suggested the possible existence of silent CR1 alleles. Secondly, we showed that although genetic criteria were met, some phenotypes could be acquired during the course of the disease. Our findings suggest that AD stems more from insufficient clearance of amyloid deposits than from excessive response whose inflammatory reaction might be deleterious. Although this genetic and phenotypic study with pathophysiological potential still require further investigation on a larger scale, she could pave the way towards new therapeutic avenues that currently remain elusive in the absence of a clear overview of the mechanisms involved.

Un grand nombre d’études examinant les aspects cognitifs et neurobiologiques de la lecture ont étés conduites dans les dernières décennies. Cependant, la stratégie qui sous-tend l’identification de mots pour des lecteurs experts et la manière dont l’attention visuo-spatiale est déployée dans le temps et l’espace visuel demeurent méconnues. L’étude de Blais et al. (2009) nous apporte une avancée significative dans nos connaissances à ce sujet. La présente étude se propose d’étendre leur investigation initiale à l’aide d’un protocole capable de spécifier comment l’information visuelle est extraite dans l’espace et dans le temps au cours d’une tache de reconnaissance de mot chez des lecteurs neurotypiques. 16 étudiants ont été testés à l’aide d’une tâche inspirée de la méthode des « Bulles ». Ils devaient lire des mots français de cinq lettres présentés pendants 200 ms et échantillonnés dans l’espace-temps avec un ratio signal/bruit variant aléatoirement et de manière indépendante pour chaque position de lettre. Un bloc de 150 essais de pratique était d’abord complété, pendant lequel le ratio signal/bruit était ajusté de manière à maintenir le taux de succès à 51%. Ensuite, quatre blocs de 150 essais chacun étaient complétés, eux même suivis d’un nouveau bloc de 75 essais d’entrainement afin de réajuster le ratio signal/bruit maximum. Enfin, quatre blocs additionnels de 150 essais chacun étaient complétés. Les analyses examinent comment les variations temporelles du ratio signal/bruit déterminent le taux d’acuité des participants. Des images de classification dans le domaine temporel ont été construites pour chaque participant en soustrayant la somme pondérée des profils temporels de ratio signal/bruit des essais incorrects de ceux associes à une réponse correcte. Nous avons également construit des images de classification dans le domaine temps-fréquence qui indiquent la contribution de bandes de fréquences spécifiques pour l’efficacité d’encodage en fonction du temps. Les images de classifications individuelles étaient transformées en scores Z afin d’être sur une même échelle et pouvoir ainsi calculer des moyennes de groupes. La significativité statistique était déterminée par l’application du test Pixel. Les résultats suggèrent un processus d’extraction des lettres sériel, dans lequel l’ordre des lettres est fonction de la valeur diagnostique de cette lettre pour l’identification correcte du mot. Ces observations sont inconsistantes avec un modèle d’extraction parallèle, généralement admis pour expliquer l’absence d’effet de longueur de mot dans la lecture experte. Elles semblent en effet indiquer un mode de traitement sériel des lettres à l’intérieur duquel le traitement de plusieurs lettres conjointes reste possible. L’absence d’effet de longueur du mot dans un contexte de traitement sériel serait expliquée par l’hypothèse que le nombre de lettres à identifier (et/ou le nombre de fixations attentionnelles requis) demeure fixe, quelque soit la longueur du mot. Cependant, cette hypothèse reste encore à étayer; en testant ce protocole sur des mots de différentes longueurs. / A vast number of studies examining the cognitive and neurobiological aspects of reading have been conducted in the past decades. However, the strategy underlying expert word identification and the way visuospatial attention is deployed across time and space remains unknown. The study from Blais et al. (2009) offered a significant advance to our knowledge in this regard. The present study extends this initial investigation by using a protocol which can specify how visual information is extracted in space and time during visual word recognition in neurotypical readers. 16 students were tested using an adaptation of the « Bubbles » technique. Participants read five-letter French words exposed for 200 ms and sampled in space-time by random signal-to-noise ratio (SNR) variations which were independent for each letter position. Participants first completed a 150-trial practice session during which the maximum allowable SNR was adjusted in order to maintain accuracy at about 51% correct. Then, four experimental blocks of 150 trials each were completed. This was followed by a 75-trial practice block to readjust the maximum allowable SNR. Finally, four additional blocks of 150 experimental trials each were conducted. Data analyses examined how the temporally varying signal/noise determined the response accuracy of participants. Classification images in the temporal domain were constructed for each participant by subtracting the weighted sum of the temporal profiles of signal/noise ratios of incorrect trials from those associated with correct responses. We also constructed classification images in the time-frequency domain which indicate the contribution of particular frequencies as a function of time to processing effectiveness. Individual classification images were transformed into Z scores to put them on the same scale, thereby allowing the calculation of group means. Statistical significance was determined by the application of the Pixel test. The results suggest a serial processing of letter extraction information in which the order of letters is a function of the diagnostic value of that letter for word identification. These observations are inconsistent with a parallel processing model, which is the generally accepted account for the invariant latency of expert visual word recognition as a function of word length. These would seem to indicate a serial processing of letters within which several joint letters are still possible. The absence of word length effect in the serial processing would be explained by the number of letters (and/or the number of attention attachments required) which remains constant whatever the length of the word. However, this hypothesis still need to be substantiated by testing this protocol on words of different lengths.

La théorie de la relativité générale décrit l'effet de la gravitation en termes de géométrie des espaces-temps. La courbure des variétés lorentzienne est liée à l'énergie et l'évolution de la matière (ou du vide) par les équations d'Einstein, un système d'équations différentielles non-linéaires. Dans les années 1950, l'existence locale de solutions des équations d'Einstein a été établie. Motivé par ce résultat, j'étudie l'évolution ainsi que la régularité des espaces-temps. Il est démontré que certaines estimations d'énergie peuvent être contrôlées par des limites unilatérales portant uniquement sur la géométrie. Les estimations de l'énergie Bel-Robinson, par exemple, sont indispensables pour le calcul des critères d'effondrement pour les solutions des équations d'Einstein. Comme un important espace-temps, des modèles astrophysiques avec des sources de fluides parfaits sont considérés. Une théorie d'existence de solutions à symétrie sphérique pour l'équations Einstein-Euler est présenté et on identifie une classe de données initiales non-piégées qui conduit à la formation dynamique de surfaces piégées. Pour permettre des ondes de choc, des solutions à variation bornée sont considérées. Dans ce cadre de là et dans d'autres domaines de la relativité générale, il est crucial de comprendre si et comment la régularité des métriques influe sur la géométrie des espaces-temps. Je propose aussi quelques résultats généraux sur les métriques riemanniennes continues et sur l'algèbre des fonctions généralisées. Cette thèse montre donc que l'espace-temps de faible régularité présentent un large éventail de phénomènes intéressants au cours de leur évolution. / The general theory of relativity describes the effect of gravitation in terms of the geometry of spacetimes. The curvature of Lorentzian manifolds is related to the energy and momentum of matter (or vacuum) by the Einstein equations, a system of nonlinear partial differential equations. In the 1950s the initial value formulation and local existence of solutions to the Einstein equations were established. As of yet the global structure of spacetimes is much less understood. Motivated by this I investigate the evolution as well as the regularity of spacetimes. I show that certain energy estimates can be controlled by one-sided bounds on the geometry only. Estimates of the Bel-Robinson energy, for example, play a crucial role in the derivation of breakdown criteria for solutions of the vacuum Einstein equations. As an important astrophysical model spacetimes with perfect fluid sources are considered. An existence theory for spherically symmetric solutions to the Einstein-Euler equations is presented, and, above all, I identify for the first time a class of untrapped initial data that leads to the dynamical formation of trapped surfaces. To allow for shock waves, solutions are regarded to be of bounded variation. The distributional framework is essential here and in other areas of general relativity, and it is crucial to understand if and how the regularity of metrics influences the geometry of spacetimes. I account for this by deriving some general results on continuous Riemannian metrics and algebras of generalized functions. This thesis thus illustrates that spacetimes of low regularity exhibit a wide range of interesting phenomena during their evolution.

La parésie spastique est souvent envisagée comme une atteinte de la commande motrice, comportant une parésie de l’agoniste et une hyperactivité de l’antagoniste. Cependant, une seconde affection d’ordre musculaire - la myopathie spastique, apparait rapidement, pendant la phase aigüe après la lésion. L’hypomobilisation en position courte de certains muscles dans le contexte d’une parésie des muscles opposés s’accompagne d’une perte de leur tension longitudinale, première étape d’une cascade de transformations génétiques, structurelles, biomécaniques puis physiologiques des muscles hypomobilisés, incluant entre autres une perte de leur extensibilité et de leur longueur. Aux stades subaigu puis chronique du syndrome, les affections neurologique et musculaire coexistent, et semblent s’entretenir mutuellement.Sur le plan physiopathologique, ce travail de recherche s’est d’abord intéressé à ces intrications entre les affections neurologique et musculaire, et à la part de responsabilité potentielle de la myopathie spastique dans la fonction active. Ce premier travail a montré que le degré d’hypoextensibilité musculaire d’un antagoniste, au-delà d’un certain seuil, est corrélé au degré de perturbation de la commande motrice dirigée sur l’agoniste. La chronologie des différents événements établie dans la littérature, avec des anomalies histologiques musculaires qui apparaissent toujours avant les premières manifestions d’hyperactivité motoneuronale, amène à suggérer une responsabilité causale de la maladie du muscle dans une partie des perturbations ultérieures de la commande neuronale descendante. Ce rôle probablement essentiel de la maladie musculaire au sein de la parésie spastique doit inciter le clinicien à orienter une part significative de son traitement vers une stimulation optimale de la plasticité musculaire pour tenter de prévenir ou d’inverser le processus de myopathie spastique.Si l’étirement est depuis très longtemps une technique courante, sa capacité à augmenter durablement l’extensibilité musculaire est aujourd’hui controversée, même si ses effets à long terme, i.e. au-delà de six mois d’application quotidienne, n’ont pas été explorés.La deuxième partie, thérapeutique, de ce travail a donc été l’étude des effets à long terme d’un programme quotidien d’auto-étirements de haute intensité au sein de la méthode des Contrats d’Autorééducation Guidée, pendant un an ou plus. Il a d’abord été rétrospectivement montré que ce programme avait permis, sur trois années de suivi de sujets parétiques, une amélioration progressive importante de l’extensibilité musculaire mesurée cliniquement. Un essai randomisé contrôlé contre la kinésithérapie conventionnelle avec mesures échographiques de paramètres structuraux des muscles étirés a ensuite établi que l’application de ce programme durant un an chez des sujets atteints d’hémiparésie chronique sur AVC générait une augmentation de la longueur fasciculaire des muscles fléchisseurs plantaires, parallèlement à une amélioration de la fonction active, de façon nettement plus importante que la thérapie conventionnelle.L’ensemble de ces résultats doit participer à une meilleure prise en compte des altérations passives structurelles évolutives du muscle comme une entité nosologique, la myopathie spastique, méritant un traitement spécifique au sein de la parésie spastique, afin de limiter ses interactions avec la maladie neurologique et de réduire les déficits fonctionnels. La pratique quotidienne de postures d’auto-étirement à haute intensité, guidée par un thérapeute et auto-documentée par le patient sur un registre, peut être prescrite et réalisée sur le long terme, afin de traiter la myopathie spastique. / Spastic paresis is often understood as a neurologic disorder of the motor command that includes agonist paresis and antagonist overactivity. However, a second disorder, involving the muscle and named spastic myopathy, appears rapidly during the acute phase after the lesion. Hypo-mobilization in shortened position of some muscles of the paretic limbs, in the context of paresis of their antagonists, will reduce their longitudinal tension, which acts as the first event of a cascade of transformations involving genetic, structural, biomechanical, and then physiological mechanisms, leading to loss of muscle extensibility and length. At the subacute and chronic stages of this syndrome, the neurological and the muscular disorders coexist, seemingly feeding on each other.From a pathophysiological point of view, this research work started by exploring the entanglements between the neurological and muscular disorders, and the potential responsibility of spastic myopathy in the impairment of active function. The first study demonstrated that the loss of muscle extensibility in antagonists, when above a certain threshold, correlates with the degree of disturbance of the motor command directed to the agonist. The chronology of events established in the literature, with histological muscle abnormalities emerging always before the first expressions of motoneuronal overactivity, suggests a causal role of the muscle disorder in a part of the descending command disorder. The crucial role of the muscle disorder in the syndrome of spastic paresis should encourage clinicians to direct treatment towards techniques to stimulate muscle plasticity.Despite the classic use of muscle stretching in daily practice, its potential to increase muscle extensibility remains a subject of controversy, even though its long-term effects, i.e. over six months of daily implementation, have not been investigated. The second part of this work was thus therapeutic. We retrospectively explored the long-term effects of a daily, high load self-stretching programme within the Guided Self-rehabilitation Contract method, for at least a year. This work showed that this programme, applied over three years in paretic subjects, was increasingly associated with major gains in clinical muscle extensibility. A randomized controlled trial against conventional therapy, which used ultrasound exploration of structural parameters in the stretched muscles, demonstrated that this programme, applied over one year in subjects with stroke-induced chronic hemiparesis, enabled greater increase in plantar flexor fascicle length and active function improvement than conventional therapy.Taken together, these results will contribute to enhancing the knowledge about the evolving structural and mechanical muscle changes in spastic paresis, as a pathologic entity, spastic myopathy. Spastic myopathy needs to be specifically addressed, as it interacts with the neurological disorder and worsens functional impairment. Daily postures of high load self-stretch, guided by the therapist and self-monitored on a diary, should be prescribed and practiced over the long term, in order to treat spastic myopathy in subjects with spastic paresis.

La demande croissante en composants optoélectroniques de taille réduite, rapides, de faible puissance et à faible coût oriente la recherche vers des sources et détecteurs de radiation ayant une dimension inférieure à la longueur d'onde émise/détectée. Cette dernière est entravée par la limite de diffraction qui fixe la dimension minimale des dispositifs optiques à la moitié de la longueur d'onde de fonctionnement. A l'inverse, les dispositifs électroniques, tels que les antennes et les oscillateurs, ne sont pas limitée en taille et leur fréquence peut être accordée par des composants discrets. Par conséquent, unifier les mondes de la photonique et de l'électronique permettrait de concevoir de nouveaux dispositifs optoélectroniques sans limitation de taille imposée par la longueur d'onde et ayant des fonctionnalités empruntées aux circuits électroniques. La région spectrale idéale pour développer ce paradigme est la gamme térahertz (THz), à mi-chemin entre les domaines de l'électronique et de l'optique. Dans la première partie de ces travaux, nous présentons de nouveaux micro-résonateurs sub-longueur d’onde en 3D qui fonctionnent comme des circuits LC microscopiques et où la fréquence de résonance peut être accordée en agissant séparément sur la région capacitive et/ou inductive. Dans la deuxième partie, nous illustrons la puissance de cette approche en réalisant de nouveaux méta-dispositifs THz passifs (polaritoniques, commutables optiquement, optiquement actifs) basés sur des composants discrets. La dernière partie de cette thèse est consacrée aux méta-dispositifs actifs. Des photodétecteurs THz à puits quantiques ayant une dimension ≈λ eff /10, en configuration objet unique et réseau sont démontrées, grâce à un schéma de contact efficace et originale pour extraire (injecter) un courant depuis (dans) le cœur semi-conducteur intégré dans chaque résonateur. Enfin, une étude de faisabilité d'un laser sub-longueur d’onde aux fréquences THz est présentée. / The need for small, fast, low-power and low-cost optoelectronic components is driving the research towards radiation sources and detectors having a dimension that is smaller than the emitted/detected wavelength. This is hampered by the optical diffraction limit which constrains the minimum dimension of optical devices at half the operating wavelength. Conversely, electronic devices, such as antennas and oscillating circuits, are not diffraction-limited in size and can be frequency tuned with lumped components. Hence, blending the worlds of photonics and electronics has the potential to enable novel optoelectronic devices with no lower size limit imposed by the wavelength, and with novel functionalities borrowed from electronic circuits. The ideal spectral region to develop this paradigm is the terahertz (THz) range, halfway between the electronics and optics realms. In the first part of this work, we present novel subwavelength 3D micro-resonators that behave as microscopic LC circuits, where the resonant frequency can be tuned acting separately on the capacitive and/or inductive regions. In the second part we illustrate the power of this concept by implementing novel lumped-elements-based passive THz meta-devices (polaritonic, optically switchable, optically active). The last part of this thesis is devoted to active meta-devices. Single-pixel and arrays of THz quantum well photodetectors featuring a ≈λeff/10 dimension are demonstrated, thanks also to an effective and original contact scheme to extract (inject) current from (into) the semiconductor core embedded by each resonator. Finally, a feasibility study of a subwavelength laser at THz frequencies is reported.

Ces travaux s’attachent à décrire et quantifier les mécanismes de ruptures des compositestissés 3D sous chargement de traction quasi-statique et à mettre en place une méthode de simulationnumérique adaptée et robuste, pouvant à terme être appliquée en bureau d’études.Dans cette optique, une étude expérimentale a été menée afin de quantifier la propagation defissures dans ces matériaux. Celle-ci a permis de mettre en place un scenario de rupture, entirant parti de la multi-instrumentation des essais. L’étude a également été effectuée sur deséprouvettes de géométries et de tailles variées et a mis en évidence d’importantes variations dutaux de restitution d’énergie avec les conditions d’essai. Un formalisme d’analyse et de modélisationintroduisant des longueurs internes a ensuite été présenté et adapté aux mécanismes derupture des composites tissés 3D. Ce formalisme est étayé par la recherche des mécanismes àl’aide de l’analyse des faciès de rupture. Les longueurs introduites ont ainsi été mises en relationavec les paramètres du tissage. Une méthode d’identification des paramètres a été proposée etles conséquences de ce comportement sur le dimensionnement de pièces composites discutées.Enfin, le transfert de ces résultats a été effectué vers des simulations numériques robustes. Desméthodes de régularisation des modèles d’endommagement continu ont été présentées et évaluéesà l’aune de leur capacité à assurer, d’une part, la robustesse des résultats et, d’autre part,la bonne retranscription des effets d’échelle expérimentaux. La prise en compte de ces considérationsnumériques et physiques nous a amené à proposé un modèle d’endommagement Non-Local.Une méthode d’identification des paramètres et de la longueur interne à partir des données expérimentalesa été proposée. / This work aims to describe and quantify the failure mechanisms of 3D woven composites underquasi-static tensile loading and to implement an adapted and robust numerical simulationmethod, that can be applied in industry. To this end, an experimental study was carried out toquantify the propagation of cracks in these materials. Thus, a crack propagation scenario wasestablished, thanks to the multi-instrumentation used during the tests. The experimental campaignwas carried out on specimens of various geometries and sizes and highlighted significantvariations in the fracture toughness with the test conditions. A modelisation framework introducinginternal lengths was then presented and adapted to 3D woven composites. This frameworkis supported by the identification of the failure mechanisms subsequent to the analysis of thecrack profile. The introduced lengths were thus related to the weaving parameters. A method foridentifying the parameters was proposed and the consequences of this behaviour on the designof the composite parts discussed. Finally, these results were transferred to robust numerical simulations.Regularisation methods of continuous damage models were presented and evaluatedin terms of their ability to ensure, on the one hand, the robustness of the results and, on theother hand, the correct transcription of experimental size effects. Taking into account these numericaland physical considerations led us to propose a Non-Local damage model. A method foridentifying the parameters and the internal length on experimental data was proposed.