Ce travail de thèse est consacré au piégeage de la lumière par des cristaux photoniques(CP) et des réseaux de diffraction. L'objectif consiste à intégrer de telles structures dans des cellules solaires à couches ultra-minces de silicium, afin d'augmenter leur rendement de conversion. Nous avons conçu et optimisé des cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) assistées par les CP, grâce à la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain). En gravant un CP 2Ddans la couche active de silicium, l'absorption intégrée sur l'ensemble du spectre est augmentée de 50%. Cette amélioration est atteinte en combinant des modes de Bloch lent et des résonances Fabry-Perot. Afin de réaliser de telles cellules solaires, nous avons développé une filière technologique combinant insolation holographique, gravure ionique réactive et gravure ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons étudié l'influence des paramètres de ces procédés sur la structuration réalisée. Enfin, les caractéristiques optiques et électriques de ces objets ont été mesurées par nos collaborateurs de l'IMEC, en Belgique. Les mesures d'absorption sont en bon accord avec les prédictions théoriques. De plus, l'absorption intégrée est peu sensible à l'angle d'incidence de la lumière solaire. La cellule solaire structurée comme un CP 2D présente finalement un courant de court-circuit d'environ 15mA/cm², soit20% plus élevé que dans le cas de la cellule de référence. Par ailleurs, nous avons conçu une cellule solaire en c-Si plus complexe, intégrant des réseaux de diffraction avant et arrière. L'absorption aux grandes longueurs d'onde est augmentée du fait de la période élevée (750 nm) du réseau arrière, tandis que la réflexion en face avant est diminuée du fait de la faible période (250 nm) du réseau avant. Nous avons prédit une augmentation du courant de court-circuit jusqu'à 30m A/cm² pour ce dispositif, en comparaison avec la valeur de 18 mA/cm² correspondant à la cellule de référence non structurée. Ces résultats sont première étape vers le développement de futures générations de cellules solaires assistées par des cristaux photoniques et des réseaux de diffraction.

Nous présentons une série d'expériences sur des particules micrométriques de polystyrène de formes ellipsoïdales. Les rapports d'aspects (k) des particules sont variables, de 0.2 à 8 environ. Ces ellipsoïdes sont manipulés dans l'eau par faisceau laser modérément focalisé. On observe la lévitation et l'équilibre dynamique de chaque particule, dans le volume et au contact d'une interface, solide-liquide ou liquide-liquide. Dans une première partie, nous montrons que des particules de k modéré sont piégées radialement. Par contre, les ellipsoïdes allongés (k>3) ou aplatis (k<0.3) ne peuvent pas être immobilisés. Ces particules " dansent " autour du faisceau, dans un mouvement permanent associant translation et rotation. Les mouvements sont périodiques, ou irréguliers (chaotiques) selon les caractéristiques de la particule et du faisceau. Un modèle en 2d est proposé qui permet de comprendre l'origine des oscillations. La seconde partie est une application de la lévitation optique pour une étude de la transition mouillage total-mouillage partiel des particules à l'interface eau-air. Nous montrons que la dynamique de la transition ne dépend pratiquement pas de la forme de particule, et qu'elle est déterminée par le mécanisme d'accrochage-décrochage de la ligne de contact.

Ce mémoire se propose de qualifier la tolérance à l'ombre, la tolérance au pH et la plasticité de la végétation herbacée du sous-bois dans le Nord-Est de l'Amérique du Nord: plus particulièrement au Québec. La caractérisation de la végétation herbacée, ainsi que des semis d'arbres, s'est longtemps limitée à une brève description de celle-ci sur le terrain. Peu d'études se sont intéressées à finement établir leurs caractéristiques selon les grands gradients environnementaux. Pour ce qui est de la tolérance à l'ombre, la plupart des études classifient les espèces en trois classes: sciaphiles, photophiles et héliophiles. Ces trois classes regroupent respectivement les espèces liées aux couverts très fermés, les espèces de demi-ombre se retrouvant dans les lisières et les taillis et finalement les espèces de milieux ouverts. Dans ce mémoire, nous avons essayé d'étendre cette classification à neuf classes de tolérance à l'ombre à la manière d'Eilenberg et al. (1992). A l'aide de données d'experts et issues de la bibliographie, nous avons caractérisé la tolérance à l'ombre de 347 espèces, dont 71 espèces ligneuses au stade de semis, 185 espèces herbacées et 91 espèces de bryophytes et lichens. Ce qui ressort également est la forte concordance des valeurs obtenues par rapport aux données européennes existantes. Cette similarité est très forte pour les plantes invasculaires (bryophytes et lichens). Les données européennes sont donc utilisables, d'autant plus que la simplicité de ces organismes les rend peu enclins à la différentiation génétique. Pour les conditions édaphiques, particulièrement le pH, les données de la littérature sont encore plus restreintes. Classiquement, pour le pH, on décrit les espèces comme étant calcicoles, neutrophiles et acidiphiles. Les données d'experts étant très difficiles à obtenir pour le pH, nous avons appliqué des régressions logistiques suivant le modèle de Laplace-Gauss sur des relevés issus d'études phytosociologiques faites à l'université Laval sous la direction du Professeur Miroslav Grantner. L'équation résultante de cette régression nous a permis de calculer la largeur de la distribution des espèces le long de ce gradient de pH. Cette dernière valeur, le kurtosis, permet d'avoir une idée de la plasticité des espèces vis-à-vis de ce gradient. Le même type d'analyse a été appliqué au gradient de lumière à l'aide du calcul de l'indice lumineux moyen obtenu suivant la valeur de tolérance à l'ombre des espèces présentes dans les relevés phytosociologiques. Quelque 96 espèces furent analysées de cette manière, et la régression nous a permis de dégager un indice de pH significatif pour 56 espèces et 51 espèces pour la lumière. L'analyse des résultats pour la plasticité nous a permis de dégager les patrons généraux de cette plasticité. La plasticité pour le pH varie selon une hyperbole négative en fonction de l'optimum écologique des espèces pour le pH. En d'autres termes, les espèces de milieu plus acide sont moins plastiques pour le pH, c'est-à-dire qu'elles se retrouvent sur des sols ayant une gamme de pH plus restreinte que les espèces de sol plus neutre. Ce résultat va dans le sens de l'hypothèse de spécialisation énoncée par Lortie and Aarssen (1996), à savoir que les espèces tendent à se spécialiser et cela au dépend de leur plasticité. Ce patron général ne se retrouve pas pour la lumière. Au contraire, il y a une très forte orthogonalité de la plasticité par rapport à son optimum. Cette orthogonalité indique que ces deux caractéristiques pour la lumière ne sont pas en interaction et il se peut qu'il n'y ait pas de spécialisation pour la lumière. Les espèces dites tolérantes à l'ombre ne deviendraient donc pas plus tolérantes à l'ombre avec le temps, mais seraient plutôt confinées à de faibles conditions de lumière à cause de leur faible compétitivité dans les milieux adjacents plus lumineux. En conclusion, ce mémoire a permis de mieux caractériser les conditions écologiques générales d'un très grand nombre d'espèces par rapport à leur réaction au pH et à la lumière, deux conditions écologiques très importantes pour les plantes. De plus, la tolérance à l'ombre, qui indique classiquement le niveau de lumière où une plante subsiste, pourrait aussi être définie comme l'habileté compétitrice de cette espèce.

Les forêts de feuillus dans le Nord-Est de l'Amérique du Nord font face à de grands changements au niveau de la composition et de la coexistence d'espèces tolérantes à l'ombre. Parmi ces espèces, on retrouve le hêtre à grandes feuilles (FG: Fagus grandifolia) et l'érable à sucre (AS: Acer saccharum). Durant les dernières décennies, plusieurs études ont observé une augmentation considérable de jeunes tiges de FG en sous-étage alors que AS montrait un dépérissement généralisé dans les canopées des forêts feuillues du sud du Québec. Il a été proposé que le dépérissement des AS matures soit lié à des changements dans les propriétés du sol qui affecterait sa croissance et sa vigueur. De plus, d'autres études ont proposé que ces mêmes modifications de propriétés du sol lorsque associées avec une diminution de l'intensité de perturbation du couvert pourraient favoriser l'établissement et la croissance d'une régénération en hêtre plutôt qu'en érable à sucre. Deux études ont été établies. (i) Dans un premier temps, un territoire de 1272 km2 a été couvert en Outaouais et 56 peuplements d'érablières y ont été échantillonnés. Les peuplements ont été sélectionnés selon un gradient de lumière et de fertilité de sol. Le gradient de lumière a été obtenu en sélectionnant un gradient de perturbations du couvert, des peuplements ayant été subies dans le passé (T: forêts non aménagées; CJ: coupe de jardinage; CT: coupe totale). Ensuite, la sélection des sites a été faite en fonction de la fertilité du sol prédite par cartographie (sites pauvres, moyens, riches). Dans chaque peuplement, des mesures sur la surface terrière, la croissance radiale, la densité en gaules des deux essences ont été prises et analysées en fonction de la disponibilité en lumière et la fertilité des sols à l'aide de modèles mixtes. (ii) Dans un second temps, une étude semi-contrôlée a été réalisée dans un peuplement d'érablière de 15.36 ha à proximité du Lac Gagnon au Nord-Est de Duhamel. Dans cette étude des combinaisons de traitement (ouverture du couvert et chaulage) ont été réalisées aléatoirement sur 24 sites de 0.64 ha. Les mêmes paramètres (lumière et sol) ont été à l'étude mais un effort d'échantillonnage supplémentaire a été mis dans l'estimation de la performance des semis de AS et FG. Des mesures sur la densité, la croissance annuelle en hauteur, la morphologie, la physiologie et l'allocation de biomasse des semis ont été prises et analysées en fonction de la disponibilité en lumière et de la fertilité des sols. Pour l'étude sur l'historique de perturbation, nos résultats n'ont montré aucune variabilité dans la fertilité des sols échantillonnés (malgré la présélection) et que ceux-ci se sont tous avérés relativement pauvres (e.i., Ca, Mg et P) suite à nos analyses. Sur une période de 50 ans, l'intensité de l'historique de perturbations a grandement modifié la composition de la canopée. Par contre, la fertilité du sol, l'historique de perturbations ainsi que leur interaction n'ont pas eu d'effets significatifs pouvant expliquer la variation de la densité actuelle, absolue ou relative, des gaules de AS et FG. Les résultats montrent que la croissance radiale des gaules de AS a effectivement mieux répondu à une grande ouverture de la canopée (CT), sur sols pauvres, mais n'a pas pu surpasser la croissance des gaules de FG. Un seuil critique de disponibilité en lumière où la performance des 2 espèces serait inversée n'a cependant pas pu être confirmé. Pour l'étude semi-contrôlée, l'abondance en semis de AS a eu tendance à augmenter avec la combinaison d'une grande ouverture de la canopée (CT) et le chaulage du sol. La croissance annuelle en hauteur des semis de AS a également été avantagée par ses mêmes conditions. Les semis de AS et de FG ont montré très peu de différences dans leur réponse morphologique et physiologique à un grand gradient d'ouverture du couvert et au chaulage. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acer saccharum, Fagus grandifolia, fertilité des sols, historique de perturbations, lumière

Cette thèse aborde la question de l'intérêt que présente une pratique photographique dans un contexte où l'image diffusée en direct prévaut. Le point d'ancrage théorique est l'essai de Flusser (1984, 2004), Pour une philosophie de la photographie suivi de Manovich (2001 et 2006). Les objectifs de cette thèse sont de: -Situer ma pratique photographique dans le contexte de l'art contemporain et de la société. -À partir d'une sélection d'oeuvres photographiques de quatre artistes en art contemporain, Hiroshi Sugimoto, Laurence Demaison, Cindy Sherman et Diana Thorneycroft, dégager le rapport à la lumière, à l'espace et au temps, ainsi qu'au dispositif du tableau présent dans celles-ci. -Examiner à travers les oeuvres d'une sélection d'artistes, Anish Kapoor, Bill Viola, Jeffrey Shaw et Jeff Wall, comment le dispositif du tableau, tel que défini à la Renaissance par Alberti, est remis en question par ces derniers. Faire ressortir la dynamique à l'oeuvre dans ma pratique photographique. Identifier les ambiguïtés présentes dans mes images et comment celles-ci entretiennent un dialogue avec la fin d'une compréhension des phénomènes en termes de paires dichotomiques telles nature/culture et homme/femme. -Situer ma pratique dans l'optique d'une écologie des médias et d'un environnement où l'image numérique diffusée en direct et l'interactivité sur les réseaux informatiques prévalent. Pour atteindre ces objectifs, j'adopte une démarche inspirée de l'approche systémique de Gregory Bateson (1972) qui consiste essentiellement à accorder plus d'importance à l'émergence de phénomènes, aux motifs (pattern) relationnels qui les sous-tendent, qu'à l'étude des éléments eux-mêmes. Ainsi je ne travaille point en ayant comme objectif de recherche d'identifier des liens de cause à effet, mais plutôt de faire ressortir la dynamique relationnelle entre les éléments. La dynamique du « travail » et du processus à l'oeuvre (Didi-Huberman, 2000) dans ma pratique artistique est exposée en étudiant la dynamique entre les éléments du dispositif en studio. J'examine aussi cette pratique par le biais de la triade de la démarche artistique de Balpe (2000). Dans ma pratique artistique une relation triangulaire est à l'oeuvre entre le sujet photographié, les images projetées et les choix techniques de prise de vue faits pour la captation de l'image. Je dirige les liens dynamiques entre ces trois éléments qui transforment le sujet photographié. La projection de tableaux historiques appropriés, prenant la forme de modulations lumineuses sur le corps du modèle, permet de simuler la transformation du corps, de créer une figure qui, via la projection d'une image bidimensionnelle et de choix techniques à la prise de vue, oscille entre la deuxième et la troisième dimension de l'espace. La perspective spatiale se trouve ainsi aplatie. Dans ce dispositif, le temps est télescopé puisque la distance temporelle entre le modèle et la figure d'une autre époque est annulée. Le corps est l'agent actif et transformateur par lequel apparaît l'image à photographier. Dans cette pratique une variété de techniques coexistent et s'enrichissent mutuellement. Mon dispositif permet de produire un objet dans une société de « non-objets ». Une conclusion atteinte par cette thèse est que ce retour vers l'objet qu'est l'oeuvre, est une stratégie qui permet de prendre une distance critique par le biais de la distanciation technique et temporelle. Ce retour vers la chose en art est une stratégie pour résoudre le problème de la distance critique dans une société qui ne peut plus abstraire à partir de l'objet, dans une société où il est difficile de prendre une distance critique (Foster). Ainsi, dans la grammaire de l'oeuvre les caractéristiques techniques propres à des médium peuvent être mises de l'avant et devenir des « objets », des éléments qui permettent à l'artiste de développer un langage. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Photographie (argentique et numérique), Projection, Corps, Dispositif, Simulation, Distance critique, Tableau, Entre-deux, Aura.

Cette thèse, intitulée « Attraction de polarisation et instabilité modulationnelle incohérente dans les fibres optiques », présente l'étude théorique et expérimentale de deux processus novateurs dans le domaine de l'optique non linéaire dans les fibres optiques. Après avoir introduit quelques rappels théoriques utiles dans le premier chapitre, le second chapitre présente une étude sur l'Instabilité Modulationnelle incohérente dans les fibres optiques. Cette étude démontre la possibilité de générer de l'Instabilité Modulationnelle dans une fibre optique à l'aide d'une onde optique partiellement incohérente, et met en avant ses caractéristiques principales. Le troisième chapitre traite du phénomène d'attraction de polarisation dans les fibres optiques isotropes. Nous y démontrons son existence, ainsi que ses principales caractéristiques, et étudions l'usage qui pourrait en être fait pour des applications télécoms.

La propagation d'une impulsion térawatt ultra-brµeve dans l'atmosphère peut s'accompagner du phénomène de filamentation. La lumière se trouve alors auto-guidée dans des plasmas appelés filaments dont le diamètre est de l'ordre de 100 µm et la longueur peut s'étendre jusqu'à quelques centaines de mètres. De plus, le spectre initial de l'impulsion est considérablement élargi. Ces propriétés ouvrent la possibilité d'améliorer la technique LIDAR et de contrôler la foudre. Nous avons montré que les filaments survivent à la propagation dans une turbulence forte et peuvent se développer sous une pression atmosphérique réduite et sous la pluie. Pour la première fois, la lumière blanche genérée par une impulsion ultra-brève, multi-térawatt a été détectée à une altitude de 20 km.<br />En collaberation avec des installations haute-tension, nous avons déterminé la durée de vie du plasma du filament et la longueur sur laquelle il est possible de guider des décharges électriques. Nous avons pu augmenter l'efficacité de déclenchement avec une configuration à double impulsion. Enfin, nous avons montré que le déclenchement et le guidage sont possibles sous une pluie artificielle.<br />Ces résultats se sont révélés très encourageants en vue d'expériences LIDAR à lumière blanche et du contrôle de la foudre.

La forme globale d'une plante ornementale est un des ses critères esthétiques majeurs. Celle-ci est conditionnée par son architecture, en particulier par le débourrement des bourgeons et l'élongation des axes. Les facteurs environnementaux et notamment la lumière, ont un impact fort sur ces deux processus. Manipuler les conditions d'éclairement des jeunes plantes en culture pourrait permettre de produire des plantes de formes innovantes, avec des pratiques respectueuses de l'environnement. Il existe toutefois un déficit important de connaissances sur les mécanismes de régulation du développement des plantes par la lumière. Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact de la lumière bleue sur le développement architectural de deux variétés de rosier-buisson en couplant des approches morphologiques, histologiques et moléculaires. Nos résultats montrent que la lumière bleue monochromatique a un effet dépressif sur l'assimilation photosynthétique des rosiers mais induit chez les deux cultivars, une activité organogénétique du méristème, une croissance des métamères et un développement floral similaires à ceux induits par un spectre lumineux complet. Au contraire, la suppression du spectre bleu de la lumière blanche stimule l'élongation des axes d'ordre I chez l'un des cultivars. Cette stimulation résulte de l'augmentation de l'assimilation chlorophyllienne et de l'élongation cellulaire au sein des entre-noeuds. Ce photo-contrôle s'exerce sur l'expression de gènes du métabolisme glucidique et du relâchement pariétal. Notre étude sur mutants de photorécepteurs de pois suggère que le phytochrome B est le photorécepteur majeur impliqué dans cette réponse à la lumière bleue.

La compréhension de la couleur de polymères chargés, utilisés en revêtement de sol pour un environnement lumineux, peut être abordée soit par une approche perceptive, soit par une approche optique et spectrale de la couleur. Sur la base d'un travail principalement expérimental, les travaux de thèse explorent cette seconde voie. A partir de films composites calandrés, nous avons d'abord montré comment les types de polymères et de pigments, leur concentration, et la mise en forme de la surface, influencent l'aspect. D'une part, une formulation PVC existante ne peut être contretypée par une nouvelle matrice PE, en raison d'un fort couplage entre luminance et chrominance. Ce sont les écarts d'indices de réfraction aux interfaces entre particules et matrice, couplés aux pertes intrinsèques des pigments, qui interviennent au premier ordre pour expliquer la couleur. D'autre part, trois types de rugosité contrôlée induits par grainage ont permis de montrer que toutes les échelles, caractérisées par rugosimétrie confocale et AFM, influencent la luminance L* des matériaux, mesurée par gonio-spectro-colorimétrie. Le modèle géométrique proposé a permis de quantifier les variations de L* en fonction de la topographie des matériaux et de leur orientation. Le rôle de l'éclairage sur la couleur a été étudié avec une source halogène et une LED. L'analyse de matériaux PVC colorés a montré que l'approche spectrale permet de déterminer l'origine du métamérisme et de rechercher ses effets maximaux, par l'association de méthodes perceptive et quantitative dans l'espace CIE-L*a*b*. Le couplage des spectres d'émission des illuminants, de réflectance des matériaux, et de réponse de l'observateur est le principal résultat utilisé pour la conception d'un matériau à changement chromatique. Ces changements sont caractérisés et validés dans un espace réel, où intervient la réflexion-diffusion liée à l'environnement. La recherche par le design a finalement permis de faire émerger de nouvelles typologies de sol, à partir d'un revêtement d'aspect changeant en fonction de l'ambiance lumineuse. Si l'innovation s'accomplit au-delà de la seule réalisation des prototypes, ceux-ci révèlent néanmoins des variations d'aspects marquées pouvant induire de nouveaux usages du sol dans l'habitat.

Le stockage de données par holographie suscite un intérêt renouvelé. Il semble bien placé pour conduire à une nouvelle génération de mémoires optiques aux capacités et débits de lecture bien supérieurs à ceux des disques optiques actuels basés sur l'enregistrement dit surfacique. Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle architecture de stockage optique de données qui s'inspire du principe de la photographie interférentielle de Lippmann. Les informations y sont inscrites dans le volume du matériau d'enregistrement sous la forme de pages de données par multiplexage en longueur d'onde en exploitant la sélectivité de Bragg. Cette technique, bien que très voisine de l'holographie, n'avait jamais été envisagée pour le stockage à hautes capacités. L'objectif de la thèse a été d'analyser cette nouvelle architecture afin de déterminer les conditions pouvant conduire à de très hautes capacités. Cette analyse s'est appuyée sur un outil de simulation numérique des processus de diffraction en jeu dans cette mémoire interférentielle. Elle nous a permis de définir deux conditions sous lesquelles ces hautes capacités sont atteignables. En respectant ces conditions, nous avons conçu un démonstrateur de mémoire dit de " Lippmann " et avons ainsi démontré expérimentalement que la capacité est bien proportionnelle à l'épaisseur du matériau d'enregistrement. Avec une telle architecture, des capacités de l'ordre du Téraoctet sont attendues pour des disques de 12 cm de diamètre.