Le Positionnement Relatif Temporel (ou TRP : Time Relative Positioning, en anglais) est une technique GNSS qui permet de mesurer un déplacement (et non pas une position) avec un seul récepteur en utilisant les différences de mesures de phase entre deux époques. Le but de ce projet de recherche est d’adapter le positionnement TRP pour l’auscultation topographique et pour la mesure des vagues, afin de détecter des déplacements, sur un court intervalle de temps, avec une précision meilleure que 1 cm en horizontal et 2 cm en vertical. Afin d’y parvenir, les algorithmes et le logiciel TRP du Département des sciences géomatiques ont été adaptés pour le traitement des données GNSS à un taux d’échantillonnage élevé (10 Hz) et en utilisant exclusivement les éphémérides transmises qui sont disponibles en temps réel. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux de la solution PPK (cinématique relatif en post-traitement) et des solutions de comparaison provenant d’autres sources (graduations, mesures de jauges, …). Les écarts-types obtenus des différences entre la solution TRP et les solutions de comparaison varient entre 0.3 et 0.5 cm en horizontal, et entre 0.5 et 3.1 cm en vertical en utilisant seulement les mesures de phase sur L1 de la constellation GPS. Grâce à l’intégration des observations GLONASS, une amélioration à la précision verticale de plus de 30%, sur des sites obstrués, a permis d’atteindre une précision de 2.1 cm. / Time Relative Positioning (TRP) is a GNSS method that uses phase difference observations between two epochs from a single receiver to determine receiver displacement (or position change). The aim of this research project is to adapt the TRP method for structural health monitoring and wave measurements in order to detect displacements, over short time interval, with an accuracy better than 1 cm for the horizontal and 2 cm for the vertical components. The algorithms and TRP software developed at the Department of Geomatics Sciences at Laval University have been adapted to process GNSS data at high rate of 10 Hz using exclusively broadcast ephemeris that are available in real-time. TRP results were compared to the corresponding Post-Processed Kinematic (PPK) and other control solutions (graduations, gauge measurements, …). Using only GPS L1 frequency data, the standard deviation of the differences between TRP and these comparison solutions ranged from 0.3 to 0.5 cm for the horizontal component and from 0.5 to 3.1 cm for the vertical component. When GLONASS observables were added to the TRP-GPS-L1 solution, for environment where satellite visibility was limited, the standard deviation decreased by 30% to reach 2.1 cm for the vertical component.

Générer des impulsions laser attosecondes requiert l’utilisation d’impulsions laser femtosecondes focalisées dans un gaz qui produit, par rediffusion, les harmoniques du rayonnement incident. Ce processus donne naissance au spectre XUV qui composera les impulsions désirées. Leur génération est optimisée par le contrôle des paramètres qui caractérisent l’impulsion femtoseconde : puissance, durée de l’impulsion, spectre fréquentiel et phase absolue. Tous ces paramètres, sauf la phase absolue, se mesurent avec des équipements facilement disponibles. Pour mesurer la phase absolue, nous construisons un Stéréo-ATI selon le concept proposé et démontré par une équipe de recherche en 2003. Plusieurs propriétés de l’ionisation induite par impulsions femtosecondes, dont les spectres photoélectroniques, sont montrées pour expliquer le fonctionnement de l’appareil. Des simulations de spectres de temps de vol et des explications plus techniques sont utilisées pour définir les propriétés de la machine et les appareils utilisés pour monter une expérience complète de détection de phase absolue. / Attosecond laser pulse generation requires the use of femtosecond laser pulses focused in a gas which produces, by rescattering, harmonics of the incident beam. This process gives birth to the XUV spectra composing the desired pulses. Their generation is optimised by controlling the characteristic parameters of the femtosecond pulses: power, pulse duration, frequency spectra and absolute phase. All these parameters, excluding the absolute phase, can be measured with some easily available equipment. To measure the absolute phase, we build a Stereo-ATI from the concept proposed and demonstarted by a research team in 2003. Many properties of the femtosecond induced ionization, among which photoelectronic spectra, are shown to explain how the apparatus works. Simulations of time of flight spectra and some more technical explanations are used to define the apparatus properties and the equipment used to mount a complete absolute phase detection experiment.

La mise au point de nouvelles stratégies de détection de biomolécules rapides et ultrasensibles est largement présente dans la littérature scientifique. L’émergence des nanotechnologies et la compréhension grandissante des phénomènes nanoscopiques ajoutent de nouveaux outils aux coffres des chercheurs. L’interaction lumière-matière menant à la création de plasmons de surface et leur effet sur la signature spectroscopique des molécules avoisinantes a permis aux scientifiques de révolutionner ce domaine en mettant à profit ces propriétés uniques des nano-objets. L’utilisation et le déploiement de ces technologies sont limités, en partie, par le fait que les instruments analytiques courants ne sont pas adaptés à la mesure de nanoparticules. Il y a donc un besoin criant pour le développement de plateformes flexibles permettant la détection de divers biocapteurs nanométriques. Une approche de mesure en flux permet généralement d’obtenir plus d’informations statistiques sur l’échantillon analysé tout en offrant une cadence analytique élevée, avantages indéniables pour une utilisation sur le terrain. La plateforme développée utilise un écoulement laminaire et l’encodage spatial du signal pour assurer robustesse, simplicité et sensibilité. En effet, le grand volume sondé des techniques d’encodage spatial permet la mesure de beaucoup de photons pour chaque particule tout en permettant la discrimination de particules adjacentes par corrélation croisée. De plus, cela diminue les requis d’alignement et le nombre de pièces optiques nécessaires. L’appareil mis au point utilise un capillaire carré dont l’intérieur est recouvert d’or à l’aide d’une méthodologie de placage sélectif unique qui permet la fabrication d’un code-barres interne robuste et qui rend le dispositif d’encodage et le système fluidique solidaire. Les performances d’encodage et de comptage seront présentées ainsi que l’applicabilité de la plateforme à la mesure d’un biocapteur d’ADN basé sur une nanoparticule d’argent. L’algorithme de traitement de données et les outils d’analyse de signal seront aussi présentés. / Finding new fast and ultra-sensitive ways of detecting biomolecules is the target of numerous researchers and is largely present in the scientific literature. The emergence of nanotechnology and the continously growing comprehension of nanoscopic phenomena add new tools to the scientist’s toolbox. Light-matter interactions that give rise to surface plasmons and their effect on the spectroscopic signature of surrounding molecules are key factors for the current revolution of this domain. The use of these new technologies for real world analysis is limited in part because traditional analytical instruments are not adapted to the detection of nanoparticles. This explains the need for flexible detection platforms that can measure a range of nanometric biosensors. Measuring single particles in a flow usually give more information on the distribution of the sample and a higher analytical throughput than static measurements, which are undeniable advantages for usage in the field. The detection platform described in this thesis uses laminar flow and spatial encoding of the signal to ensure robustness, simplicity and sensitivity. The large probed volume offered by spatial encoding gives particles a long transit time which translates into high photon counts while enabling the differentiation of adjacent particles by cross-correlation. Moreover, the platform requires less stringent optical alignment and less optical components The particle counter uses a square capillary whose interior is coated using a unique selective gold coating methodology. This coating method allows the creation of a barcoded region that will become the probed volume. This inner coating is protected from mechanical damage and marries the fluidic system and the encoding device. The encoding performance as well as counting efficiencies will be discussed. Preliminary results of DNA detection using a silver nanoparticle-based biosensor will be exposed. The data treatment algorithm and the signal analysis tools developed will also be presented

L'effet magnéto-impédant géant (MIG) traduit la forte variation de l'impédance d'un conducteur ferromagnétique soumis à une variation de champ magnétique externe. L'objectif de ce travail de thèse est l'optimisation des performances en bruit d'un magnétomètre à MIG. Ces dernières limitent ultimement le plus petit champ magnétique mesurable. Ainsi, nous présentons l'étude des propriétés physiques du matériau permettant d'évaluer la sensibilité propre de l'élément sensible à l'aide d'un modèle simpli fié. L'originalité de cette étude réside dans la prise en compte de la sensibilité exprimée en V/T, liée à l'amplitude d'excitation optimale, comme critère de performance. A fin d'accroître encore cette sensibilité, les dispositifs MIG sont associés à une bobine de capture. La réponse en champ du quadripôle ainsi constitué est modélisée. La capacité parasite de la bobine, identifi ée comme un facteur limitant, implique alors une fréquence d'excitation optimale propre à chaque élément sensible. Finalement, une modélisation globale des performances en bruit, intégrant de plus le conditionnement électronique, est développée. Celle-ci permet de prédire et d'analyser les performances en fonction des conditions de mise en oeuvre, notamment vis-à-vis du type de démodulation. Ces résultats valident l'intérêt de la structure quadripôle et apportent un éclairage important sur le choix du point de fonctionnement en champ statique du capteur. Ce travail permet alors de réaliser un magnétomètre optimisé. Il affi che des performances très honorables avec un niveau de bruit équivalent en champ inférieur à 1 pT/sqrt(Hz) en zone de bruit blanc.