Les nanotechnologies ont atteint une maturité qui permet de concevoir, avec un haut niveau de fiabilité, des composants fonctionnalisés pour des systèmes optiques complexes. Cette thèse traite, dans ce cadre, du filtrage spectral. J'ai ainsi proposé un nouveau concept de filtre composé d'un guide d'onde en diélectrique et d'un réseau métallique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, j'ai conçu, fabriqué et caractérisé des structures (unidimensionnelles 1D ou bidimensionnelles 2D) basées sur ce concept. J'ai mené l'analyse détaillée du mécanisme de résonance, et j'ai étudié les propriétés de ces structures en termes d'accordabilité spectrale, de polarisation, d'efficacité de réjection, et de tolérance angulaire. J'ai par la suite proposé des variantes de ces structures pour en améliorer l'efficacité de réjection et la tolérance angulaire. Dans un deuxième temps, j'ai entrepris d'utiliser les différentes variantes de ce type de composant pour des applications de filtrage angulaire ou d'imagerie multispectrale. Concernant cette dernière, une matrice de 24 filtres a été optimisée et intégrée dans une caméra multispectrale infrarouge cryogénique pour des applications d'estimation de la concentration de CO2 ou de télémétrie. Les difficultés liées aux conditions réelles d'utilisation de la caméra sont mises en évidence et des solutions sont proposées pour améliorer nos résultats, déjà très encourageants.

Ce travail de thèse, essentiellement théorique et basé sur une approche modale, porte sur les propriétés optiques de surfaces métalliques comportant un certain nombre de gravures de profil rectangulaire dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde de la lumière incidente.<br />Ces surfaces présentent des anomalies de réflexion liées à des exaltations locales du champ électromagnétique, dues notamment à des résonances de type Fabry-Pérot à l'intérieur des sillons. L'analyse du problème d'un couple de cavités sub-longueur d'onde, couplées en champ proche, montre comment on peut générer des "points chauds" et contrôler la localisation de la lumière à l'échelle sub-longueur d'onde. Les applications sont de première importance: commutation optique, adressage quantitatif de la lumière, diffusion Raman exaltée en<br />surface (SERS)... On s'intéresse également aux effets de localisations liés au désordre structurel: la rupture de symétrie d'un arrangement périodique génère différents jeux d'allumage des cavités, très sensibles à la fréquence d'excitation. Certaines prédictions théoriques sont étayées expérimentalement.<br />Enfin, le cas des réseaux lamellaires très fortement sub-longueur d'onde est examiné, en lien avec l'Absorption Optique Anormale et l'effet SERS observés sur certains films métalliques rugueux. Les exaltations géantes du champ électrique, calculées dans les nano-cavités par la méthode modale exacte, dans le domaine visible, s'expliquent par l'excitation de plasmons-polaritons de surface dont les vecteurs d'onde sont très supérieurs à ceux de la lumière.

La demande croissante des réseaux optiques actuels en termes de bande passante résulte en un besoin d'exploiter la capacité offerte par la fibre optique. Un des moyens indispensable pour permettre ceci est l'utilisation du multiplexage en longueur d'onde. Il en résulte la nécessité d'utilisation de dispositifs, parmi lesquels le filtre optique, agiles en longueur d'onde et transparents par rapport aux débits. C'est dans ce contexte que notre travail se situe. La technologie utilisée est celle des filtres interférentiels en polarisation. Contraint par un cahier des charges particulier aux applications télécoms, le principal objectif consiste en l'augmentation des performances de ce type de filtre d'une part, et l'association de fonctionnalités additionnelles nécessaires dans les réseaux d'autre part. En utilisant le principe physique des interférences en polarisation, une structure est alors implémentée, suivant les contraintes liées aux trois paramètres majeurs du filtre que sont le contraste, la fonction d'égalisation et la reconfiguration de la bande passante. Par ailleurs, les architectures des filtres optiques diffèrent selon l'emplacement dans le réseau. Ainsi, si une architecture des plus simples est utilisée à la réception, au niveau des nœuds du réseau, celle-ci devient beaucoup plus complexe, s'adaptant à différents degrés de nœuds, et portent le nom de multiplexeurs optiques à insertion/extraction de longueur d'onde (ROADM). Un dispositif de ce type, basé sur les filtres biréfringents, est donc présenté. Une approche système est ensuite menée dans le but de mettre en évidence les avantages et les limitations de la technologie utilisée

Cette thèse présente une étude expérimentale de l'interaction entre la supraconductivité et une onde de densité de charge (ODC). Dans la théorie standard, la température critique d'un matériau supraconducteur est favorisée principalement par deux paramètres : une grande densité d'états au niveau de Fermi (nF), et un fort couplage électron-phonon. Cependant, un fort couplage électron-phonon favorise aussi l'apparition d'une ODC, ce qui réduit nF et rivalise ainsi avec la supraconductivité.Notre démarche a consisté à étudier deux composés où supraconductivité et ODC coexistent, et dans lesquels on peut faire disparaître l'ODC grâce à un paramètre externe : pression ou substitution. Le premier composé, 2H-NbSe2, présente une ODC en dessous de 33 K à pression ambiante. Celle-ci coexiste avec la supraconductivité en dessous de 7 K. Sous pression, l'ODC disparaît au-dessus de 4.6 GPa, sans que la température critique varie notablement. L'ODC disparaît aussi en remplaçant le sélénium par du soufre : 2H-NbS2 est ainsi un supraconducteur sans ODC (Tc = 6 K), et peut donc servir de composé témoin pour une étude comparative. Dans le second composé, Lu5Ir4Si10, une ODC est présente en dessous de 77 K à pression ambiante. Celle-ci disparaît sous pression au-dessus de 2 GPa, tandis que la température critique saute simultanément de 4 à 9 K. Pour étudier ces composés, j'ai utilisé trois techniques expérimentales : la mesure de la dispersion des phonons à basse température (300-2 K) et sous pression (0-16 GPa) par diffusion inélastique des rayons X, la mesure de la dépendance en température de la longueur de pénétration magnétique grâce à un oscillateur à diode tunnel et la mesure des champs critiques via des microsondes Hall.Dans la première partie, je présente la dépendance en température de la dispersion des phonons dans 2H-NbS2. Nous observons la présence d'un phonon mou dont l'énergie reste toujours positive, même extrapolée à température nulle. Ce composé est ainsi à la limite d'une instabilité ODC. De plus, nous montrons qu'il est relativement unique, car seuls les effets anharmoniques empêchent l'amollissement complet des phonons. Je présente ensuite la dépendance en température et en pression de la dispersion des phonons dans 2H-NbSe2. Ces expériences montrent qu'un mode de phonon mou persiste jusqu'à 16 GPa, même quand l'état à température nulle n'est pas l'ODC. La dépendance en température de ce phonon mou est alors similaire à celle de 2H-NbS2. Dans les deux composés, ces phonons mous semblent liés à la présence d'un couplage électron-phonon à la fois fort et anisotrope. Nous suggérons qu'il s'agit d'un élément essentiel pour expliquer leurs propriétés supraconductrices.Dans la seconde partie, je mesure l'anisotropie et la dépendance en température de la longueur de pénétration magnétique dans l'état supraconducteur de 2H-NbS2 et Lu5Ir4Si10. La dépendance en température de la densité superfluide dans 2H-NbS2 confirme la présence d'un gap supraconducteur réduit dont l'amplitude est très proche de celle mesurée dans 2H-NbSe2. Les phonons mous et le gap réduit étant présents dans 2H-NbS2 et 2H-NbSe2, nous prouvons expérimentalement qu'il faut raisonner en termes de renforcement de la supraconductivité par les phonons mous plutôt qu'en termes d'interaction avec l'état fondamental (ODC ou métal). Nous proposons que ce renforcement soit lié à l'anisotropie du couplage électron-phonon.En revanche, cet effet n'est pas général aux composés où supraconductivité et ODC coexistent. Les propriétés supraconductrices de Lu5Ir4Si10 sont en effet bien décrites par le modèle BCS couplage faible. Ceci est peut être lié aux caractéristiques de l'ODC : la présence d'une hystérésis montre que la transition ODC est du premier ordre. D'autre part, les mesures de diffraction X sous pression et à basse température révèlent que cette ODC est multiple : en plus de la périodicité 1/7, nous observons une seconde périodicité de 1/20.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Ce travail porte sur une étude comparative des huiles végétales (esters naturels) issues de différentes graines, esters synthétiques, et minérales sur la base des caractéristiques de génération et de propagation des streamers qui s'y développent, des tensions de claquage ainsi que des décharges se propageant sur un isolant solide en présence de ces huiles. Il ressort des résultats obtenus qu'en géométrie pointe - plan, sous tension continu, la tension de génération en polarité positive est toujours supérieure à celle mesurée en polarité négative et elle est plus élevée dans les huiles esters que dans les huiles minérales quelle que soit la polarité de l'électrode pointe. En ce qui concerne la propagation de streamers sous tension impulsionnelle de foudre, les longueurs finales (ou longueurs d'arrêt) Lf des streamers positifs sont environ10 fois supérieures à celles des streamers négatifs. Pour atteindre la même Lf, il faut beaucoup plus de tension en polarité négative qu'en polarité positive. Par conséquent, les tenues diélectriques sont plus élevées en polarité négative qu'en polarité positive. D'autre part, Lf est plus élevée dans les huiles végétales que dans certaines huiles minérales. La tension de claquage des huiles isolantes, déterminée selon la norme CEI 60156, suit généralement une distribution Normale. Les probabilités de claquage peuvent alors être déterminées suivant la distribution Normale en prenant un échantillonnage suffisamment grand (n>30). Il est également montré que les huiles végétales et l'ester synthétique présentent des tensions de claquage (U1%, U10% et U50%) plus élevées que les huiles minérales sous tension alternative. La tension de claquage moyenne est aussi plus élevée dans les esters que dans les huiles minérales sous tension impulsionnelle de foudre. La morphologie, la longueur d'arrêt et le courant des décharges se propageant sur un isolant solide (carton) immergé dans les liquides étudiés, dépendent de l'amplitude et de la polarité de la tension, de l'épaisseur du solide et de la nature des huiles. Lf augmente quasi-linéairement avec la tension appliquée et diminue lorsque l'épaisseur du solide augmente. Pour une tension et une épaisseur données, les décharges qui se développent sur l'interface carton/huile végétale sont plus longues que celles sur l'interface carton/huile minérale. Par ailleurs, Lf est plus élevé en polarité positive qu'en polarité négative, ce qui indique que la polarité la plus contraignante est la polarité positive. Ila été également mis en évidence l'existence d'une décharge secondaire de signe opposé à celui de la tension appliquée, résultat de l'accumulation de charges d'espace à la surface de l'isolant solide. Enfin, la dimension fractale D des décharges diminue lorsque l'épaisseur du solide augmente. Plus l'épaisseur du solide est grande, plus le degré de ramification des décharges est moins important. Pour une tension et une épaisseur données, D est généralement plus élevée dans l'huile minérale que dans l'huile végétale.

Les objets structurés à l'échelle sub-longueur d'onde sont le siège d'interactions lumièrematière permettant d'obtenir des résonances d'amplitude extraordinaire localisées spectralement. Ils permettent ainsi la réalisation de filtres spectraux dans l'infrarouge. Pour améliorer les performances de ces filtres et ce, notamment en termes d'efficacité de réjection, j'ai étudié au cours de ma thèse la superposition de structures sub-longueur d'onde identiques mettant en jeu des modes évanescents et propagatifs. J'ai ainsi mis en évidence la présence d'une extinction extraordinaire de la transmission ou de la réflexion lorsque les structures sont en champ proche. L'origine de ce phénomène est révélée dans ce manuscrit grâce à la mise en place d'une approche heuristique basée sur la formule de Mason et la traduction des interactions entre les modes propagatifs et évanescents en graphes de fluence. J'ai ainsi pu établir des règles de conception qui ouvrent la voie vers le design de structures filtrantes hautes performances à forte efficacité de réjection hors bande passante. De manière à valider cette étude théorique, j'ai conçu et fabriqué une structure encapsulée dans du diélectrique qui a permis de démontrer la fonction d'amélioration de l'efficacité de réjection dans les structures superposées. Parallèlement, j'ai cherché à étudier l'agilité spectrale de cette extinction extraordinaire en superposant dynamiquement deux structures filtrantes par le biais d'actionneurs piézoélectriques. Véritable challenge expérimental, ce banc a nécessité la mise en place d'une procédure d'alignement originale des réseaux sublongueur d'onde pour une mise en champ proche par assemblage.

Le présent travail porte sur une étude comparative des caractéristiques optiques et électriques des décharges glissantes se propageant aux interfaces solide/gaz sur des isolateurs de verre, de Bakélite et de résine époxy en présence des gaz N2, CO2 et SF6 et des mélanges SF6/N2 et SF6/CO2, sous tension continue et alternative (50 Hz), en géométrie pointe - plan. L'objectif est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'initiation des décharges partielles et leur évolution et développement en décharges surfaciques (glissantes) lesquelles peuvent conduire au contournement des composants et systèmes haute tension. Les résultats obtenus montrent que la morphologie et la longueur finale (d'arrêt ou d'extension maximale) des décharges surfaciques dépendent de la forme et de l'amplitude de la tension, de l'épaisseur et de la nature du solide isolant, du type du gaz/mélange et de sa pression. Il est montré que la longueur finale des décharges Lf augmente quasi-linéairement avec la tension. Lf diminue lorsque la pression du gaz et/ou l'épaisseur du solide augmentent. Cette longueur est plus courte dans le SF6 que dans le CO2 ou le N2 ; et elle diminue significativement lorsque le taux du SF6 dans le mélange de gaz augmente. Par ailleurs, pour une tension donnée, Lf augmente avec la constante diélectrique de l'isolant solide. La longueur finale des décharges est nettement plus élevée sous tension alternative que sous tension continue. La morphologie des décharges glissantes générées sous tension continue et alternative est généralement non radiale; leur orientation est fortement influencée par la présence des charges d'espace présentes ou déposées sur la surface de l'isolateur. Une analyse fractale des décharges glissantes obtenues expérimentalement sous tension continue est également réalisée et une corrélation entre la dimension fractale, la pression du gaz, la constante diélectrique et l'épaisseur du matériau solide est mise en évidence. En particulier, la dimension fractale augmente lorsque la constante diélectrique augmente et/ou l'épaisseur de l'isolant solide diminue et/ou la pression du gaz diminue.

La chasse aux trophées peut contraindre les ongulés à ajuster leur comportement pourréduire le risque de mortalité. De plus, comme cette chasse est basée sur des critères detaille, et biaisée en faveur des mâles, elle peut causer des changements morphologiquesvers des individus plus petits, et altérer la structure et la dynamique des populations. Lachasse aux trophées est l'un des modes de conservation des habitats naturels. Son potentielde conservation est encore incertain parce qu'il y a peu d'études en dehors des parcsnationaux, notamment en Afrique. Cette thèse examine les effets de cette chasse sur lesongulés africains, i.e. sur leur comportement, la longueur des cornes, la proportion de mâlesadultes, la taille de groupe, et la densité des populations. J'ai travaillé à partird'observations comportementales et de données populationnelles de suivis à long terme.Pour plusieurs espèces (surtout l'impala Aepyceros melampus, le grand koudouTragelaphus strepsiceros, et l'hippotrague noir Hippotragus niger), j'ai comparé lecomportement, la structure et la densité des populations entre le Parc National de Hwangeet les zones de chasse adjacentes, Zimbabwe. Dans les zones de chasse, j'ai analysé lestendances de longueur des cornes au cours des 30 dernières années. Les ongulés venaientdavantage de nuit aux points d'eau, et étaient plus vigilants dans les zones de chasse quedans le parc national. L'amplitude de ces ajustements en revanche, était limitée par lebesoin en eau, et par le risque de prédation naturelle. La longueur des cornes a décliné, plusparticulièrement pour les espèces prisées des chasseurs et subissant une pression de chasseélevée. Il n'y avait pas de différence significative de la proportion de mâles adultes, ou dela taille de groupe, entre les populations du parc national et des zones de chasse. Au coursdes 30 dernières années, les densités de population ont globalement davantage diminuédans le parc national que dans les zones de chasse. Ceci suggère que la chasse aux trophéesn'a eu qu'un effet minime sur les densités de population par rapport à d'autres facteurscomme les précipitations, ou possiblement la prédation naturelle et l'éléphant. Malgré lesajustements comportementaux, le déclin de la longueur des cornes, et le prélèvement biaiséen faveur des mâles adultes, les densités d'ongulés étaient aussi élevées dans les zones dechasse que dans le Parc National de Hwange. Cette étude illustre comment les zones dechasse aux trophées, lorsque rigoureusement gérées, peuvent jouer un rôle dans laconservation des ongulés africains.

La chasse aux trophées peut contraindre les ongulés à ajuster leur comportement pourréduire le risque de mortalité. De plus, comme cette chasse est basée sur des critères detaille, et biaisée en faveur des mâles, elle peut causer des changements morphologiquesvers des individus plus petits, et altérer la structure et la dynamique des populations. Lachasse aux trophées est l’un des modes de conservation des habitats naturels. Son potentielde conservation est encore incertain parce qu’il y a peu d’études en dehors des parcsnationaux, notamment en Afrique. Cette thèse examine les effets de cette chasse sur lesongulés africains, i.e. sur leur comportement, la longueur des cornes, la proportion de mâlesadultes, la taille de groupe, et la densité des populations. J’ai travaillé à partird’observations comportementales et de données populationnelles de suivis à long terme.Pour plusieurs espèces (surtout l’impala Aepyceros melampus, le grand koudouTragelaphus strepsiceros, et l’hippotrague noir Hippotragus niger), j’ai comparé lecomportement, la structure et la densité des populations entre le Parc National de Hwangeet les zones de chasse adjacentes, Zimbabwe. Dans les zones de chasse, j’ai analysé lestendances de longueur des cornes au cours des 30 dernières années. Les ongulés venaientdavantage de nuit aux points d’eau, et étaient plus vigilants dans les zones de chasse quedans le parc national. L’amplitude de ces ajustements en revanche, était limitée par lebesoin en eau, et par le risque de prédation naturelle. La longueur des cornes a décliné, plusparticulièrement pour les espèces prisées des chasseurs et subissant une pression de chasseélevée. Il n’y avait pas de différence significative de la proportion de mâles adultes, ou dela taille de groupe, entre les populations du parc national et des zones de chasse. Au coursdes 30 dernières années, les densités de population ont globalement davantage diminuédans le parc national que dans les zones de chasse. Ceci suggère que la chasse aux trophéesn’a eu qu’un effet minime sur les densités de population par rapport à d’autres facteurscomme les précipitations, ou possiblement la prédation naturelle et l’éléphant. Malgré lesajustements comportementaux, le déclin de la longueur des cornes, et le prélèvement biaiséen faveur des mâles adultes, les densités d’ongulés étaient aussi élevées dans les zones dechasse que dans le Parc National de Hwange. Cette étude illustre comment les zones dechasse aux trophées, lorsque rigoureusement gérées, peuvent jouer un rôle dans laconservation des ongulés africains. / Like predation, trophy hunting may constrain ungulates to adjust their behaviour todecrease mortality risk. Moreover, because this removal is size selective and male-biased, itmay induce morphological changes towards individuals with smaller traits, alter populationstructure and dynamics. Trophy hunting is one of the conservation modes of naturalhabitats, particularly in Africa. However, its conservation potential is still unclear becausethere are few studies outside National Parks. This thesis aimed to investigate the subtleeffects of trophy hunting on African ungulates, i.e. on their behaviour, horn length ofharvested males, proportion of adult males, group size, and population densities. I workedfrom behavioural observations, and from population data of long-term surveys. For severalspecies (mainly impala Aepyceros melampus, greater kudu Tragelaphus strepsiceros, andsable antelope Hippotragus niger), I compared behaviour, population structure, anddensities between Hwange National Park and adjacent hunting areas, Zimbabwe. In huntingareas, I analysed trends in horn length of harvested males over the past 30 years. This thesisshows that ungulates drank more often at night, and were more vigilant in hunting areasthan in the national park. However, the amplitude of these adjustments was constrained bythe need of surface water, and by natural predation risk. Trophy hunting caused a decline inhorn length, particularly for species that experienced high hunting pressure and were ofhigh value for hunters. Trophy hunting tended to decrease proportion of adult males,though not significantly, and did not affect group size. Moreover, during the last 30 years,ungulate densities generally declined more in the national park than in neighbouringhunting areas. This suggests that trophy hunting played a minor role on densities comparedto other factors, i.e. rainfall, and possibly natural predation and elephant densities. Despitebehavioural adjustments induced by hunting risk, decline of horn length, and harvestskewed towards adult males, ungulate densities in hunting areas adjacent to HwangeNational Park remained comparable to densities within the national park. This studyillustrates how trophy hunting areas, when rigorously managed, may play a significant rolein the conservation of ungulates in Africa.