De récents progrès en biologie cellulaire ont montré que le noyau d'une cellule vivante est un ensemble bien organisé de différents domaines ayant chacun une fonction propre. Cette organisation est hautement dynamique. En effet, elle est la clé de l'adaptation de la cellule à son environnement. La dynamique du noyau est ainsi le reflet de l'état de la cellule. <br />Bien que l'étude de cette dynamique soit devenue l'un des enjeux majeurs de la recherche en biologie cellulaire, la dynamique globale du noyau est encore peu comprise. Pour étudier cette dynamique nous avons mis au point un montage expérimental original de diffusion dynamique de la lumière. Il est à noter que si la diffusion dynamique de la lumière est une technique « classique » pour l'étude des propriétés dynamiques des systèmes moléculaires organisés (i.e. systèmes colloïdaux, surfactants, polymères en solution, gels, cristaux liquides), elle n'avait, encore, jamais été utilisée pour étudier les propriétés dynamiques du noyau d'une cellule vivante. Grâce à ce montage, nous avons étudié la dynamique globale du noyau de cellules neuroblastomes de la lignée SHEP, au cours du cycle cellulaire. Nous avons ainsi pu observer que la dynamique interne du noyau est très riche et très complexe, avec un très grand nombre de temps caractéristiques s'étalant de quelques millisecondes à quelques dizaines de secondes. Par l'analyse des fonctions d'autocorrélation de l'intensité diffusée, < I(0)I(t) >, nous avons, plus particulièrement, sondé la dynamique interne du noyau entre la milliseconde et la seconde. Nous avons mis en évidence deux distributions indépendantes de temps caractéristiques. La première est une distribution de temps rapides compris entre 5 et 70 ms. La deuxième est une distribution de temps plus lent compris entre 0,5 et 2 s. Nous avons montré que ces distributions étaient dépendantes de la phase du cycle dans laquelle se trouvaient les cellules.<br />Le montage expérimental que nous avons construit nous a également permis de mettre en évidence et d'étudier un processus de transmission de la mort par apoptose d'une cellule vers ses plus proches voisines.

La diffraction et la diffusion de la lumière sont étudiées de façon théorique et expérimentale puis utilisées pour les applications à la métrologie des composants sub-microniques dans l'industrie de la microélectronique, ainsi qu'aux applications dans le domaine de l'imagerie sélective en milieu diffusant basée sur les propriétés ellipsométriques de la lumière. La modélisation est réalisée à l'aide de la méthode différentielle que nous avons implémentée pour plusieurs situations : diffraction 2D classique et conique et diffraction 3D. Outre les améliorations déjà connues, algorithme des matrices S et règles de factorisation, nous proposons une nouvelle méthode d'intégration matricielle des équations du champ, plus rapide que les formulation existantes, qui nous permet d'aborder le cas des structures 3D de forme arbitraire, aléatoires ou périodiques. Cet outil est ensuite appliqué à l'extension de l'imagerie sélective au cas des surfaces très rugueuses et au problème inverse en microélectronique.

Les gestionnaires forestiers sont demandeurs d'une aide à la décision pour la conservation du mélange Sapin et Epicéa en forêt de montagne. Pour répondre à leur attente, nous avons modélisé, pour les deux espèces, les fonctions démographiques (croissance, mortalité et recrutement) et les fonctions d'allométries à partir de données de terrain. Ces fonctions ont été implémentées dans un modèle de dynamique forestière afin d'améliorer les connaissances sur la dynamique naturelle des deux espèces et d'envisager des tests de scénarios sylvicoles. L'estimation statistique des paramètres des modèles a été effectuée dans un cadre bayésien hiérarchique. Elle a permis de mettre en évidence et de quantifier les différences entre espèces : le Sapin, espèce tolérante à l'ombre comparativement à l'Epicéa, est moins sensible à l'autoéclaircie, a une croissance plus forte et un taux de recrutement plus important à faibles niveaux de lumière que l'Epicéa. Les modèles développés ont pris en compte l'incertitude sur les observations et la variabilité spatio-temporelle des processus. La variabilité individuelle (ou intraspécifique) et temporelle (interannuelle et intra-individuelle) est forte et tend à égaliser la fitness des deux espèces en inversant la hiérarchie des espèces localement dans l'espace ou sporadiquement dans le temps. Les premières simulations à l'aide du simulateur Samsara2 indiquent un meilleur comportement du modèle lorsque la variabilité spatio-temporelle est inclue dans les processus. La variabilité assure une structuration en hauteur et en diamètre ainsi qu'une évolution de la surface terrière qui correspondent à des patterns plus réalistes que lorsque la variabilité n'est pas prise en compte. A l'issue des premières simulations sur un peuplement test en mélange, on observe une exclusion compétititve systématique de l'Epicéa par le Sapin. Les mécanismes égaliseurs associés à la variabilité ne parviennent pas à contrebalancer l'avantage compétitif du Sapin sur l'Epicéa. Toutefois, la dynamique transitoire du système est lente et la coexistence apparente des deux espèces peut s'étaler sur plusieurs centaines d'années.

Plusieurs paramètres peuvent influencer l'auto-assemblage des copolymères à blocs : la nature chimique, la concentration, la température ou encore l'architecture de la macromolécule en sont quelques exemples. C'est en partant de ces considérations que l'objectif de ce travail de thèse a été fixé. <br />Il s'agit d'étudier l'effet de la cyclisation de copolymères à blocs sur leurs propriétés d'auto-assemblage en solution et en masse. Dans un premier temps, des copolymères diblocs linéaires et cycliques, composés d'un bloc PS hydrophobe et d'un bloc PI hydrophobe ou PVME hydrophile, ont été élaborés en utilisant une stratégie de synthèse fondée sur la combinaison de méthodes de polymérisations vivantes contrôlées et de couplage des extrémités de chaînes. Nous avons ensuite comparé les comportements auto-associatifs, en solution diluée et en masse, des copolymères cycliques avec ceux de leurs précurseurs linéaires de même composition et de même masse molaire. L'influence de plusieurs paramètres a été examinée : le choix du solvant (sélectif ou non de l'un des blocs, mélanges...), la température, la méthode de préparation des échantillons, la concentration, etc... Ces objectifs n'auraient pu être atteints sans l'utilisation de techniques d'analyse physico-chimique complémentaires.

La détection d'interactions biologiques est un des enjeux majeurs de différents domaines tels que le diagnostic médical ou le criblage de médicaments. L'objectif de ce travail est le développement d'une technique de biodétection sans marquage basée sur la diffraction d'un réseau de lignes submicroniques composées de biomolécules. Pour cela, nous développons un modèle optique permettant de simuler la réponse de biocapteurs diffractifs qui détermine les paramètres clefs adaptés à une détection optimale. Nous démontrons l'application de cette technologie à la détection de deux interactions biochimiques différentes, l'une représentant le domaine du diagnostic, l'autre celui du criblage pharmacologique. En se basant sur ces résultats, une corrélation avec le modèle développé est effectuée. Nous proposons aussi un procédé parallèle de dépôt par tamponnage moléculaire de différentes biomolécules en une seule étape, intégré dans le système de détection. Une réflexion sur le rôle et l'impact au niveau du citoyen de cette technologie, et plus généralement des nanotechnologies, est présentée.

(Thèse en anglais) Nous présentons deux expériences qui mettent en évidence une réduction du bruit d'intensité de la lumière en dessous de la limite quantique normale. Dans la première expérience, nous avons mettons en évidence une réduction de 86 % dans le bruit mesuré sur la différence entre les intensités des deux faisceaux "jumeaux" produits par un Oscillateur Paramétrique Optique. Dans la seconde expérience, nous exploitons cette corrélation d'intensité entre les faisceaux jumeaux : la mesure de l'intensité d'un des faisceaux jumeaux est utilisée pour réduire les fluctuations d'intensité de l'autre faisceau par une méthode de correction électro-optique. Nous avons ainsi obtenu un seul faisceau dont le bruit d'intensité est réduit de 24% en dessous du bruit quantique normal, ou bruit de grenaille. Nous présentons en outre une analyse théorique générale pour les deux expériences, en faisant appel à un modèle semi-classique de type entrée-sortie : sont étudiées successivement des configurations dans lesquelles la correction est appliquée directement sur l'autre faisceau (correction en aval), ou indirectement sur le laser de pompe (correction en amont). Nous calculons la réduction de bruit maximale qui peut être obtenue par de tels systèmes d'asservissement et détaillons les limites imposées par les contraintes de causalité et de stabilité. Pour terminer, nous démontrons l'équivalence, dans la limite des petites fluctuations, entre le modèle semiclassique et un modèle "corpusculaire" de description des photons. Une simulation numérique de type Monte-Carlo corrobore ce résultat.

Nous étudions en détail le bruit quantique dans les microlasers semi-conducteurs à cavité verticale : les VCSELs, dont l'acronyme anglais signifie Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers. Ces lasers ont la particularité d'émettre des faisceaux avec plusieurs modes transverses de polarisations variées au-dessus du seuil. Lorsqu'un seul mode transverse, polarisé linéairement oscille, nous démontrons théoriquement aussi bien qu'expérimentalement l'importance de l'émission dans la direction de polarisation orthogonale pour la caractérisation du bruit d'intensité. En régime multimode transverse, les anticorrélations très importantes entre les modes permet d'obtenir, pour les meilleurs échantillons, des faisceaux au bruit d'intensité comprimé (jusqu'à 15 % sous la limite quantique standard). Pour les échantillons qui présentent de l'excès de bruit en régime libre, la technique de l'injection optique permet d'obtenir, dans certains cas, de la compression du bruit d'intensité. Enfin, nous présentons nos résultats sur la structure spatiale du bruit d'intensité dans le plan transverse. Nous rapportons aussi dans ce manuscrit l'étude du bruit d'intensité des minilasers Nd :YVO4. Par rapport au modèle standard des lasers à deux niveaux, ces lasers présentent un excès de bruit à basse fréquence. Nous montrons que cet excès de bruit provient d'effets non linéaires dus à l'importance du pic de bruit à la fréquence d'oscillation de relaxation. Expérimentalement, nous mettons en oeuvre deux techniques distinctes pour réduire ces effets : une boucle de rétroaction électrooptique et l'injection optique.

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but l'application de la vision en lumière<br />structurée (capteur formé d'une caméra CCD et d'une source lumineuse) à la navigation de robots<br />mobiles. Ceci nous a conduit à étudier différentes techniques et approches de la vision par<br />ordinateur et du traitement des images. Tout d'abord, nous avons passé en revue les principaux<br />types de codage de la lumière structurée et les principales applications qu'elle trouve en robotique,<br />imagerie médicale et métrologie, pour en dégager une problématique quant à l'utilisation qui nous<br />intéresse. En second lieu, nous proposons une méthode de traitement des images en lumière<br />structurée ayant pour objectif l'extraction des segments de l'image et le décodage du motif<br />structurant. Nous détaillons ensuite une méthode de reconstruction tri-dimensionnelle à partir du<br />capteur non-calibré. La projection d'un motif lumineux sur l'environnement impose des contraintes<br />sévères aux techniques d'auto-calibration. Il ressort que la reconstruction doit être effectuée en<br />deux temps, en une seule prise de vue et une seule projection. Nous précisons la méthode de<br />reconstruction projective utilisée pour nos expérimentations et nous donnons une méthode<br />permettant le passage du projectif à l'Euclidien. En profitant des relations géométriques générées<br />par la projection du motif lumineux, nous montrons qu'il est possible de trouver des contraintes<br />Euclidiennes entre les points de la scène, indépendantes des objets de la scène. Nous proposons<br />également une technique de détection d'obstacles quantitative, permettant d'estimer la carte de<br />l'espace libre observé par le robot. Finalement, nous faisons une étude complète du capteur en<br />mouvement et nous en tirons un algorithme permettant d'estimer son déplacement dans<br />l'environnement à partir de la mise en correspondance des plans qui le compose.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la collaboration internationale SuperNova Legacy Survey, SNLS. Les objectifs majeurs de ce projet sont de mesurer de manière précise les paramètres cosmologiques et d'étudier les caractéristiques de l'énergie noire, par l'intermédiaire de son équation d'état. Pour cela, un large échantillon de SNe Ia à grands décalages spectraux est récolté l'aide de la caméra MegaCam, installée sur le télescope CFH de 3.6 mètres de diamètre, situé à Hawaï. Plusieurs centaines de SNe Ia, à des décalages vers le rouge compris entre 0.3 et 1, sont attendues durant les cinq ans prévus pour le projet. Nous montrons dans un premier temps comment les SNe de type Ia peuvent être utilisées comme des chandelles standard, objets dont la luminosité est reproductible, en vue de faire des mesures de distance en cosmologie. Nous présentons ensuite les différentes étapes menant de l'image brute fournie par le télescope à la découverte de la supernova, puis à la détermination de sa magnitude grâce à un catalogue d'étoiles standard. Le suivi photométrique des SNe, afin de construire leurs courbes de lumière, et la recherche de nouveaux candidats se font de manière simultanée en observant de façon répétée les mêmes champs. Un modèle de courbe de lumière a été élaboré dans le but d'estimer le flux de la supernova dans son référentiel, pour un large domaine de longueurs d'onde. Les paramètres issus de l'ajustement de la courbe de lumière (luminosité au maximum, taux de déclin, couleur) sont ensuite utilisés pour construire un estimateur de distance. La comparaison de distance entre des SNe proches, provenant de la littérature, et les SNe lointaines découvertes dans SNLS permet de déterminer les paramètres cosmologiques. Les résultats ainsi obtenus confirment bien la présence d'une énergie noire, qui semble se présenter sous la forme d'une constante cosmologique.

Nous étudions la possibilité de réaliser des cellules à base de diséléniure de cuivre, indium et gallium (CIGSe) à absorbeur ultra-mince, en réduisant l'épaisseur de la couche de CIGSe de 2500 nm jusqu'à 100 nm, tout en conservant un haut rendement de conversion.Grâce à l'utilisation d'outils de simulation numérique, nous étudions l'influence de la réduction d'épaisseur de l'absorbeur sur les paramètres photovoltaïques de la cellule. Une importante dégradation du rendement est observée, principalement attribuée à une réduction de la fraction de lumière absorbée par le CIGSe ainsi qu'à une collecte des porteurs de charge réduite dans les dispositifs ultraminces. Des solutions permettant de surmonter ces problèmes sont proposées et leur influence potentielle est numériquement simulée ; nous démontrons qu'une ingénierie de face avant (couche tampon alternative, couche anti-réfléchissante...) et de face arrière (contact arrière réfléchissant, diffusion de la lumière) sur une cellule CIGSe à absorbeur ultramince permet de potentiellement améliorer le rendement de la cellule solaire au niveau de celui d'une cellule à absorbeur référence (2.5 μm).Grâce à l'utilisation de techniques de gravure chimique sur des échantillons standards de CIGSe épais, nous réalisons des cellules solaires avec différentes épaisseurs d'absorbeurs, et nous étudions l'influence de l'épaisseur du CIGSe sur les paramètres photovoltaïques des cellules. Le comportement similaire aux simulations numériques.Une ingénierie du contact avant sur des cellules CIGSe à différentes épaisseurs est réalisée pour spécifiquement améliorer l'absorption dans la couche de CIGSe. Nous étudions l'influence d'une couche tampon alternative de ZnS, de la texturation de la fenêtre avant de ZnO:Al, et d'une couche anti-reflet sur la cellule solaire. D'importantes améliorations sont observées quelque soit l'épaisseur de la couche de CIGSe, ce qui permet d'obtenir des rendements de conversions supérieurs à ceux obtenus dans la configuration standard des dispositifs.Une ingénierie du contact arrière à basse température est également réalisée avec l'utilisation d'un procédé novateur combinant la gravure chimique du CIGSe avec un " lift-off " mécanique de la couche de CIGSe afin de la séparer du substrat de Molybdène. De nouveaux matériaux fortement réflecteur de lumière et précédemment incompatible avec le procédé de croissance du CIGSe sont utilisés comme contact arrière pour des cellules CIGSe ultra-minces. Une étude comparative en fonction de l'épaisseur de CIGSe entre des cellules avec contact arrière réfléchissant en Or (Au) et cellules solaires avec contact arrière standard Mo est effectuée. Le contact Au permet d'augmenter significativement le rendement de conversion des cellules solaires à absorbeur sub-microniques comparé au contact standard Mo avec un rendement de conversion supérieur à 10% obtenu sur une cellule CIGSe de 400 nm (comparé à 7.9% avec Mo).Afin de réduire encore plus l'épaisseur de la couche de CIGSe, jusque 100-200 nm, les modèles numériques montrent qu'il est nécessaire d'utiliser un réflecteur lambertien sur la face arrière de la cellule afin de maximiser l'absorption de la lumière. Un dispositif preuve de concept expérimental est réalisé avec une épaisseur de CIGSe de 200 nm et un réflecteur arrière lambertien, et ce dispositif est caractérisé par spectroscopie de transmission/réflexion. La réponse spectrale est déterminée en combinant des valeurs issues de simulation numérique et la mesure expérimental de l'absorption du dispositif. Nous calculons un courant de court circuit de 26 mA.cm-2 pour ce dispositif avec réflecteur lambertien, bien supérieur à ce qui est calculé pour la même structure sans réflecteur (15 mA.cm-2), et comparable au courant mesuré sur une cellule de référence de 2500 nm (28 mA.cm-2). L'utilisation de réflecteur lambertien pour des cellules CIGSe ultraminces est donc particulièrement adaptée pour maintenir de hauts rendements.