Le projet de recherche, initié en automne 2014 par le Centre des Technologies Avancées de Sherbrooke, partenariat entre Bombardier Recreational Products (BRP) et l’Université de Sherbrooke, se focalise sur le système de transmission d’un véhicule de sport-tourisme à trois roues dans le but de réduire, d’une part la consommation énergétique de ce dernier et d’autre part le niveau de vibration de ce dernier. La première partie du projet de recherche vise à imaginer, modéliser, dimensionner, optimiser, concevoir et contrôler (end-to-end) un nouvel actionneur d’embrayage électrique innovant et moins énergivore que l’actuel actionneur d’embrayage électrohydraulique utilisé dans la transmission manuelle automatisée (AMT) du véhicule. Grâce à une stratégie de commande avancée, cette rupture technologique doit permettre d’être écoénergétique tout en ayant un niveau de performance élevé et pour un coût acceptable. La deuxième partie du projet de recherche vise à investiguer le sens physique et mathématique d’un phénomène d’oscillations transverses de la courroie de transmission – transmettant le couple du bloc moteur à la roue arrière – observé sur le véhicule pour certains régimes moteurs. Puis, proposer une solution mécatronique innovante, basée sur une stratégie de contrôle spécifique de l’actionneur d’embrayage du véhicule, afin de supprimer ces oscillations de courroie sans altérer l’expérience de conduite. Ce document regroupe l’ensemble des travaux effectués et les résultats obtenus pour les deux projets de recherche. Dans un premier temps, la revue de l’état de l’art sur les embrayages, leurs actionnements et leurs stratégies de contrôle sont présentés. Puis, le nouveau dispositif d’actionnement d’embrayage dimensionné et optimisé et sa stratégie de contrôle sont développés. Ensuite, une nouvelle méthode agile et faible coût pour évaluer expérimentalement la consommation d’énergie d’un dispositif d’actionnement virtuellement intégré à un véhicule sur un cycle normalisé est exposée et appliquée à notre cas d’étude. Par la suite, les travaux réalisés pour comprendre le phénomène d’oscillations de courroie et la solution mécatronique proposée pour supprimer celui-ci sont présentés. Puis, la stratégie de contrôle spécifique de l’actionneur d’embrayage conçue, dans notre cas, pour supprimer les oscillations de courroie est développée en détail. Pour finir, les travaux effectués pour ces deux projets de recherche sont conclus en fin de document.

Ce mémoire de thèse porte sur la fabrication, la caractérisation et l’utilisation de microfibres de verres en optique. Les microfibres sont des fibres optiques étirées à chaud par un procédé contrôlé en température et en contrainte, de manière à réduire leurs sections jusqu’à des valeurs inférieures à la longueur d’onde. Ces dimensions réduites confèrent aux microfibres des caractéristiques particulières, telles qu’un fort confinement du champ électromagnétique conduisant à une exaltation du coefficient non linéaire effectif ou une grande fraction de champ évanescent. Ces propriétés sont étudiées en première partie, puis les techniques expérimentales de fabrication et de manipulation de ces microfibres sont décrites. Dans un deuxième temps, les expériences cherchant à exploiter la grande non linéarité de ces microfibres sont présentées et interprétées. En particulier, on note la possibilité de générer un signal visible à partir d’une pompe à la longueur d’onde télécom par triplage de fréquence avec accord de phase. Afin d’obtenir des effets plus importants, l’opportunité de réaliser des microfibres en verres hautement non linéaires est discutée, ainsi que la faisabilité d’un laser basé sur des microfibres en verres dopés aux ions terres rares. Enfin, l’aspect champ évanescent est discuté dans le dernier chapitre, avec l’imagerie par microscopie en champ proche des microfibres. / In this thesis, I present my works on the fabrication, the characterization and the use of optical microfibres. Microfibres are optical fibres drawn down to sub-wavelength diameters by a temperature controlled process. Due to their small dimensions, microfibers have very special properties such as a high confinement of the electromagnetic field, a enhanced non-linear coefficient and a large evanescent tail. These properties are studied in the first chapter, after which a description of the techniques used for the drawing and manipulation of the microfibres is given. Next, we present our experiments on non-linear effects in silica microfibres. In particular, we show that it is possible to generate green light with a pump at 1:55μm thanks to phase-matched third harmonic generation. In order to obtain higher efficiency in this field, the opportunity of drawing microfibres with highly non-linear glasses is discussed. A model of a microfibre laser using erbium doped tellurite glass is also presented. In the last chapter, microfibres are studied in the near field, with a scanning near field optical microscope, revealing the inner characteristics of the propagation in microfibres.

Les travaux réalisés dans ce manuscrit portent sur l'étude de la génération de supercontinuum dans des fibres transparentes dans le moyen infrarouge. Afin de générer un supercontinuum entre 3 et 5 µm, nous chercherons à comparer différentes familles de verres tels que les verres de fluorures, les verres d'oxydes de tellures et les verres de chalcogénures. Ces fibres sont pompées à l'aide de laser à fibre émettant autour de 2 µm en régime impulsionnel nanoseconde ou picoseconde. Cette longueur d'onde permet de s'approcher du zéro de dispersion chromatique de certaines fibres. Nous générons un supercontinuum jusqu'à 3800 nm dans des verres fluorés. Une connectique, dont la transmission est d'environ 75 %, est réalisée entre une fibre ZBLAN et une fibre SiO2. Une mesure des raies d'absorption du méthane est réalisée autour de 3300 nm à l'aide du supercontinuum généré dans les verres fluorés. Un supercontinuum est généré jusqu'à 2900 nm dans une fibre en oxyde de tellure. L'étendue du spectre aux grandes longueurs d'onde est limitée par l'atténuation de la fibre. Enfin, plusieurs compositions de verres de chalcogénures sont testées (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). Ces fibres seront tout d'abord pompées dans leur régime de dispersion normale et nous observerons la formation de 4 sauts Raman successifs. Le gain Raman dans les verres AsSe est estimé à (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W. Un compromis entre le contrôle de la dispersion chromatique et le couplage dans la fibre nous conduit à réaliser des fibres effilées dont le diamètre varie sur la longueur de la fibre. Nous obtiendrons alors un supercontinuum dans une fibre effilée en verre d'AsSe jusqu'à 2600 nm / The work reported in this thesis deals with the study of the supercontinuum generation in fibers transparent in the mid-infrared. To generate a supercontinuum between 3 and 5 µm we compare different glass families such as fluoride glasses, tellurite glasses and chalcogenide glasses. These fibers are pumped with fiber lasers emitting at 2 µm with nanosecond or picosecond pulse duration. This wavelength allows us to reach the zero dispersion wavelength of the chalcogenide tapered fibers. We report supercontinuum generation up to 3800 nm in a fluoride glass fiber. A connection with 75 % of transmission is made between a ZBLAN and a SiO2 fiber. We also measured absorption lines of the methane at 3300 nm. We report supercontinuum generation up to 2900 nm in an oxyde tellurite fiber. The supercontinuum edge at long wavelength is limited by the OH absorption of the fiber. Finally, several chalcogenide glass compositions and geometries are tested (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). These fibers are pumped in their normal dispersion regime and we observe the four cascaded Raman shifts. The Raman gain coefficient in the AsSe glasses is estimated to be (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W.A trade-off between the chromatic dispersion control and the coupling in the fiber leads us to use tapered fibers whose diameter varies along the length of the fiber. We report supercontinuum generation in an AsSe tapered fiber up to 2600 nm

Ce mémoire présente des techniques tout-optiques visant à préserver les paramètres physiques d’un signal télécom au cours de sa propagation dans une fibre optique de plusieurs kilomètres, tels que son état de polarisation, son profil d’intensité et son spectre. Il se compose en deux majeures parties.La première présente tout d’abord l’attraction de polarisation, ayant lieu au cours de l’interaction entre deux faisceaux contrapropagatifs, et qui permet d’imposer un état fixe de polarisation au signal à la sortie de la fibre indépendamment de son état initial. Des applications tout-optiques basées sur l’Omnipolariseur, un dispositif mis au point à Dijon et permettant le contrôle de ce phénomène non linéaire, sont ensuite développées. Elles fonctionnalisent l’état de polarisation d’un signal OOK-RZ à 10 Gbit/s pour mettre au point une mémoire optique à bascule, un routeur, un brouilleur chaotique, et une technique de copie/dissimulation de paquets de données dans une fibre spun de 5 km.La deuxième réalise la première démonstration expérimentale des parois de domaines de polarisation qui annulent les effets dégradant les profils d’intensité et spectral d’un signal codé au cours de sa propagation. Ce phénomène provient du couplage non-linéaire entre les deux modes de polarisation orthogonaux d’une lumière qui se propage dans un milieu Kerr en régime normal de dispersion, et provoque une modulation en opposition de phase des deux modes le long de la fibre. Il est possible de verrouiller deux trains d’impulsions optiques d’intensité complémentaire de sorte à ce que les impulsions ne subissent plus les effets de distorsion intervenant au sein de la fibre afin de conserver l’information à transmettre. Ainsi une propagation sans distorsion a pu être réalisée sur 50 km. / The second performs the first experimental demonstration of the polarization domain walls which cancel the effects which degrade the intensity and spectral profile of a telecom signal during propagation. This phenomenon comes from non-linear coupling between the two orthogonal polarization modes of light propagating in a Kerr medium in normal dispersion regime, and causes a modulation in phase opposition of the two modes along the fiber. It is possible to lock two optical pulse trains complementary intensity so that the pulses do not suffer the effects of distortion occurring in the fiber in order to maintain the information to be transmitted. And a distortion-free propagation was achieved on 50 km.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la microscopie DIC (Differential interference contrast) en couleur. L’imagerie DIC est reconnue pour produire des images à haut contraste et à haute résolution latérale. L'un de ses inconvénients est que les images observées ne peuvent pas être utilisées directement pour l'interprétation topographique et morphologique, car les changements de phase de la lumière, produits par les variations de l'indice de réfraction de l'objet, sont cachés dans l'image d'intensité. Il s’agit donc d’un problème de reconstruction de phase. Nous présentons un modèle de formation d'image pour la lumière polychromatique, et décrivons de manière détaillée la réponse impulsionnelle du système. Le problème de la reconstruction de phase est abordé sous l’angle d’un problème inverse par minimisation d’un terme d’erreur des moindres carrés (LS) non linéaire avec un terme de régularisation préservant les discontinuités, soit par le potentiel hypersurface (HS), soit par la variation totale (TV). Nous étudions les propriétés des fonctions objectives non convexes résultantes, prouvons l'existence de minimisateurs et proposons une formulation compacte du gradient permettant un calcul rapide. Ensuite, nous proposons des outils d'optimisation efficaces récents permettant d'obtenir à la fois des reconstructions précises pour les deux régularisations lisse (HS) et non lisse (TV) et des temps de calculs réduits. / In this dissertation we address the problem of estimating the phase from colorimages acquired with differential–interference–contrast (DIC) microscopy. This technique has been widely recognized for producing high contrast images at high lateral resolution. One of its disadvant ages is that the observed images cannot be easily used for topographical and morphological interpretation, because the changes in phase of the light, produced by variations in the refractive index of the object, are hidden in the intensity image. We present an image formation model for polychromatic light, along with a detailed description of the point spread function (PSF). As for the phase recovery problem, we followed the inverse problem approach by means of minimizing a non-linear least–squares (LS)–like discrepancy term with an edge–preserving regularizing term, given by either the hypersurface (HS) potential or the total variation (TV) one. We investigate the analytical properties of the resulting objective non-convex functions, prove the existence of minimizers and propose a compact formulation of the gradient allowing fast computations. Then we use recent effective optimization tools able to obtain in both the smooth and the non-smooth cases accurate reconstructions with a reduced computational demand. We performed different numerical tests on synthetic realistic images and we compared the proposed methods with both the original conjugate gradient method proposed in the literature, exploiting a gradient–free linesearch for the computation of the steplength parameter, and other standard conjugate gradient approaches.

La surveillance globale de l’atmosphère et de la pollution de l’air est devenue un enjeu majeur ces dernières années afin d’estimer les conséquences des activités humaines sur notre environnement. Au cours de ces travaux de thèse, l’objectif a été de développer deux instruments LIDARs en détection directe basés sur des émetteurs multi-longueurs d’onde et multi-espèces mettant en œuvre des sources paramétriques optiques innovantes basées sur la technologie NesCOPO (nested cavity optical parametric oscillator) afin de répondre à deux applications : le suivi de la qualité de l’air sur sites industriels et le suivi des gaz à effet de serre depuis l’espace. Un premier instrument multi-espèces a été développé dans le cadre du suivi de la qualité de l’air sur sites industriels, dans la gamme spectrale 3,3 à 3,8 µm, et dédié à des mesures de concentrations moyennes le long de la ligne de visée pour des portées de l’ordre de la centaine de mètres. Une démonstration du potentiel multi-espèces de l’instrument a été réalisée en mesurant simultanément les concentrations en méthane et en vapeur d’eau atmosphériques. A partir d’une source optique existante dédiée à la mesure du dioxyde de carbone seul, un second émetteur multi-longueurs d’onde et multi-espèces a été développé dans une gamme spectrale autour de 2 µm. Son potentiel pour la mesure des gaz à effets de serre depuis l’espace a été étudié En particulier, nous avons démontré que cet émetteur permet de mesurer trois gaz atmosphériques : CO2, H2O et CH4. Une architecture globale d’instrument intégrant cet émetteur a été proposée, afin de réaliser des mesures résolues spatialement, avec des portées de quelques km. De plus, un code de simulation a été développé pour estimer les performances de cet instrument en détection directe. / Atmospheric global monitoring and air quality are major environmental concerns. Global monitoring of some trace and green-house gases would help to understand the consequences of human activities on our environment. The aim of this work is to develop two multi-wavelengths and multi-species direct detection lidar instruments, based on the same laser transmitter baseline approach - an innovative parametric source, the Nested Cavity optical parametric oscilator-and to target two applications: the monitoring of air quality on industrial sites and the monitoring of greenhouse gases from space. The first instrument was designed for industrial plant monitoring applications, in the 3.3-3.8µm, and allows the measurement of multi-species mean concentrations along the line of sight, over a range of around a hundred meters. This instrument was implemented for simultaneous measurements of atmospheric methane and water vapour.The second instrument targets the green-house gases measurement from space applications. In this frame, a new multi-wavelengths and multi-species emitter was developed at 2 µm for space applications. We have demonstrated that this new emitter could address three species: carbon dioxide, water vapor and methane, and studied his potential for space-borne applications.. The architecture of a complete range-resolved instrument based on this transmitter was proposed. Moreover, a numerical algorithm was developed to estimate the instrument’s performances with a direct detection scheme.

Le flottement des tabliers de ponts flexibles constitue l'une des instabilités aérodynamiques les plus sévères pouvant survenir lors de tempêtes de vent. Le flottement est un phénomène dit auto-excité et se caractérise par de grandes amplitudes de déplacements dynamiques qui croissent avec la vitesse de vent et qui peuvent mener à la ruine de l'ouvrage. Avec l'évolution des matériaux, des techniques de constructions et des connaissances dans le domaine du génie civil, l'augmentation de la longueur des portées des ponts a pour effet de rendre ces structures plus flexibles. Historiquement, la participation du déplacement horizontal au flottement a été considérée comme négligeable. Toutefois, l'augmentation de la flexibilité latérale du tablier jumelée au couplage des modes dû aux caractéristiques des sections de tabliers et à l'interaction avec les câbles soulève quelques doutes concernant cette hypothèse. Le modèle mathématique actuellement utilisé pour représenter les forces auto-excitées de flottement a été développé par Scanlan et Tomko [1971]. Ce modèle définit des matrices de rigidité aérodynamique et d'amortissement aérodynamique qui varient en fonction de la vitesse réduite de l'écoulement. Ces deux matrices s'ajoutent aux matrices structurales et constituent la contribution aéroélastique de l'écoulement. Quelques recherches ont mis en évidence l'aspect non linéaire du flottement en démontrant la dépendance des coefficients instationnaires à la fréquence et à l'amplitude auxquelles ils ont été extraits. Les objectifs principaux de ce projet de recherche sont d'étudier l'effet du déplacement horizontal sur le flottement, d'étudier la dépendance des coefficients instationnaires à la fréquence et à l'amplitude d'extraction et d'élaborer une méthode expérimentale et un modèle mathématique permettant l'intégration temporelle non linéaire des forces auto-excitées. Des essais en régime libre sur 6 modèles sectionnels réguliers ont d'abord été réalisés pour évaluer l'effet du déplacement horizontal sur le flottement. Par la suite, une étude paramétrique de l'effet de la fréquence et de l'amplitude auxquelles les coefficients intationnaires sont extraits a été réalisée en régime forcé harmonique. Cette étude ayant mis en évidence la dépendance de certains coefficients à ces paramètres d'extraction, une dernière étude expérimentale a été réalisée. Cette dernière a permis l'extraction de coefficients de force dynamiques à partir de mouvements cycliques à vitesses ou accélérations absolues constantes. L'intégration de ces coefficients temporels, par opposition à fréquentiels, dans un outil de calcul dynamique transitoire non linéaire a permis la mise en évidence du flottement de sections de pont atteignant des amplitudes de vibration variant en fonction de la vitesse de l'écoulement. La vitesse de flottement obtenue concorde bien avec la moyenne des prédictions calculées à l'aide de la méthode classique. Un tel modèle permettrait à moyen terme de prendre en compte l'aspect non linéaire du flottement dans un modèle dynamique transitoire complet d'un pont, y incluant également les non-linéarités de nature structurale.

Le bruit généré par les avions lors des phases de décollage et d'atterrissage est un sujet d'intérêt actuel dans l'industrie aéronautique. Il peut devenir critique avec l'urbanisation croissante des populations, celle-ci contribuant à l'augmentation du trafic aérien et le rapprochement des aéroports avec les zones habitées. Pour prévenir cette problématique, les centres de recherches et les industriels de l'aéronautique se regroupent pour développer des solutions technologiques communes. Dans le cadre général de ce projet sur la réduction du bruit global des avions civils, un système de réduction se base sur le principe du contrôle actif du bruit tonal d'interaction rotor/stator. Celui-ci est en effet, avec le bruit de jet, une des principales causes de nuisance sonore au décollage et à l'atterrissage. Pour cela, des sources d'anti-bruit sont placées à l'intérieur du conduit à proximité de l'interaction rotor/stator afin de l'annuler. L'objectif de ce projet de maîtrise est de modéliser une des sources d'anti-bruit utilisée dans le contrôle. Celle-ci est placée sur chaque aube composant la grille de stator. Elle est constituée d'une aube dans laquelle est inséré un actionneur piézoélectrique. Ce dernier est ensuite recouvert de plaques perforées permettant de garder une transparence acoustique et un profil aérodynamique, puis commandé électriquement. Le comportement vibratoire de l'aube instrumentée est simulé à l'aide du logiciel éléments finis COMSOL MULTIPHYSICS. Cela permet d'estimer le rayonnement acoustique de la source secondaire. Les paramètres du modèle sont ensuite ajustés par des mesures expérimentales puis les résultats obtenus validés expérimentalement. Cette caractérisation vibro-acoustique conduit au final à la modélisation de l'aube instrumentée par une source acoustique compacte, que l'on peut introduire dans un modèle analytique simplifié de turboréacteur afin de réaliser des simulations de contrôle.

Ce projet vise à implanter l'élastographie par résonance magnétique (ERM) multifréquentielle au Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CHUS), dans le but de pouvoir acquérir des données expérimentales sur des fantômes qui reproduisent les propriétés mécaniques du cerveau. La réalisation d'une élastographie de qualité nécessite le développement d'un système d'actionnement précis et facile d'utilisation pour créer une onde de cisaillement harmonique induite dans le tissu étudié. L'information sur les propriétés mécaniques est obtenue grâce à l'utilisation de la méthode de reconstruction d'inversion non linéaire par sous-zones (NLI). Cette méthode nécessite l'utilisation de la méthode des éléments finis pour calculer les propriétés mécaniques et requiert donc un traitement des données tirées de l'appareil d'imagerie par résonance magnétique (IRM), notamment une discrétisation du domaine étudié. Ce mémoire présente toutes les étapes réalisées afin d'être en mesure de réaliser une ERM multifréquentielle en partant du système générant l'excitation à l'intérieur de l'IRM, jusqu'au traitement post-reconstruction permettant d'obtenir la cartographie des propriétés mécaniques recherchées. Un système d'actionnement permettant de réaliser une ERM sur des fantômes de tofu a été conçu. Il a comme principales caractéristiques de produire des ondes mécaniques harmoniques dans une plage fréquentielle de 10 à 70 Hz de façon répétable. Parallèlement à la conception et la fabrication de ce système d'actionnement, de nombreuses reconstructions multifréquentielles ont été réalisées sur des données acquises sur des cerveaux humains, afin de trouver les paramètres optimaux de l'algorithme de reconstruction. Ces nombreuses analyses ont permis de mieux comprendre les paramètres limitant la reconstruction élastographique multifréquentielle, mais aussi de trouver et corriger des erreurs s'étant glissées dans la programmation de cet algorithme. Dans le but d'être un jour capable de réaliser une élastographie multifréquentielle sur une plage fréquentielle allant de 1 à 70 Hz, l'élastographie avec excitation intrinsèque a aussi été implantée au CHUS. Une analyse préliminaire, présentée dans ce document, a été réalisée à partir des données acquises avec cette technique.

Les composés organiques à base d'hétérocycles pyraniques peuvent être utilisé dans les cellules photovoltaïques ou dans des matériaux du domaine des télécommunications grâce à leurs propriétés en optique non linéaire. Plusieurs de ces composés ont été synthétisés, analysés et testés dans des cellules solaires à colorants. Des rendements photovoltaïques ont pu ainsi être obtenus et des modifications sur ses composés ont été effectuées afin d'obtenir une meilleure conversions de l'énergie solaire en courant électrique. / Organic compounds with pyranic heterocycles could be used in solar cells or in materials for telecommunications due tot their nonlinear optic properties. Several compounds synthesized were tested in dyes solar cells. The efficiencies of these dyes were obtained and the effect of structural modifications were studied with the goal to obtain a better efficiency.