Dans cette thèse, nous présentons des travaux complémentaires conduits à ICARE-CNRS (Orléans), partie A et à l’Université de Fudan (Shanghai), partie B. Partie A : les 2-et 3-carène sont deux composés organiques volatils biogéniques importants présents dans l’atmosphère dont les voies de dégradation sont encore mal connues. Afin de déterminer les constantes de vitesse des réactions de ces espèces avec l’ozone, nous avons utilisé trois systèmes expérimentaux complémentaires : des chambres de simulation d’ICARE de 7300L et 80000L (HELIOS) et un réacteur à flux laminaire. Les rendements de certains produits de réactions, le radical hydroxyle (OH), le formaldéhyde (HCHO) et le monoxyde de carbone (CO) ont aussi été déterminés. D’autre part, pour avoir une meilleure compréhension d’intermédiaires de réaction formés lors de l’ozonolyse, appelés intermédiaires de Criegee, un réacteur à flux laminaire à deux étages a été mis en place pour mesurer leurs constantes de vitesse de réaction avec SO2, NO2 et O3. Partie B : les impacts du “black carbon (BC)” et du “brown carbon (BrC)” constituent une incertitude majeure dans les modèles climatiques actuels. Des rapports récents indiquent que la morphologie et l’évolution des BC et BrC dans l’atmosphère jouent un rôle important sur la capacité d’absorption de ces particules. Afin d’étudier leurs comportements, des mélanges de particules (BC-BrC) ont été exposés en chambre de simulation atmosphérique à l'acide sulfurique, au mélange ammoniac / triéthylamine, et à la vapeur d'eau de manière séquentielle. / In this thesis, we present a complementary work conducted at ICARE-CNRS (Orléans), Part A and at Fudan University (Shanghai), Part B. Part A: 2-and 3-carene are two important biogenic volatile organic compounds present in the atmosphere. The knowledge on their degradation pathways and the corresponding products are still poor. Using complementary reaction systems-ICARE 7300 L and HELIOS 80000 L simulation chambers, vertical laminar flow reactor, their kinetic rate constants for reaction with ozone were determined. Additionally, important product formation yields, hydroxyl radical (OH), formaldehyde (HCHO) and carbon monoxide (CO) have been determined with indication to their corresponding formation routes from the ozonolysis of carene. To have a better understanding on reactions of Criegee intermediates (CIs) generated through ozonolysis in the atmosphere, a horizontal 2-stage laminar flow reactor was set up to measure the rate constants of CIs with SO2, NO2 and O3. Part B: Radiative forcing of black carbon (BC) in the atmosphere, as well as that of brown carbon (BrC), remains to be a major uncertainty in current climate models. Recent reports indicate that the absorption enhancement of BC and BrC particles is determined by evolution of morphology and mixing state during the atmospheric processing. Laboratory-generated BC-BrC mixture particles (BC-BrC) were exposed to sulfuric acid, ammonia/triethylamine, and water vapor sequentially to investigate the alternation in light absorption, morphology and mixing state during simulated atmospheric processing.

L’étude des interactions entre les plantes au sein de couverts hétérogènes pourrait permettre une meilleure utilisation des associations variétales de blé, car nous manquons de connaissances sur la manière dont les complémentarités, synergies et compétitions entre variétés affectent leurs performances dans ces conditions. Notre étude s'est focalisée sur la compréhension de l'impact de la compétition pour la lumière sur l'architecture aérienne du blé, en couplant une analyse expérimentale et une approche par modélisation. Nous avons dans un premier temps, caractérisé la plasticité de l’architecture aérienne en réponse à la modification de la densité de semis, pour 20 génotypes contrastés de blé tendre. Ainsi, nous avons déterminé que le nombre d’axes par plante était le trait le plus plastique pour tous les génotypes. Nous avons ensuite développé un modèle individu-centré représentant le développement du blé du semis à la floraison. Ce modèle est composé de deux parties : une partie descriptive du développement foliaire basée sur un modèle existant (ADEL-blé) et une partie plus mécaniste où nous avons intégré une régulation du tallage par la ressource lumineuse. Cette régulation du tallage se fait selon deux hypothèses simples : (1) la plante arrête d'émettre des talles dès que le Green Area Index (GAI) de son voisinage atteint une valeur seuil et (2) une talle meurt si la quantité de lumière qu'elle intercepte est inférieure à un seuil critique. La dynamique de tallage simulée par le modèle sur une large gamme de densité de semis est proche de la dynamique de tallage observée expérimentalement. Nous avons également caractérisé expérimentalement la plasticité de l’architecture aérienne de huit génotypes de blé en réponse à la compétition dans différentes associations variétales binaires. Ces analyses ont révélé des réponses assez différentes de celles mesurées en culture pure, soulignant la spécificité de certaines interactions entre plantes de génotypes différents. Ces essais ont confirmé que les associations contribuaient généralement à une augmentation de la production, en particulier dans des itinéraires techniques économes en intrants. Nous avons montré que des associations variétales comprenant des génotypes avec des hauteurs différentes permettaient d’avantager fortement le génotype haut sans trop pénaliser le génotype court. Ce travail a permis de développer un formalisme simplifié des processus régulant le tallage, qui va permettre d'explorer et optimiser les complémentarités/compétitions entre variétés dans des peuplements multi-variétaux. A terme le modèle pourra être couplé à des modèles génétiques pour mieux décrire l'impact de l'interaction plate-plante dans la valeur sélective des individus dans des populations hétérogènes. / The understanding of the interactions between plants within heterogeneous crops could allow for a more efficient use of wheat varietal mixtures, as there is a gap of knowledge on the complementarity, synergy and competition that develop among varieties within these systems. Our study is focused on competition for light, and its impact on the above ground architecture of wheat, coupling experimental analysis and model development. We first characterized the plasticity of the aerial architecture in response to different sowing densities, for 20 contrasting genotypes of winter wheat. The number of axes per plant was shown to be the most plastic trait for all genotypes. We developed an individual-based model representing wheat growth, from the sowing to flowering. The model is composed of two parts: a descriptive part of the foliar development based on the ADEL-wheat model and a mechanistic part which accounts for the regulation of tillering by light. Tillering is regulated by two simple hypotheses: (1) tillering stops when a critical value of local Green Area Index (GAI) is reached, (2) a tiller dies if the amount of intercepted light falls below a critical threshold. A realistic tillering dynamics was simulated by our model over a wide range of sowing densities, with a good fit with experimental data. We also experimentally characterized the plasticity of plant architecture for eight wheat genotypes observed in various two-components varietal mixtures. Contrasted plastic responses were observed when compared to those expressed in pure stands, underlining the specificity of certain plant-plant interactions. These experiments confirmed that the cultivar mixtures generally contribute to an overyielding, particularly in low-input agriculture . Finally, our results revealed that variety mixtures including genotypes with different heights may provide an advantage to the taller genotype with limited tradeoff on the short genotype. This work contributed to the development of a simplified formalism for tillering process, allowing to explore and optimize complementarities / competitions between plants within variety mixtures. Ultimately, the model could be coupled with a genetic model, in order to better describe the impact of plant-to-plant interactions in the selective value of individuals in heterogeneous populations.

Les matériaux hybrides organiques inorganiques ont attirés l'attention vue qu'ils présentent des propriétés optiques et optoélectroniques fascinantes comme la forte photoluminescence même à température ambiante. Cet axe de recherche relativement nouveau, sur cette famille de matériaux, offre une variété d’opportunités technologiques. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés par l'étude des propriétés optiques des deux matériaux hybrides organiques inorganiques (C6H11NH3)2[PbI4] et (C6H11NH3)2[PbBr4], et principalement leurs propriétés de luminescence. Les résultats montre que sous excitation dans l'ultraviolet, (C6H11NH3)2[PbBr4] émet de la lumière blanche, même à température ambiante, ce qui présente un grand intérêt de l'utilisation de ces matériaux comme source d'émission de la lumière blanche. L'origine de cette émission a été étudié par différentes techniques comme la photoluminescence résolution en temps. / Inorganic organic hybrid materials have attracted a great attention do to their special structure and important optical such as the high luminescence, even at room temperature. This relatively new research on this family of materials, offers a variety of technological opportunities. In this context, we are interested in the study of optical properties of both inorganic and organic hybrid materials (C6H11NH3)2[PbI4] and (C6H11NH3)2[PbBr4], and mainly their luminescence properties. The results shows that under ultraviolet excitation, (C6H11NH3)2[PbBr4] show a strong white light emission, even at room temperature, which open a great interest in the use of these materials as a source of the white light emission. The origin of this large emission has been studied by different techniques such as the time resolved photoluminescence measurements .

Les Lidars cohérents permettent de mesurer la vitesse du vent à grande distance, en se basant sur le décalage en fréquence Doppler induit par la réflexion des aérosols. Le Lidar vent est composé d'un système MOPFA (Master Oscillator Power Fiber Amplifier), contenant un oscillateur continu, un modulateur d'intensité, et un amplificateur fibré. L'objectif principal de cette thèse est la réalisation d'un MOPFA pulsé de forte puissance crête à sécurité oculaire, en utilisant une fibre multicoeurs dopée erbium. L'impulsion mono-fréquence dans les fibres est limitée par les effets non-linéaire du au confinement du faisceau dans le coeur. Les fibres multicoeurs peuvent être vues comme des fibres à larges coeur. L'impulsion à amplifier est divisée et injectée dans tous les coeurs de la fibre amplificatrice à l'aide d'un modulateur spatial de lumière (SLM). A la sortie, les impulsions amplifiées sont recombinées par un élément optique de diffraction (EOD). La combinaison cohérente en sortie requière un contrôle indépendant des phases à l'injection qui est asservit par un algorithme basé sur la puissance de l'ordre zéro de l'EOD. La puissance crête après combinaison est alors la somme des puissances crêtes atteintes dans chacun des coeurs. / Coherent Lidars can measure wind speed at long distance, using the Doppler frequency shift induced by the movement of the back reflecting aerosols. Wind Lidars usually include a MOPFA (Master Oscillator Power Fiber Amplifier) made of a continuous oscillator, an intensity modulator and a fiber amplifier. The main objective of this thesis is the realization of an eye-safe, high peak power, pulsed MOPFA using an erbium-doped multicore fiber. Single frequency pulse amplification in fibers is limited by nonlinear effects due to tight beam confinement in the core. Multicore fibers can be seen as a very large core fiber, thus mitigating the nonlinear effects. The pulse to be amplified is divided and injected into all cores of the amplifying fiber using a spatial light modulator (SLM). The amplified output pulses are then recombined at the fiber output by a diffractive optical element (DOE). The coherent combination at fiber output requires independent control of phases at injection provided by a feedback loop based on the DOE zero order power. The peak power after combination is the sum of the peak powers reached in each of the cores.

Le transport de la lumière permet de simuler physiquement le movement de photons dans un environnement virtuel. En rendu d’images, la lumière se propage une dernière fois vers un capteur virtuel la transformant en une image, affichée pour un observateur. Durant ce voyage la lumière peut être analysée fréquentiellement pour comprendre ses variations spatiales et angulaires afin d’accélerer le rendu. La génération d’images réalistes a subit de grandes avancées au cours des dernières années, réduisant l’écart entre simulation et réalité. Cependant les contraintes en terme de performance et de mémoire empêchent toujours aux applications interactives et en temps-réel de bénéficier des effets de rendu les plus complexes. Pour cela, les moteurs de rendu professionels modernes dépendent toujours de méthodes de pré-calculation de données et de procédures asynchrones de traitement. Cette thèse par article présente deux projets traitant du transport de la lumière à travers une perspective fréquentielle dans le contexte d’applications interactives et en temps-réel. Nous proposons premièrement une méthode pour réutiliser efficacement le calcul préalable de chemins de lumière par méthode Monte Carlo pour des séquences animées. Nous prenons avantage de l’analyse fréquentielle du transport de la lumière réalisée dans des travaux antérieurs, étendue ici à l’échantillonement et reconstruction spatial, angulaire et temporel. Notre seconde méthode pré-calcule le transport de la lumière à travers les volumes participatifs jusqu’aux surfaces, que nous encodons comme réponse impulsive. Cet opérateur compacte et efficace nous permet d’accélerer le transport à travers des volumes jusqu’aux surfaces dans le contexte de diffusion multiple dans des conditions arbitraires de média participatifs. / Light transport is the method of physically simulating the movement of photons in an environment. Applied to rendering, light travels one last time to a virtual sensor that captures it as an image displayed to an observer. As it travels, light is analysable frequentially to understand how it varies spatially and angularly to accelerate rendering. Recent advances in physically-based realistic rendering have been closing the gap between reality and simulation but the memory and performance costs still preclude the inclusion of the more computationally expensive effects in interactive and real-time applications. Because of this, modern production renderers rely on the ahead-of-time precomputation of data for efficient reuse in the form of offline computational processes and asynchronously distributed procedures. This thesis by publication investigates with two papers the simulation of light transport from a frequency-based perspective for interactive and precomputed real-time applications. We first propose a method for efficiently reusing light path computations over time in interactive Monte Carlo path-traced animation sequences. We leverage to this end the frequency analysis of light transport introduced in previous works, extended to spatial, angular and temporal sampling and reconstruction. Our second method investigates the precomputation of participating volume-to-surface light transport as impulse responses, a compact and efficient frequency-based transport operator. In turn, these operators accelerate by orders of magnitude the computation of multi-scattered volume-to-surface transport in arbitrary, potentially heterogeneous media conditions.

L'imagerie moderne générée par ordinateur cherche constamment à être de plus en plus représentative de la réalité physique tout autour de nous, et un de ces phénomènes clés est la notion d'effets de distribution. Les effets de distribution sont une catégorie de comportements du transport de la lumière caractérisés par leur nature distribuée selon une ou plusieurs dimension(s) donnée(s). Par exemple, le flou de mouvement est un effet de distribution dans le temps, alors que la profondeur de champ introduit le diaphragme de la caméra, ajoutant ainsi deux dimensions. Ces effets sont communs dans les films et la réalité, les rendant donc désirables à reproduire. Dans cette thèse par articles, nous présentons quatre articles qui utilisent, étendent ou s'inspirent des effets de distribution. Premièrement, nous proposons une technique novatrice pour faire le rendu de flou de mouvement non-linéaire pour des applications en temps réel tout en conservant des caractéristiques clés d'efficacité et de mise à l'échelle. Nous tirons avantage des courbes de Bézier pour concevoir une approximation de mouvement non-linéaire depuis seulement quelques images clés et rastérisons une géométrie synthétisée pour reproduire le mouvement. Deuxièmement, nous présentons un algorithme qui fait le rendu de matériaux scintillants à haute fréquence illuminés par de grandes cartes environnementales. En utilisant une combinaison d'un système d'histogrammes de mi-vecteurs compact et des harmoniques sphériques multi échelle, nous pouvons efficacement représenter des normales de surface denses et rendre leurs interactions avec des sources de lumière filtrées de grandes dimensions. Troisièmement, nous introduisons une nouvelle méthode pour faire le rendu de dispersion sous la surface en tirant avantage de l'analyse fréquentielle et du parcours d'un arbre dual. En calculant le transport de la lumière sous la surface en espace image, nous pouvons rapidement analyser la fréquence du signal et déterminer des bandes passantes efficaces que nous pouvons alors utiliser pour limiter notre traversée dans un arbre dual d'ombrage et d'illumination. Finalement, nous démontrons un algorithme novateur d'illumination globale diffuse en temps réel qui utilise des sondes d'irradiance dynamiques. Grâce à des mises à jour efficaces de distribution de radiance, nous pouvons mettre à jour des sondes d'irradiance pendant l'exécution, prenant en compte les objets dynamiques et une illumination changeante, et nous le combinons avec une requête d'irradiance filtrée plus robuste, rendant une grille de sondes d'irradiance dense traitable en temps réel avec des artefacts minimes. / Modern computer generated imagery strives to be ever more faithful to the physical reality around us, and one such key physical phenomenon is the notion of distribution effects. Distribution effects are a category of light transport behaviors characterized by their distributed nature across some given dimension(s). For instance, motion blur is a distribution effect across time, while depth of field introduces a physical aperture for the camera, thus adding two more dimensions. These effects are commonplace in film and real life, thus making them desirable to reproduce. In this manuscript-based thesis, we present four papers which leverage, extend or inspire themselves from distribution effects. First, we propose a novel technique to render non-linear motion blur for real-time applications while conserving important scalability and efficiency characteristics. We leverage Bézier curves to approximate non-linear motion from just a few keyframes and rasterize synthesized geometry to replicate motion. Second, we present an algorithm to render glinty high-frequency materials illuminated by large environment maps. Using a combination of a compact half-vector histogram scheme and multiscale spherical harmonics, we can efficiently represent dense surface normals and render their interaction with large, filtered light sources. Third, we introduce a new method for rendering subsurface scattering by taking advantage of frequency analysis and dual-tree traversal. Computing screen-space subsurface light transport, we can quickly analyze signal frequency and determine efficient bandwidths which we then use to limit our traversal through a shading/illumination dual-tree. Finally, we show a novel real-time diffuse global illumination scheme using dynamically updated irradiance probes. Thanks to efficient spherical radiance distribution updates, we can update irradiance probes at runtime, taking into consideration dynamic objects and changing lighting, and combine it with a more robust filtered irradiance query, making dense irradiance probe grids tractable in real-time with minimal artifacts.

Cette thèse est organisé en deux parties. Dans la première partie nous nous adressons à un problème vieux dans la théorie de jauge - le calcul du spectre et des fonctions d'onde. La stratégie que nous proposons est de construire une base d'états stochastiques de liens de Bargmann, construite à partir d'une distribution physique de densité de probabilité. Par la suite, nous calculons les amplitudes de transition entre ces états par une approche analytique, en utilisant des intégrales de chemin standards ainsi que la théorie des groupes. Également, nous calculons numériquement matrices symétrique et hermitienne des amplitudes de transition, via une méthode Monte Carlo avec échantillonnage pondéré. De chaque matrice, nous trouvons les valeurs propres et les vecteurs propres. En appliquant cette méthode â la théorie de jauge U(l) en deux dimensions spatiales, nous essayons d'extraire et de présenter le spectre et les fonctions d'onde de cette théorie pour des grilles de petite taille. En outre, nous essayons de faire quelques ajustement dynamique des fenêtres de spectres d'énergie et les fonctions d'onde. Ces fenêtres sont outiles de vérifier visuellement la validité de l'hamiltonien Monte Carlo, et de calculer observables physiques. Dans la deuxième partie nous étudions le comportement chaotique de deux systèmes de billard classiques, par la théorie des matrices aléatoires. Nous considérons un gaz périodique de Lorentz à deux dimensions dans des régimes de horizon fini et horizon infini. Nous construisons quelques matrices de longueurs de trajectoires de un particule mobile dans ce système, et réalisons des études des spectres de ces matrices par l'analyse numérique. Par le calcul numérique des distributions d'espacement de niveaux et rigidité spectral, nous constatons la statistique des espacements de niveaux suggère un comportement universel. Nous étudions également un tel comportement pour un système optique chaotique. En tant que quasi-système de potentiel, ses fluctuations dans l'espacement de ses niveaux suivent aussi un comportement GOE, ce qui est une signature d'universalité. Dans cette partie nous étudions également les propriétés de diffusion du gaz de Lorentz, par la longueur des trajectoires. En calculant la variance de ce quantité, nous montrons que dans le cas d'horizons finis, la variance de longueurs est linéaire par rapport au nombre de collisions de la particule dans le billard. Cette linéarité permet de définir un coefficient de diffusion pour le gaz de Lorentz, et dans un schéma général, elle est compatible avec les résultats obtenus par d'autres méthodes.

Ce mémoire porte sur la conception, l'assemblage et la calibration d'un système permettant l'acquisition de l'apparence et de la géométrie d'objets. Une première section porte sur la conception du système, c'est-à-dire sur le choix de son design et sa réalisation. Ensuite, les calibrations nécessaires au fonctionnement du système sont présentées. Les calibrations géométriques et radiométriques des caméras sont tout d'abord réalisées. Ensuite, les sources de lumière sont à leurs tours calibrées géométriquement et radiométriquement. Finalement, une application de stéréo photométrique est effectuée. Enfin, nous modélisons la fonction de réflectance de quelques objets.

Un sursaut de formation stellaire, ou starburst, constitue une flambée intense de formation d'étoiles qui est souvent associée à une compression violente du gaz. Ce phénomène représente une phase importante dans l'évolution des galaxies. Les étoiles massives, présentes en grand nombre dans les starbursts, sculptent l'allure des galaxies et y apportent des éléments lourds. Le domaine de l'ultraviolet est des plus utiles pour étudier les étoiles massives et ainsi sonder le processus de formation stellaire et éventuellement décrire l'évolution des galaxies. Mon travail présente des simulations des magnitudes, couleurs et pentes spectrales dans les filtres du "Ultraviolet Imaging Telescope" (UVIT) pour des starbursts modélisés avec des codes de synthèse évolutifs. UVIT sera lancé en 2012 et apportera des images ultraviolettes de très haute résolution spatiale pour des galaxies proches. Mon objectif premier est alors d'identifier l'ensemble des filtres UVIT qui permettront de déterminer l'âge, la métallicité, l'extinction et la fonction de masse initiale des populations jeunes observées.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.