Le concept de miroir déformable à base de liquide magnétique (ferrofluide) a énormément contribué à la technologie des miroirs déformables. Les miroirs déformables à ferrofluide (MDFs) permettent des déformations qui peuvent varier de quelques nanometres jusqu'à quelques millimètres, ce qui est largement supérieur à ce que les miroirs déformables commerciaux peuvent produire. Toutefois, un inconvénient majeur de ces MDFs est leur réponse non linéaire. Une nouvelle technique qui permet de surmonter ce problème est de superposer un champ magnétique constant et uniforme au champ magnétique produit par les action-neurs. Nous avons fabriqué un MDF à 91 actionneurs qui utilise cette nouvelle technique de linéarisation. Les performances obtenues sont comparables à celles des miroirs déformables disponibles commercialement. Les premiers 36 polynômes de Zernikes ont été produits en utilisant ce miroir et, basés sur nos mesures, nous prévoyons des amplitude maximales sur le front d'onde qui peuvent atteindre plus de 70 [mu]m. La combinaison linéaire de polynômes de Zernike, la reproductibilité au fil du temps, ainsi que l'application de ce MDF à compenser les aberrations de l'oeil humain est présentée.

Une description précise de la structure mésoscopique des réseaux complexes permet de modéliser efficacement les processus de propagation sur réseaux ainsi que la croissance de ces derniers. Cette structure s’exprime en termes d’une décomposition en communautés (ou groupes denses de noeuds structurellement rapprochés), de sorte que l’identification d’une organisation optimale constitue un problème de décision de classe NP-difficile. Plusieurs algorithmes récents permettent d’obtenir des solutions approchées dans un temps polynomial. Toutefois, la nature ad hoc de ces algorithmes rend difficile l’évaluation de leurs qualités et de leurs faiblesses. Cet ouvrage fait état d’un formalisme analytique unifiant la théorie de la détection communautaire via une description matricielle. Dans un premier temps, on démontre qu’une grande classe d’algorithmes de détection est équivalente à un problème d’optimisation dont la solution approximative peut être obtenue par la décomposition spectrale de matrices de coût, fonction de la structure du réseau à l’étude. Ces développements établissent un cadre théorique permettant l’étude rigoureuse d’algorithmes ad hoc, et mènent également à un algorithme de détection original, basé sur des principes fondamentaux d’optimisation continue. Dans un deuxième temps, il est démontré par le biais de la théorie des matrices aléatoires que, pour une classe particulière de réseaux, la structure communautaire (ici a priori connue) laisse une empreinte aisément identifiable dans le spectre des matrices de coût associées. Ces deux points de vue complémentaires, optimisation spectrale et théorie des matrices aléatoires, donnent accès à de nouvelles observations importantes qu’une simple étude numérique ne peut expliquer, tel l’apparition d’une limite de détection intrinsèque. Ces développements analytiques restent toutefois confinés à des modèles de réseaux simples. Pour des problèmes plus complexes, une approche numérique est préconisée. On introduit donc une méthode heuristique de détection permettant d’améliorer les performances de tout algorithme imparfait. Dans la perspective de calibrer cette méthode, on présente également un processus de croissance local polyvalent qui produit des réseaux réalistes possédant une structure communautaire connue. / A precise description of the mesoscopic structure of complex systems is necessary to improve models of the dynamical processes on and of networks. However, knowledge of this structure comes at great cost, since finding a optimal decomposition in communities is a problem that belongs to the NP hard complexity class. Multiple recent algorithms yield approximate solutions in polynomial time. Most of these algorithms are collections of ad hoc methods, such that only extensive numerical studies lead to insightful comparisons. In this thesis, we present the basis of a unified theory of community detection, which builds upon recent advances of the spectral theory of complex networks. First, we prove that a large class of detection algorithm is equivalent to an optimization problem that can be solved approximately though the spectral decomposition of a very general cost matrix. Within this framework, otherwise ad hoc algorithms can be studied analytically and rigorously. This point of view also leads to a new, original and first-principled spectral detection algorithm. Second, using random matrix theory, we generalize existing results and prove that the spectrum of a class of modular networks contains valuable information on their mesoscopic structure. These complementary approaches, spectral optimization and random matrix theory, give powerful insights into the spectral theory of complex networks, and their relevance to community structure. These analytical results are unfortunately not yet generalizable to arbitrary networks. For complex cases, we prefer a purely numerical approach. Hence, we introduce a heuristic method that drastically improves the efficiency of existing, imperfect algorithms. To test this method, we also present a local growth process that produces realistic modular networks with known community structure. These networks can then be used as versatile benchmarks.

Les avancées en matière d’instrumentation astronomique permettent maintenant d’obtenir simultanément des millions de spectres sur toute l’étendue d’une galaxie et ce, avec une excellente résolution spatiale et spectrale. Avec une haute résolution spatiale, on constate, entre autres, qu’un très grand nombre de régions HII au sein des galaxies proches baignent dans une composante d’émission associée, de façon générale, à un gaz ionisé diffus (GID). De telles observations remettent en question nos théories sur l’interprétation des raies d’émission pour la détermination des paramètres du gaz et des populations stellaires associées aux régions HII. Pour étudier le GID, j’ai analysé des données obtenues avec le spectrographe à champ intégral OASIS du centre de la galaxie spirale barrée NGC 5430. Le code GANDALF a été utilisé pour séparer dans les spectres la composante nébulaire et stellaire. Une étude de l’émission du gaz et des divers rapports de raies a été effectuée pour les régions HII et les régions dominées par le GID. Les résultats montrent qu’en effet, le GID peut vraiment provoquer des erreurs dans les diagnostics des régions HII à cause des rapports de raies élevés qui le caractérisent. Pour estimer cet effet, j’ai soustrait une composante diffuse représentant le GID à l’ensemble des spectres. Après cette correction, j’ai obtenu des rapports de raies plus faibles d’en moyenne 5% et 25% pour [NII]/Hα et [SII]/Hα respectivement. Un plus grand nombre de pixels montrent des rapports de raies propres aux régions HII après la correction. Les âges des populations stellaires des deux régions HII dominantes du centre galactique que j’ai trouvé à l’aide des largeurs équivalentes des raies d’émission Hα et Hβ sont de 5:80±0:15 Ma et 4:90±0:25 Ma. Le même âge a été trouvé pour les cas sans et avec correction pour le GID, en partie parce que le GID a un effet complémentaire sur le calcul de l’extinction. J’ai aussi comparé le comportement du GID dans la galaxie NGC 5430 avec celui du groupe compact de galaxies HCG 31, un objet présentant des conditions physiques complètement différentes. / Advances in astronomical instrumentation allow us to obtain millions of spectra simultaneously over the entire extent of a galaxy with an excellent spatial and spectral resolution. With a high spatial resolution, we find that a large amount of HII regions are surrounded by a component associated to a diffuse ionized gas (DIG). Such observations question theories on the interpretation of emission lines to determinate the parameters of the gas and stellar populations associated to HII regions. To study the DIG, I analyzed data from the integral field spectrograph OASIS of the spiral galaxy NGC 5430. GANDALF software has been used to isolate nebular emission from the stellar absorption. A study of the gas emission and line ratios has been done for HII regions and regions dominated by the DIG. Results show that the DIG can influence diagnosis of HII regions because of strong line ratios that characterize the DIG. To correct this effect, I subtracted a diffuse component representing the DIG in all spectra. After this correction, I obtained weaker line ratios for [NII]/Hα and [SII]/Hα by 5% and 25%, respectively. More pixels show an HII region behavior afterwards. The ages of stellar populations associated to the two main HII regions in the galaxy center, found with the equivalent width of the emission lines Hα and Hβ, are 5:80 ± 0:15 Myr and 4:90 ± 0:25 Myr. The same age is found for cases with and without correction for the DIG, because the DIG has a complementary effect on the calculation of the extinction. I also compared the DIG behavior in NGC 5430 and in the compact group of galaxies HCG 31, an object showing completely different physical conditions.

Les lasers à fibre sont des sources robustes, efficaces et qui présentent une qualité de faisceau irréprochable. Cependant, la plupart sont généralement limités à certaines bandes spectrales bien définies, coïncidant avec les transitions électroniques des ions de terres rares. Les cavités laser basées sur la conversion Raman sont une alternative intéressante qui permet de générer, avec une combinaison de pompe et de fibre adéquate, un rayonnement laser à n’importe quelle longueur d’onde. Ces sources permettraient notamment de couvrir la plage spectrale entre 2 et 4 m, convoitée pour diverses applications dans le domaine médical, spectroscopique et militaire. Or, les fibres de silice standards, dont l’atténuation croît rapidement aux longueurs d’onde dépassant 2.2 m, ne sont pas adaptées pour cette application. Bien que les fibres de la famille des verres fluorés ou des chalcogénures présentent plusieurs défis techniques, elles répondent beaucoup mieux aux exigences requises. Dans le cadre de notre projet, nous avons fait l’étude de sources laser basées sur la conversion Raman dans une fibre en fluorozirconate et dans une fibre en sulfure d’arsenic (As2S3). Il s’agissait des toutes premières démonstrations expérimentales de cavités Raman dans ces matériaux. Nous avons également développé des programmes de simulation numérique afin d’en faire l’optimisation et d’identifier leurs limites. En premier lieu, des cavités Raman en fluorozirconate émettant autour de 2.2 m et pompées par un laser Tm:silice à 2 m ont été assemblées et perfectionnées. En imbriquant les cavités Raman et de la pompe, de hautes puissances atteignant quelques watts ont pu être mesurées à la sortie. En second lieu, nous avons fait la démonstration de cavités Raman en As2S3 émettant dans l’infrarouge moyen, à 3.34 m. Elles étaient pompées par une source laser Er3+:ZBLAN à 3 m que nous avons également développée dans nos laboratoires. En raison du gain Raman élevé des chalcogénures, nous avons pu monter ces cavités à partir de quelques mètres de fibre seulement. Les résultats obtenus au cours de notre projet sont probants et font des lasers à fibre une option viable pour l’émission de radiations cohérentes à des longueurs d’onde comprises entre 2 et 4 um. / Fiber lasers are robust, reliable and efficient laser sources that also offer an unrivaled beam quality, but most are limited to the specific spectral bands where rare-earth electronic transitions exist. Raman fiber lasers, however, can be operated on virtually any emission wavelength and can be used to bridge the gap between these rare-earth emission bands. Therefore, they could be designed to emit on any wavelength between 2 and 4 m, which would find many applications in the medical, military and spectroscopic fields. Standard silicate fibers cannot be considered for this purpose, due to their limited transparency at wavelengths over 2.2 m. Fluoride and chalcogenide glass fibers are much better suited for this task even though they bring new technical challenges. During our Ph.D. project, Raman lasers based on both fluorozirconate and arsenic trisulphide (As2S3) glass fibers were studied. In fact, we reported the very first experimental Raman cavities based on these materials. First, fluorozirconate Raman cavities emitting around 2.2 m and pumped by a Tm:silica fiber laser were assembled and perfected. Based on an architecture where the Raman and pump laser cavities are nested, we have achieved high output power levels, up to a few watts. We have also demonstrated As2S3 Raman cavities operating directly in the mid-infrared, at 3.34 m. They were pumped by an in-house made erbium doped fluoride fiber laser at 3 m. Due to the high Raman gain of chalcogenide glasses, only a few meters of fiber were required. The behavior of these laser sources was also investigated numerically to find their optimal operating parameters and to identify their limits. The results obtained prove that fiber lasers are well suited for generating a wide range of wavelengths between 2 and 4 um.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Cette thèse traite de la science et de la technologie du laser ultrarapide et intense. Un historique de cette discipline est d'abord présenté en guise d'introduction. La chaîne laser Ti:saphir stabilisée à la phase du laboratoire du professeur Witzel est ensuite expliquée en détail. On présente également l'amplificateur paramétrique et le module de différence de fréquence, permettant d'atteindre le régime de l'infrarouge moyen. Le premier chapitre de contenu scientifique original présente en détail la technique de porte de polarisation variable que nous avons développée au laboratoire. Quatre coins de quartz biréfringents sont utilisés avec une lame quart d'onde achromatique pour produire une impulsion à porte de polarisation de quelques cycles optiques. La partie centrale est polarisée linéairement et les deux ailes sont polarisées circulairement. Cette technique est employée pour étudier l'ionisation multiphotonique résonante du xénon. On montre qu'il est possible d'exciter l'état résonant 5g du xénon avec une impulsion effective plus courte qu'un cycle optique. Les règles de sélection limitent le processus d'excitation à la seule porte de polarisation. Les trois chapitres suivants traitent principalement de design de systèmes permettant la caractérisation et la compression optimale d'impulsions lasers de quelques cycles optiques. On présente d'abord le montage de second harmonic frequency-resolved optical gating (SHG-FROG) qui a été développé pour caractériser le profil d'intensité et la phase spectrale et temporelle d'impulsions Ti:saphir de quelques cycles. On présente ensuite en détail l'interféromètre en lumière blanche qui a été conçu pour mesurer la dispersion d'optiques diverses, notamment celle des miroirs à dispersion négative (chirp) utilisés pour comprimer les impulsions de quelques cycles. On présente ensuite un chapitre sur l'ingénierie inverse de miroirs chirp commerciaux, qui a mené à la conception, puis à la réalisation et à l'évaluation des performances de nos propres miroirs chirp. Une méthode systématique pour comprimer de manière optimale les impulsions lasers de quelques cycles en optimisant l'angle d'incidence de miroirs chirp est ensuite présentée. Cette méthode s'appuie sur les réalisations des trois chapitres précédents. Un projet en cours dans notre groupe de recherche consiste à développer une source d'impulsions intenses dans l'infrarouge moyen pour la génération d'harmoniques d'ordres élevés dans le domaine des rayons X. Une méthode générale pour caractériser les impulsions infrarouges a donc été développée. Elle s'appuie sur le mélange de quatre ondes entre une impulsion Ti:saphir intense de quelques cycles et une impulsion infrarouge arbitraire. Il en résulte un signal près du deuxième harmonique de l'impulsion Ti:saphir proportionnel à l'intensité de l'impulsion infrarouge. Une technique pour résoudre directement le champ électrique de l'impulsion infrarouge à l'aide d'hétérodynage n'a pas donné les résultats escomptés parce que la stabilisation de la phase de l'impulsion infrarouge n'est pas suffisamment stable. Le dernier chapitre de cette thèse traite donc de caractérisation de la phase absolue d'impulsions infrarouges. Plus particulièrement, on a observé un fort couplage entre l'énergie par impulsion et la phase absolue mesurée par un interféromètre non linéaire de type f-2f basé sur la génération de supercontinuum dans une fenêtre de saphir. On présente donc une mesure de ces coefficients et leur dépendance sur la longueur d'onde centrale du laser de 800 à 1940 nm. / The topic of this thesis lies in the field of the ultrafast intense laser science and technology. An historical review of this vast field is presented as an introduction. The carrier-envelope phase stabilized Ti:sapphire laser system of Professor Witzel's laboratory is then explained in details. The optical parametric amplifier and the difference frequency generation module reaching the mid-infrared are also presented. The first chapter of original scientific content presents in great details a variable gate width polarization gating technique that was developed in the laboratory. Four birefringent quartz wedges were used together with an achromatic quarter wave plate to produce polarization gated few cycle laser pulses. The central part of each pulse is linearly polarized and the wings are circularly polarized. This technique was used to study resonant multiphoton ionization of xenon. We show that it is possible to excite the Rydberg 5g state of xenon with an effective pulse that is shorter than one optical cycle. Electric dipole quantum selection rules confine the excitation process to the polarization gate duration. The three following chapters are mainly about the design of setups to characterize and optimally compress few cycle laser pulses. We first present the second harmonic frequency-resolved optical gating (SHG-FROG) setup that was developed to retrieve the intensity profiles and the spectral and temporal phases of few cycle Ti:sapphire laser pulses. The white light interferometer that was built to measure the dispersion of several optical components is then exposed. Its main purpose is to characterize the chirped mirrors used to compress few cycle pulses. The reverse engineering of commercial chirped mirrors that led us to the development, the production and the characterization of our own designs is then presented. A systematic method to optimally compress femtosecond laser pulses with the optimization of the angle of incidence of chirped mirrors is then presented. This method was inspired by the realizations of the three previous chapters. An ongoing project in our research group is the production of intense mid-infrared laser pulses to generate coherent high-order harmonics in the X-ray regime. A general method to characterize arbitrary complex infrared pulses was thus developed. It is based on four-wave mixing between a Ti:sapphire few cycle pulse and an infrared pulse. The resulting signal is close to the second harmonic band of the Ti:sapphire pulse and it is proportional to the intensity of the infrared pulse. An heterodyne version of this technique was also tried, but the results were disappointing mainly because the shot-to-shot carrier-envelope phase stabilization of the infrared source is insufficient over the duration of the measurement. The last chapter of this thesis thus investigates the absolute phase stability of our infrared sources. Most specifically, we found a strong coupling between the pulse energy and the measured phase from a f-2f nonlinear interferometer relying on supercontinuum generation in sapphire. We present the measured energy-phase coupling coefficients from 800 to 1940 nm.

Les diodes électroluminescentes (DELs) sont de bons candidats pour devenir les principales sources lumineuses étant donne leur bonne efficacité et leur longue durée de vie. Toutefois, un problème associe a l’usage des DELs est la dérive de couleur observé à différentes températures d’opération , courants et temps de vie. Le but du travail de maîtrise fut d’implémenter un algorithme de contrôle de la couleur qui utilise un détecteur de couleur. Deux algorithmes de calibrations des détecteurs furent développés. Les méthodes de calibration furent implémentées dans un algorithme de contrôle de DELs RGBA et RGBW. Le premier assure une bonne calibration pour une gamme de couleur près de la couleur visée. Le second algorithme développé permet de pouvoir lire la couleur pour toute la gamme de couleur accessible à la lampe, toutefois la précision obtenue est moins bonne que le premier algorithme. / Light emitting diodes (LEDs) are good candidates to become the main light sources of the future given their good efficiency and long life. However, a problem associated to the use of LEDs is the color shift observed at different temperatures, currents and lifetime. The purpose of this work was to implement a control algorithm that uses a color sensor as feedback. Two algorithms were developed to calibrate the detectors. The algorithms were implemented to control RGBA and RGBW LEDs. The first algorithm provides a good calibration for a restricted range of color near the calibration. The second algorithm gives good performances for the entire range of color available to the lamp, but it is less precise than the first algorithm.

Le modèle de Ruijsenaars-Schneider trigonométrique (tRS) quantique est un problème à N corps relativiste intégrable qui généralise le modèle de Calogero-Moser- Sutherland trigonométrique (tCMS). Les fonctions propres du modèle tRS sont les polynômes de Macdonald. La limite non relativiste qui relie les modèles tRS et tCMS est la même qui lie les polynômes de Macdonald et de Jack, les fonctions propres du modèle tCMS. Le but de ce mémoire est d'explorer la possibilité d'étendre le succès obtenu avec l'extension supersymétrique du modèle tCMS au modèle tRS. Le cas échéant, les superpolynômes de Macdonald pourraient être définis. Dans l'approche considérée, obtenir un coproduit diagonal de l'algèbre de Hecke est essentiel, mais n'a pas été possible pour TV > 2. On présente donc les résultats partiels connus pour le cas supersymétrique à deux et trois variables ainsi que la nature des obstacles qui, jusqu'à maintenant, ont empêché d'obtenir la généralisation voulue.

Ce mémoire traite de la conception et de la mise en opération d’un nouveau type de laser femtoseconde à fibre optique intégrant une paire de réseaux de Bragg à pas variable. La présence de ces éléments de dispersion opposée dans une cavité en anneau révèle une toute nouvelle dynamique temporelle en régime permanent. Une impulsion femtoseconde qui se propage dans une section de la cavité est localement transformée en une impulsion picoseconde grandement chirpée dans l’autre section. Cette dernière section agit essentiellement comme une ligne à délai purement dispersive et peut donc être modifiée de façon à varier la dispersion nette ainsi que la cadence du laser sans pour autant accroître les effets non linéaires. Le laser à l’erbium introduit dans ce mémoire, qui génère des impulsions sous la centaine de femtosecondes dans tous les régimes de dispersion étudiés, pourrait éventuellement devenir une source à impulsions ultrabrèves (< 50 fs) de très grande énergie (> 20 nJ). Cette source serait donc une excellente alternative tout-fibre aux lasers à l’état solide femtoseconde. / In this master’s thesis, we present a new type of femtosecond fiber ring laser that uses a pair of chirped fiber Bragg gratings with opposite dispersion. The presence of such elements in a ring cavity reveals a new mode locking regime where a femtosecond pulse evolving in one section of the cavity is locally transformed into a highly chirped picosecond pulse that propagates in the remaining part of the cavity. The section in which the highly chirped pulse propagates acts essentially as an all-fiber linear dispersive delay line. This portion can thus be modified in order to change the net cavity dispersion or the repetition rate of the laser without significantly increasing the nonlinear effects in the cavity. This erbium-doped fiber laser that generates sub-100 fs pulses in any dispersion regime can potentially produce highenergy ultrashort pulses (> 20 nJ; < 50 fs). This source appears to be a practical all-fiber alternative to femtosecond solid-state lasers.

Cette thèse présente l'utilisation des électrons de basses énergies (< 100 eV) pour la modification chimique de polymères. Le travail porte sur la dégradation sous impact électronique de couches minces polymères, de l'ordre nanométrique, sur des substrats métalliques. L'étude de la dégradation a été effectuée par spectrométrie de masse, permettant ainsi l'identification des groupements chimiques résultant de l'interaction électrons-molécules et émis de la surface du matériau irradié. Trois polymères ont été choisis pour cette étude, soit le poly (téréphtalate d'éthylène), le polystyrène et un fluoropolymère biomédical conçu comme couche de protection contre les agents dégradants sur les endoprothèses vasculaires. Les deux premiers polymères ont été sélectionnés afin d'étudier le vieillissement d'un diélectrique et la faisabilité d'un procédé de modification de surface permettant un contrôle précis des altérations chimiques suite au bombardement, tout en évitant l'implantation ionique. Dans le cas du fluoropolymère, l'étude par impact électronique de basses énergies a permis de simuler les conséquences de l'interaction des rayons X servant en imagerie avec le milieu organique environnant ou le métal constituant la prothèse. Cette interaction produit des électrons de basses énergies qui occasionnent une dégradation du fluoropolymère dont les produits peuvent être toxiques à la santé du patient. Les résultats démontrent que l'irradiation électronique produit une émission anionique selon deux mécanismes distincts. L'attachement dissociatif d'électrons est caractérisé par un processus résonant avec formation d'un anion temporaire excité dont l'énergie de maximum de rendement d'émission a été évaluée en dessous de 15 eV dans le cas des trois matériaux. Le second processus de production anionique est principalement caractérisé par une rupture directe non résonante de la liaison moléculaire (dissociation dipolaire) dont les énergies de seuil sont supérieures aux énergies de maximum de rendement de l'attachement dissociatif. Les fonctions d'émission cationique ne présentent aucun maximum d'émission caractéristique de l'attachement dissociatif et indiquent que seuls les processus non résonants produisent des ions positifs lors de la dégradation électronique. Suite aux résultats obtenus, des processus de dégradation sont suggérés, expliquant les mécanismes de dégradation de ces polymères sous irradiation électronique de basses énergies.

Ce mémoire présente la mise en fonction d'un spectromètre de perte d'énergie d'électrons lents basé sur le principe de compensation de la dispersion. Une description du fonctionnement des différentes parties formant le spectromètre, basée sur des calculs théoriques et des simulations réalisées à l'aide du logiciel SIMION est d'abord présentée. La réalisation et la mise au point d'un système électronique informatisé permettant le contrôle des tensions appliquées sur les électrodes du spectromètre ainsi que l'acquisition de données sont ensuite présentées de façon détaillée. Plusieurs modifications apportées au spectromètre afin de pallier les différents problèmes rencontrés lors des tests de performance de celui-ci sont décrites. Le spectromètre a permis d'obtenir une résolution de 15,8 meV avec un signal d'une intensité de 6,5xlO4 électrons par seconde, ce qui est en deçà des performances attendues pour un tel spectromètre. Quelques améliorations qui pourront être apportées au spectromètre afin d'en tirer des performances optimales sont finalement suggérées.