Depuis l’avènement de la mécanique quantique, l’étude des interactions lumière-matière à l’échelle quantique s’est énormément développée en tant que domaine de recherche. Par exemple, grâce à des prédictions théoriques surprenantes, des interactions d’une force sans précédant ont été démontrées entre de la matière et des radiations terahertz et microonde. Ces résultats correspondent à un régime dit de couplage ultrafort, atteint lorsque l’énergie d’interaction devient comparable aux énergies propres de la lumière et de la matière lorsque celles-ci n’interagissent pas. Dans ce régime, des propriétés intrigantes peuvent subsister telles que la présence de photons même lors qu’aucune énergie n’est fournie au système. Cependant, ces photons ne peuvent, a priori, être émis du système vers l’extérieur de manière à pouvoir être mesurés et par conséquent démontrer ces propriétés.Dans cette thèse, nous avons étudié ces propriétés intrigantes et proposé plusieurs moyens permettant d’y accéder expérimentalement. Nous nous sommes appuyés sur plusieurs plate-formes physiques qui sont de bon candidats pour ces études, et pour chacun de ces systèmes nous avons mis au point un modèle mettant en évidence ces propriétés d’une manière ou d’une autre. De cette façon, nous avons exploré le lien entre le régime de couplage ultrafort et la génération d’états non-classiques de la lumière. En outre, dans une étude plus ouverte nous avons montré que les interactions lumière- matière dans l’une de ces plate-formes peuvent être utilisés pour concevoir des protocols de communication quantique. En plus de montrer un intérêt fondamental, nos résultats s’inscrivent dans une optique de développement d’applications pour les technologies quantiques en utilisant différents systèmes expérimentaux disponibles actuellement / Since the advent of quantum mechanics, the study of light-matter interactions at thequantum level has been greatly developed as a research field. For instance, surprisingtheoretical predictions gave rise to experiments with unprecedented interactionstrengths between matter, and terahertz and microwave radiations. These results correspondto the so-called ultrastrong coupling regime, that is reached when the interactionenergy becomes comparable to the typical energies of the light and matter when they arenot interacting. In this regime, intriguing properties can be found such as the presenceof photons even when no energy is given to the system. However, these photons cannot,a priori, be emitted from the system to the outside world in order to be measured andtherefore demonstrate these properties. In this thesis, we studied these intriguing properties and proposed several means toaccess them experimentally. We relied on several physical platforms which are goodcandidates for such studies, and for each one of these systems we devised a model thatcan evidence these properties one way or another. By doing so, we explored the linkbetween the ultrastrong coupling regime and the generation of nonclassical states oflight. Additionally, as an outlook we showed that the light-matter interactions in oneof these platforms could be used to design quantum communication protocols. On topof showing fundamental interest, our results fit in the line of developing applications forquantum technologies using different experimentally available systems.

Cette thèse rapporte l'étude d'un procédé original de filage continu par coagulation de nanotubes de carbone afin d'obtenir une fibre composite aux propriétés balistiques remarquables. Elle s'intéresse à la caractérisation des fonctions chimiques de surface, de la morphologie et des dimensions des nanotubes aux différentes étapes du procédé. Y sont détaillées une étude quantitative des effets et cinétiques de scission des nanotubes par les ultrasons. Elle présente de plus des travaux relatifs au développement d'une ligne continue de filage des nanotubes de carbone en voie solvant. Des méthodes originales de caractérisation mécanique in-situ de fibre gel sont proposées, permettant notamment un meilleur contrôle des paramètres physicochimiques liés au procédé. Nous espérons que les résultats obtenus participeront à une meilleure compréhension des effets des traitements utilisés pour l'obtention de dispersion homogène de nanotubes de carbone et à un développement des procédés continus de filage textile.

Les suspensions concentrées et les verres colloïdaux forment une classe de matériaux intéressante d'un point de vue de la physique mais également des applications. Ces matériaux présentent des comportements rhéologiques remarquables comme la présence d'un seuil d'écoulement, des phénomènes de glissement ou encore des dynamiques de relaxation très lentes et du vieillissement. Les techniques rhéologiques classiques ne permettant pas à elles seules de remonter à l'origine microscopique de ces phénomènes, il est nécessaire de les associer à des techniques permettant de sonder la structure et la dynamique à des échelles très locales. Dans ce travail nous développons et mettons en œuvre une série d'outils complémentaires utilisant la diffusion multiple de la lumière ou la microscopie par fluorescence et nous les appliquons à l'étude de la dynamique de suspensions concentrées de microgels polyélectrolytes au voisinage de l'équilibre, en cours de vieillissement ou en écoulement. Les principaux résultats portent sur la mesure des propriétés viscoélastiques linéaires dans une fenêtre de fréquences comprises entre des temps browniens et plusieurs heures, sur le vieillissement physique, et sur le rôle des parois dans la structuration des écoulements.

Dans cette thèse, nous avons appliqué les outils modernes de la théorie des systèmes dynamiques à l'étude des lasers. Le but de ce travail était de mieux comprendre les sources cohérentes existantes en vue de les améliorer et de proposer de nouveaux mécanismes d'amplification lumineuse. Motivé par de récentes expériences menées sur des lasers miniatures avec absorbant saturable, nous en avons repris la description théorique. Les nouvelles valeurs de paramètres suggérées par l'expérience nous ont amenés à découvrir de nouveaux comportements dynamiques pour ces systèmes. En particulier, nous avons décrit comment l'intensité délivrée par ces lasers devenait temporellement sinusoïdale, puis impulsionnelle sur un très petit intervalle de paramètres. Par la connaissance acquise du laser à absorbant saturable, nous avons pu comprendre comment s'établissait un régime impulsionnel semblable dans un autre laser. Il s'agissait du laser multimode à pompage longitudinalement inhomogène. Il est apparu en effet qu'une partie du milieu emprisonné dans la cavité optique agissait à la manière d'un absorbant saturable, déstabilisant ainsi l'émission continue de ce laser. Nous avons également montré que, dans certaines circonstances, son état dynamique présentait des effets de mémoire. Une autre propriété importante de la dynamique du laser multimode a été mise en évidence: pour de petites perturbations, l'intensité totale présente un comportement plus régulier que les intensités modales prises séparément. Ce type intrigant d'auto organisation fut rencontré plus tard, lorsque nous avons envisagé la dynamique d'un réseau de lasers à semi conducteur couplés par un feedback optique. Le retard accumulé par la lumière au cours de ce feedback est un paramètre essentiel du problème. Ce système important sur le plan technologique s'est révélé extrêmement riche sur le plan dynamique. Nous avons pu montrer que plus le retard était grand, plus les lasers avaient tendance à se synchroniser. Cela fut observé aussi bien en régime continu qu'en régime périodique ou chaotique. Par une telle synchronisation, la qualité du rayon optique émis par le réseau de lasers augmente spectaculairement, élargissant par là ses possibilités d'application. Au début des années 1990, les physiciens commencèrent à étudier systématiquement les effets d'interférence quantique dans l'interaction lumière matière. Ceci faisait suite à l'annonce fracassante que de tels effets devaient permettre de construire des lasers sans inversion de population. Récemment, une série d'expériences a montré que de telles interférences quantiques étaient à l’œuvre dans le laser miniature LNP. Une partie de cette thèse y fut consacrée. Nous avons montré que le comportement dynamique observé résultait d'un renforcement quantique de l'absorption stimulée par les niveaux énergétiques inférieurs. Nous avons poursuivi notre étude des effets d'interférence quantique sur un schéma électronucléaire. Nous avons montré que pour ce système, un rayon gamma peut être amplifié sans inversion de population. Ce résultat est très important, compte tenu du fait qu'une telle inversion est techniquement impossible à réaliser pour ces très hautes fréquences électromagnétiques, empêchant jusqu'ici la réalisation de lasers gamma. Afin d'atteindre l'amplification sans inversion, un rayonnement d'appoint dans le domaine optique s'avère nécessaire. Tenant compte de la décroissance de ce champ optique en cours de propagation, et donc de la diminution des effets quantiques associés, nous avons déterminé une distance optimale de propagation. Au-delà de cette distance, l'amplification se mue en absorption. Une telle information est dès lors cruciale sur le plan expérimental.

Durant cette thèse, je me suis intéressé à deux thématiques générales qui peuvent être explorées dans des systèmes d'atomes froids : d'une part, la dynamique hors-équilibre d'un système quantique isolé, et d'autre part l'influence du désordre sur un système fortement corrélé à basse température. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode de champ moyen, qui permet de résoudre la dynamique unitaire dans un modèle à géométrie particulière, le réseau complètement connecté. Cette approche permet d'établir une correspondance entre la dynamique unitaire du système quantique et des équations du mouvement classique. Nous avons mis à profit cette méthode pour étudier le phénomène de transition dynamique qui se signale, dans des modèles de champ moyen, par une singularité des observables aux temps longs, en fonction des paramètres initiaux ou finaux de la trempe. Nous avons montré l'existence d'une transition dynamique quantique dans les modèle de Bose-Hubbard, d'Ising en champ transverse et le modèle de Jaynes-Cummings. Ces résultats confirment l'existence d'un lien fort entre la présence d'une transition de phase quantique et d'une transition dynamique.Dans un second temps, nous avons étudié un modèle de théorie des champs relativiste avec symétrie O(N) afin de comprendre l'influence des fluctuations sur ces singularités. À l'ordre dominant en grand N, nous avons montré que la transition dynamique s'apparente à un phénomène critique. En effet, à la transition dynamique, les fonctions de corrélations suivent une loi d'échelle à temps égaux et à temps arbitraires. Il existe également une longueur caractéristique qui diverge à l'approche du point de transition. D'autre part, il apparaît que le point fixe admet une interprétation en terme de particules sans masse se propageant librement. Enfin, nous avons montré que la dynamique asymptotique au niveau du point fixe s'apparente à celle d'une trempe d'un état symétrique dans la phase de symétrie brisée. Le troisième volet de cette thèse apporte des éléments nouveaux pour la compréhension du diagramme des phases du modèle de Bose-Hubbard en présence de désordre. Pour ce faire,nous avons utilisé et étendu la méthode de la cavité quantique en champ moyen de Ioffe et Mézard, qui doit être utilisée avec la méthode des répliques. De cette manière, il est possible d'obtenir des résultats analytiques pour les exposants des lois de probabilité de la susceptibilité.Nos résultats indiquent que dans les différents régimes de la transition de phase de superfluide vers isolant, les lois d'échelle conventionnelles sont tantôt applicables, tantôt remplacées par une loi d'activation. Enfin, les exposants critiques varient continûment à la transition conventionnelle.

Ce travail de thèse s'est inscrit dans la recherche et développement de la photoinscription directe massivement parallèle. L'utilisation d'un masque reconfigurable dans un phototraceur combine la rapidité de la photolithographie par projection et la flexibilité intrinsèque du modulateur spatial de lumière. Le premier axe de travail était d'améliorer la résolution, la vitesse d'écriture et la précision d'un phototraceur existant à Télécom Bretagne et à base d'un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides afin d'atteindre la résolution limite possible avec ce système. Nous avons ainsi fabriqué des éléments optiques diffractifs (EOD) dans la photorésine de dimension critique 1 µm à 32 niveaux de phase avec une efficacité de diffraction à l'ordre 0 inférieure à 1% et celle de l'ordre +1 aux alentours de 80%. Le second volet consistait à mettre en place un nouveau phototraceur à l'aide d'un modulateur spatial de lumière à micro-miroirs et d'utiliser des nouvelles longueurs d'onde d'écriture aux alentours de 365 nm, afin d'élargir la gamme de matériaux photosensibles utilisables et d'accéder à une résolution sub-micronique. Ce phototraceur permet la fabrication des EODs binaires par écriture directe dans le matériau sol-gel hybride Ormocer avec une résolution de 700 nm. La dernière partie concernait l'étude et la première démonstration expérimentale de faisabilité de la combinaison de cette technique de phototraçage massivement parallèle avec celle de la photopolymérisation à deux photons qui permet de dépasser la limite de diffraction des systèmes de photoinscription classiques.

Durant les vingt dernières années, la nuit urbaine a été à l'origine en France d'un nouveau discours, portant notamment sur les nouvelles fonctions de la lumière dans la ville. L'évolution des modes de vie vers des horaires nocturnes, l'offre de services et de loisirs durant la nuit, la promotion de l'image nocturne des villes, à l'occasion de festivals lumière, du développement de plans d'illumination ou d'événements culturels nocturnes est au centre de toute une série d'enjeux culturels, politiques et environnementaux. La thèse s'intéresse à l'émergence de la nuit comme un nouveau champ d'action pour les politiques urbaines. Les politiques d'illumination mises en œuvre par les villes françaises, et notamment l'expérience de la ville de Lyon, apparaissent aujourd'hui comme un modèle de référence à l'international. En mobilisant les travaux sur la circulation et la diffusion des idées et des modèles, le transfert des politiques publiques ou encore les travaux sur les expertises urbaines, cette thèse s'interroge sur la mise en circulation de l'expérience lyonnaise et sur le processus de réappropriation de cette expérience dans trois villes mexicaines : Puebla, Morelia et San Luis Potosí. En s'appuyant sur ces différents terrains, nous procédons à l'analyse du processus de production d'un référentiel autour de l'aménagement de la ville par la lumière dans le contexte lyonnais ainsi que de sa mise en circulation à l'échelle internationale. Les modalités de réception et d'appropriation de ce référentiel sont ensuite étudiées dans le contexte mexicain. Pour rendre compte de toute la complexité des mécanismes de transfert d'une expertise lumière il faut comprendre les transformations que lui font subir les acteurs locaux en lien avec des concepteurs professionnels présents à l'international. L'aménagement de la ville par la lumière, processus qui se joue en partie dans des instances internationales, apparaît ainsi comme un « analyseur » des changements de l'action publique locale / During the last twenty years, the urban night originally appeared in France as a new discourse in particular concerning the new functions of lighting in the city. The evolution of the rhythms of lifestyles toward night-time schedules, the offer of services and leisure activities during night, the promotion of the night-time image of cities or at the night-time cultural events in the town-centre and the development of Illumination Master Plans are at the centre of a series of questions on cultural, political and environmental policies. The objective of this doctoral dissertation is the study of the emergence of night-time as a new sphere of action for urban policies. The adoption of the policies of illumination by the French cities, in particular the experience of the city of Lyon, appears as an international reference model. This study is based on the research work relating to diffusion and mobility of ideas and models, the transfer process of the public politics as well the work regarding the urban expertise. This dissertation aims to address questions concerning diffusion of the Lyon's experience and its re-appropriation processes in three Mexican cities: Puebla, Morelia and San Luis Potosi. This research uses the city of Lyon (France) as a case study to investigate the physical planning strategies of lighting design in the city and takes into account the production of the reference model. It then analyse the modalities of reception and appropriation of this model in the cities of Puebla, Morelia and San Luis Potosi. This is essential to show the complexities of the production of transfer of expertise of lighting design as well the dynamic contribution by local actors and the lighting designers to the production processes to the lighting policies. The urban planning based on lighting design, is a process which takes place in the international context of an "analyzer" of the local changes through the public action

Les fruits et légumes constituent la principale source de vitamine C dans l’alimentation humaine, mais leur concentration en vitamine C varie fortement en fonction de la saison et des conditions de culture. Au cours de cette thèse, nous avons testé successivement différentes hypothèses afin de mettre en évidence le rôle de la lumière dans ces variations, en prenant comme modèle le fruit de tomate. Nous avons supposé i) un effet direct du rayonnement intercepté par les fruits sur le métabolisme de la vitamine C (synthèse, recyclage, dégradation), ou ii) un effet du rayonnement sur les feuilles augmentant le transport de molécules (sucres, vitamine C, …) favorisant l’accumulation de vitamine C dans le fruit. Nos résultats ont souligné la complexité de la régulation de la teneur en vitamine C dans les fruits par la lumière, qui dépend principalement du microclimat radiatif du fruit et dans une moindre mesure du rayonnement intercepté par les feuilles, en interaction avec le stade de développement du fruit. L’étude de la relation sucres/vitamine C dans les fruits a montré que les sucres n’étaient pas limitants pour la synthèse de vitamine C. L’impact du rayonnement sur le métabolisme de la vitamine C a été étudié, en interaction avec la température, sur fruits détachés. Le rayonnement augmente les teneurs en vitamine C des fruits pour les températures inférieures ou égales à 23°C en liaison avec l’augmentation des expressions des gènes de la voie de biosynthèse et des activités des enzymes de recyclage, particulièrement à 12°C. À forte température (31°C), la lumière ne modifie pas la teneur en vitamine C du fruit malgré l’augmentation de l’expression de certains gènes de la voie de synthèse, mais on observe une diminution du recyclage de la vitamine C (DHAR) et une augmentation d’un produit de dégradation de la vitamine C (thréonate). Les données recueillies ont permis d’initier un modèle d’accumulation de la vitamine C au cours du développement du fruit qui dans le futur prendra en compte les facteurs de l’environnement / Fruits and vegetables are the major source of vitamin C in human diet; however, their vitamin C content varies with environmental conditions and agricultural practices. In this work, we successively tested different hypotheses concerning light impact on these variations, using tomato fruit as model. We hypothesized that i) light reaching fruit could have a direct impact on vitamin C metabolism (synthesis, recycling and degradation) or that ii) light reaching leaves could increase the transport of molecules triggering vitamin C accumulation in fruit (sugars, vitamin C…). Our results showed that vitamin C variations with light are complex and depend mostly on light reaching the fruit and to a lesser extent on light reaching leaves,according to fruit developmental stage. The study of vitamin C/sugars relationship in fruit showed that sugars were not determinant in explaining variations in vitamin C. Light impact on vitamin C metabolism were studied, in interaction with temperature, on off-vine fruit ripening. Light increased fruit vitamin C content for temperature lower or equal to 23°C byincreasing transcripts of vitamin C biosynthetic pathway and activity of vitamin C recycling enzyme, particularly at low temperature (12°C). At high temperature (31°C), light did not increase fruit vitamin C content but it decreased DHAR activity and increased threonate content likely produced from vitamin C degradation. The data obtained were used to initiate the building of a model describing vitamin C content during fruit development that will integrate environmental factors in the future

La décontamination microbienne est sujet majeur de préoccupation du secteur agroalimentaire. Des nouvelles technologies physiques de décontamination, dites athermiques, sont d’un emploi croissant. La Lumière Pulsée, utilisée pour décontaminer les surfaces et les liquides clairs, en fait partie. Elle utilise des flashes de lumière blanche riches en UV, et délivrés en moins d'une milliseconde. La plupart des traitements par lumière pulsée sont définis dans la littérature par des paramètres spécifiques à l'équipement utilisé. Le but de cette étude a été dans un premier temps de caractériser le traitement par lumière pulsée par les grandeurs physiques appropriées (fluence, tension aux bornes de la lampe, etc…), en reliant une dose de lumière à niveau de décontamination microbienne. L'équipement pilote de la société CLARANOR a révélé des réduction logarithmiques allant jusqu'à plus de 5 unités sur des spores de B. subtilis, et de plusieurs autres espèces de bactéries sporulées, avec des fluences inférieures à 1,5 J/cm², appliquée en un seul flash La mise au point d'une méthode d'inoculation par spray à permis d'évaluer l'efficacité décontaminante de la lumière sur différentes surfaces, y compris des hydrophobes, par pulvérisation des microorganismes en couches formées d’une seule épaisseur de cellules. L'application de la technologie sur des surfaces inertes comme le polystyrène a montré une décontamination notamment sur des spores de B. subtilis, et d'A. niger, supérieures à 4 cycles logarithmiques en utilisant des fluences inférieures à 1 J/cm². L'influence des facteurs liés au système d'éclairage a montré une importance capitale des longueurs d'onde UV, mais ne permettent pas de réduire l'efficacité à la seule action de la dose UV-C. L'efficacité de la technologie a permis de réaliser une étude concernant la décontamination de sirop de sucre dans une optique d'application industrielle. Une réduction supérieure à 3 cycles logarithmiques de spores d'A. acidoterrestris dans du sirop de saccharose a été obtenue en flux continu, sur une épaisseur de 10 mm de liquide / Microbial decontamination is a major concern in the food industry. Non-thermal physical technologies are increasingly used. Pulsed Light used to decontaminate surfaces and clear liquids is one of these new technologies. Pulsed Light uses intense flashes of white light rich in UV, delivered in less than one millisecond. Most of treatments are characterised in the literature using parameters which are specific to the equipment. The aim of this study was firstly to characterise the PL treatment in expressing a log reduction as a function of the dose received by the microorganism. The pulsed light pilot of the CLARANOR company allowed a high decontamination of B. subtilis spores and other sporulating bacterial species, with more than 5 log reductions at fluences lower than 1.5 J/cm², obtained in only one flash. The development of a spray inoculation method was made to evaluate the decontamination efficiency on different surfaces, including hydrophobic surfaces, with a monolayer inoculation. The Pulsed light efficiency on inert surfaces such as polystyrene lead to high decontaminations including B. subtilis and A. niger spores, with more than 4 log reductions using fluences lower than 1 J/cm² in both cases. The influence of the physical factors of the light showed that UV wavelengths are essential for the decontamination, but the efficiency is not totally explained by the action of the UV-C dose. The efficiency of pulsed light allowed to study sugar syrup decontamination, in view of industrial application. Three log reductions of A. acidoterrestris spores were obtained in 10 mm thickness sugar syrup, using a flow-through system

Le design d'éclairage est une tâche qui est normalement faite manuellement, où les artistes doivent manipuler les paramètres de plusieurs sources de lumière pour obtenir le résultat désiré. Cette tâche est difficile, car elle n'est pas intuitive. Il existe déjà plusieurs systèmes permettant de dessiner directement sur les objets afin de positionner ou modifier des sources de lumière. Malheureusement, ces systèmes ont plusieurs limitations telles qu'ils ne considèrent que l'illumination locale, la caméra est fixe, etc. Dans ces deux cas, ceci représente une limitation par rapport à l'exactitude ou la versatilité de ces systèmes. L'illumination globale est importante, car elle ajoute énormément au réalisme d'une scène en capturant toutes les interréflexions de la lumière sur les surfaces. Ceci implique que les sources de lumière peuvent avoir de l'influence sur des surfaces qui ne sont pas directement exposées. Dans ce mémoire, on se consacre à un sous-problème du design de l'éclairage: la sélection et la manipulation de l'intensité de sources de lumière. Nous présentons deux systèmes permettant de peindre sur des objets dans une scène 3D des intentions de lumière incidente afin de modifier l'illumination de la surface. De ces coups de pinceau, le système trouve automatiquement les sources de lumière qui devront être modifiées et change leur intensité pour effectuer les changements désirés. La nouveauté repose sur la gestion de l'illumination globale, des surfaces transparentes et des milieux participatifs et sur le fait que la caméra n'est pas fixe. On présente également différentes stratégies de sélection de modifications des sources de lumière. Le premier système utilise une carte d'environnement comme représentation intermédiaire de l'environnement autour des objets. Le deuxième système sauvegarde l'information de l'environnement pour chaque sommet de chaque objet. / Lighting design is usually a task that is done manually, where the artists must manipulate the parameters of several light sources to obtain the desired result. This task is difficult because it is not intuitive. Some systems already exist that enable a user to paint light directly on objects in a scene to position or alter light sources. Unfortunately, these systems have some limitations such that they only consider local lighting, or the camera must be fixed, etc. Either way, this limitates the accuracy or the versatility of these systems. Global illumination is important because it adds a lot of realism to a scene by capturing all the light interreflections on the surfaces. This means that light sources can influence surfaces even if they are not directly exposed. In this M. Sc. thesis, we study a subset of the lighting design problem: the selection and alteration of the intensity of light sources. We present two different systems to design lighting on objects in 3D scenes. The user paints light intentions directly on the objects to alter the surface illumination. From these paint strokes, the systems find the light sources and alter their intensity to obtain as much as possible what the user wants. The novelty of our technique is that global illumination, transparent surfaces and subsurface scattering are all considered, and also that the camera is free to take any position. We also present strategies for selecting and altering the light sources. The first system uses an environment map as an intermediate representation of the environment surrounding the objects. The second system saves all the information of the environment for each vertex of each object.