L'objectif de ce projet est de créer un projecteur miniature à l'aide de diodes électroluminescentes et de fibres optiques pour éclairer un castelet (scène miniature). Un concentrateur parabolique composé est utilisé pour injecter la lumière provenant d'une diode à haute puissance (350 mA), de trois couleurs différentes, dans une fibre optique en polymère de 4,8 mm de diamètre. À la sortie de la fibre, il est possible d'utiliser une variété d'optiques différentes permettant de choisir la forme de sortie du faisceau. Un tel système permet de mélanger uniformément la lumière provenant de sources distinctes sans avoir des ombres multiples causées par la superposition de faisceaux. Les modélisations, par tracés de rayons, ont permis de concevoir un tel système. Par l'assemblage des composantes, la réalisation a démontré la faisabilité, à faible coût, d'un tel projecteur. La technique de mesure quantitative des couleurs et la méthode pour obtenir un mélange désiré sont également exposées. La puissance lumineuse au maximum d'intensité est de 2,1 lm/m2 à 80 cm de distance avec une divergence des rayons de 10°. De plus, trois diodes sont suffisantes pour reproduire la majorité du spectre des couleurs bien que l'indice de rendu de couleur obtenu ne soit que de 43,1. Conçu pour l'éclairage d'un castelet, ce projecteur pourrait être utilisé dans les musées, les expositions, mais aussi dans des lieux où l'électricité est un danger (présence d'eau, d'humidité, de produits inflammables ou explosifs). / The main goal of this project is to create a mini spotlight to light a puppets theatre with light emitting diodes and optical fibers. A compound parabolic concentrator is used to concentrate the light from a high powered diode (350 mA) in a polymer optical fiber of 4,8 mm in diameter. This diode has the particularity to have three colors integrated in one chip. Multiple interchangeable optical Systems are designed to be used at the end of the fiber depending on the function of the lightning device. The spotlight has to ability to reproduce, without having multiple shadows, ail existing colours that can be obtained by adding a filter in front of a white source. This lightning device was created by computer ray tracing. The real model built shows that this kind of spotlight can be produced with good results at a low cost. The method to calculate colours quantitatively is presented in this text. At maximum power, the projector gives 2,1 lm/m2 of luminous intensity at 80 cm and at 10° of divergence. The use of three different colours is enough to reproduce the majority of the visible spectral colours but the colour rendering index for the white point is only 43,1 with this System. This spotlight was created as a lighting device for a puppets theatre but can also be used in museums, exhibits or places where electricity can be dangerous (due to the presence of water, humidity or explosive or flammable products).

La plasticité synaptique, qui permet l'apprentissage et la mémoire, s'exprime par des changements dans la force de transmission de signal passant par les neurotransmetteurs. La modulation de la quantité de récepteurs au glutamate de type « AMPA » disponibles dans le compartiment post-synaptique est un des moyens que possède le neurone pyramidal de modifier sa réponse à un stimulus. Les mécanismes régissant ce mécanisme de plasticité ne sont pas très bien compris, mais nous savons toutefois que l'enzyme CaMKII joue un rôle important à plusieurs niveaux dans le processus. Par exemple, la CaMKII joue un rôle dans l'immobilisation des récepteurs AMPA dans les synapses de neurones de l'hippocampe en culture, suite à un protocole (appelé « cLTP) qui mène à la Potentialisation à Long Terme de ces synapses et à l'augmentation de leur contenu en récepteurs AMPA. J'ai testé l'hypothèse que la CaMKII contribue également à augmenter le niveau d'expression membranaire des récepteurs AMPA dans les neurones. Pour ce faire, j'ai procédé à des mesures d'imagerie optique de la livraison des récepteurs AMPA à la membrane plasmique par un processus d'exocytose des réserves intracellulaires du récepteur. Cette mesure exploite la microscopie vidéo à fluorescence ainsi que le transfert de gène d'une protéine fluorescente couplée au récepteur, dont la fluorescence n'apparait que lorsque les récepteurs arrivent à la surface. En bloquant l'activité de la CaMKII avec des outils pharmacologiques ou génétiques, j'ai observé une diminution importante dans la fréquence d'exocytose des récepteurs AMPA, ce qui confirme l'hypothèse qu'elle joue un rôle important dans ce processus. Toutefois, lors d'une stimulation de type cLTP, je n'ai pas observé d'augmentation dans la fréquence d'apparition des événements d'exocytose des récepteurs. Ces résultats indiquent que malgré le rôle de la CaMKII dans l'augmentation de l'exocytose des récepteurs AMPA, ces derniers ne sont pas davantage livrés à la membrane durant un protocole de cLTP, suggérant que seule l'immobilisation des récepteurs joue un rôle prépondérant dans l'augmentation des récepteurs AMPA à la synapse durant la LTP. Il sera cependant important d'étudier davantage pourquoi la CaMKII promeut l'exocytose des récepteurs AMPA, sans que ce processus soit augmenté durant la LTP.

Du point de vue de l’évolution galactique, les nuages moléculaires sont des structures importantes puisque les étoiles y naissent et en héritent leurs propriétés. La formation des molécules à partir du gaz atomique neutre, omniprésent dans le disque de la Galaxie, s’avère donc une étape-clé dans le processus de formation stellaire. Pour générer rapidement des conditions favorables à la chimie moléculaire, i.e. du gaz froid et dense protégé du champ de rayonnement ionisant de la Galaxie, deux modèles de simulations numériques sont envisagés : les écoulements convergents de gaz atomique neutre chaud (WNM) et les écoulements de WNM dont la turbulence est forcée dans l’espace de Fourier. Combinée avec la compression fournie par ces écoulements, l’instabilité thermique résultante des processus de chauffage et de refroidissement du milieu interstellaire engendre des structures de gaz atomique neutre froid (CNM) qui sont des foyers potentiels de formation moléculaire. Dans le même ordre d’idées, des observations récentes de nuages diffus à haute latitude galactique ont montré une corrélation spatiale entre de grands cisaillements de vitesse dans les spectres de la raie à 21 cm de l’hydrogène atomique (HI) et la présence de pics d’émission de molécules telles que le monoxyde de carbone (CO) ou encore l’hydroxyde (OH). Partant de l’hypothèse que ce cisaillement favorise la formation des molécules, des simulations numériques à partir des deux modèles mentionnés précédemment ont été effectuées pour vérifier si la grandeur de ces cisaillements pouvait être reproduite. Une comparaison des deux modèles est effectuée quant à leur capacité à reproduire la grandeur des cisaillements ainsi que les propriétés des structures de gaz froid dans l’environnement solaire et à haute latitude galactique. / From a galactic evolution standpoint, molecular clouds are important structures since they give birth to stars and their properties. Molecule formation from the neutral atomic medium, which is ubiquitous in the Galactic disc, is therefore a key step in the stellar formation process. To rapidly generate favorable conditions for molecules to appear, i.e. to obtain cold and dense gas shielded from the ionizing radiation field of the Galaxy, two numerical simulation models are considered: warm neutral atomic gas (WNM) colliding flows and WNM flows with turbulence driven in Fourier space. Together with the compression provided by these flows, the thermal instability arising from the cooling and heating processes in the interstellar medium produces long lived cold atomic neutral gas (CNM) structures that are potentiel molecular formation sites. Recent observations of diffuse gas at high galactic latitude were undertaken and display CO and OH emission peaks wherever large velocity shears in atomic hydrogen (HI) spectra are present or where HI components merge. Numerical simulations with the two models mentionned above were undertaken in order to investigate whether the amplitude of these velocity shears can be reproduced or not and to examine how they are related to cold gas. Both cloud formation models are then compared to each other and with observations of cold gas structures in the solar neighbourhood and at high galactic latitude.

L’optique adaptative est une technologie s’intégrant de plus en plus à de nombreuses applications, de la capture d’images astronomiques à la transmission de données en télécommunication, tout en passant, par exemple, par l’amélioration des diagnostics en ophtalmologie. Son atout principal réside dans un miroir déformable lui permettant d’améliorer un signal dégradé par des perturbations. Il existe une grande variété de miroirs déformables. Certains ont une surface continue ; d’autres sont segmentés. Toute une batterie de techniques sont employées pour déformer et contrôler leur surface : des systèmes hydrauliques, piézoélectriques, électrostatiques et magnétiques ont été développés au fil des dernières années. Les derniers nés durant cette évolution technologique sont les miroirs ferrofluidiques. Les miroirs ferrofluidiques ont de nombreux points forts. Outre leur faible coût de conception, ils ont la capacité de fournir de grandes amplitudes (de l’ordre du millimètre) de déformation sous l’influence d’une combinaison de champs magnétiques. Ces miroirs sont développés et étudiés au sein des laboratoires du COPL à l’université Laval. Ils sont l’objet principal sur lequel s’appliquera le présent travail. Actuellement, le nombre sans cesse croissant des actionneurs oblige le développement de méthodes optimales de contrôle. Selon le domaine d’application, une image ou un signal capté nécessitera une dizaine, voire plusieurs centaines de corrections par seconde. Il est donc important que les calculs se fassent rapidement. D’autre part, ce nombre croissant d’actionneurs amène la question de la meilleure stratégie à suivre pour le contrôle optimal de la surface du miroir. Doit-on se restreindre à l’utilisation d’un unique contrôleur ou, au contraire, à en multiplier leur nombre au point que chaque actionneur possédera son propre contrôleur ? Quelle que soit la stratégie déployée, la phase de calibration est une étape clé. Pour un contrôleur en optique adaptative, elle est assez simple même si elle s’avère parfois longue lors de la recherche des paramètres optimaux. Quelle est la meilleure méthode pour calibrer le contrôleur ? Une calibration automatisée est-elle envisageable ? Peut-on espérer que le contrôleur évolue et s’adapte si les conditions ambiantes changent et cela sans intervention humaine ? Plus en avant, les questions suivantes concernent la mise en application de la stratégie : est-elle aisément applicable ? Sous quelles conditions ? Y aura-t-il des limitations ? Si oui, sont-elles significatives ? Sont-elles insurmontables ? Le présent travail tente de répondre à ces questions dans le cadre du contrôle de miroirs ferrofluidiques, quel que soit le contexte de l’utilisation d’un tel miroir. L’objectif final est de développer un contrôleur évolutif et optimal capable de gérer un système équipé aussi bien de quelques dizaines d’actionneurs que de plusieurs centaines, et s’ajustant de lui-même aux conditions environnementales sans cesse en évolution. / Adaptive optics is an evolving technology and integrated part of many applications. Its contributions extend from the astronomical imaging to the data transmission in telecommunications domain including the improvement of ophthalmologic diagnostics. Its main asset consists of its deformable mirrors and, thus, its ability to correct a signal degraded by random perturbations. There are many kinds of deformable mirrors. These with a continuous surface and also with several segments. A great variety of methods exists to control the surface geometry: hydraulics, piezoelectric, electrostatic and magnetic systems have been developed in the last years. The most recent creation in adaptive optics is the ferrofluidic mirror. The ferrofluidic mirrors have many advantages. First, their manufacturing cost is very low. Moreover, a simple combination of magnetic fields is required to modify the shape of their surface and can give strong amplitudes of deformation (about millimeter). These mirrors are developed and studied in the COPL laboratory of Université Laval where they are the main target of the actual work. Nowadays the constant increasing number of actuators decrees the development of optimized methods to control deformable mirrors. A captured image or signal can require from some tens to several hundreds of Hertz to be corrected. The calculations must be at their fastest. On other hand, the increasing number of actuators raises a question about what strategy to deploy for getting the best control on the surface of deformable mirrors. Do we use a single controller for all the actuators? Or on the contrary do we need to equip each actuator with a dedicated controller? For any chosen strategy, the most important step is the calibration phase. In adaptive optics, this procedure is quite simple even though it sometimes takes a long time for finding the optimized parameters. What is the best method to calibrate a controller? Is an automatic calibration possible? Can we develop an evolving controller able to adapt to environmental variations without human action. There is some interrogation about the best way to apply th strategy. Can it be more efficient? Are there any limitations? If so, can we solve them? The subject of this document is to answer the previous questions regarding ferrofluidic mirrors. The final purpose of this work is to develop an evolving and optimized controller able to manage systems with several tens as well as several hundreds of actuators and, also, adapt itself to variations of surrounding conditions.

Les techniques de biodétection optique qui utilisent les résonances d'une cavité à géométrie circulaire ou sphérique ont démontré une sensibilité exceptionnelle. Ces résonances à haut facteur de qualité sont connues sous le nom de modes de galerie. Toutefois, les configurations actuelles de ces biocapteurs sont difficiles à intégrer dans un dispositif simple et peu dispendieux. La stratégie de détection présentée emploie des microsphères fluorescentes comme cavité résonnante, ce qui simplifie grandement les exigences pour l'excitation de ces modes. Notre méthode d'analyse spectroscopique compare le spectre expérimental d'une microsphère fluorescente contenant des modes de galerie au spectre prédit par le modèle de Chew. Cette étape permet d'obtenir l'indice de réfraction de solutions aqueuses homogènes, contenant de l'isopropanol, l'éthanol et du methanol. Pour des concentrations inférieures à 0.3 M, les mesures sont en accord avec les techniques de réfractométrie standard à l'intérieur d'un écart-type. Dans une solution non homogène, la méthode de détection repose sur des déviations par rapport au modèle de Chew qui indiquent la présence d'analytes biologique sur la surface de la microsphère. Les concentrations limites atteintes sont de l'ordre de 10 //g/ml pour des protéines et de 6 x 106 bactéries/ml pour des bactéries de type E. coli. Finalement, la caractérisation du biocapteur avec une pince optique permet d'estimer la limite supérieure de sensibilité de la méthode aux environs de 5 E. coli par microsphère et de la mettre en contexte par rapport aux autres technologies de biodétection.

Ce mémoire présente la caractérisation et l'étude de différents microrésonateurs optiques ainsi que leur utilisation pour la génération d'effets non linéaires. Avec leur capacité à confiner très efficacement la lumière, les microrésonateurs optiques sont des candidats intéressants à la génération non linéaire de micropeignes de fréquences grâce au principe de mélange à quatre ondes en cascade. Leur petite taille permet des espacements entre les fréquences générées pouvant aisément se situer de 10 à 1000 GHz, des taux de répétitions difficilement accessibles pour les lasers à mode bloqués conventionnels. Depuis plusieurs années, la communauté scientifique s'intéresse à cette alternative miniaturisée afin d'obtenir des peignes de fréquences avec des propriétés particulières. Le mémoire présentera la caractérisation de différents types de microrésonateurs optiques, microsphères de SiO2 et de GTZN (germano-tellurites), microtige de SiO₂ et microdisque de SiO₂ afin de déterminer des candidats potentiels à la génération d'effets non linéaires. Les candidats retenus seront ensuite utilisés afin de générer des fréquences par mélange à quatre ondes en cascade. Une étude préliminaire des fréquences générées sera ensuite décrite. / This master thesis presents the characterization and study of optical microresonators and their utilization for non linear effects generation. With the capacity to efficiently confine light, optical microresonators are promising candidates to generate microcombs via cascaded fourwave mixing. Their small size allows easy access to mode spacing ranging from 10 to 1000 GHz. Such repetition rates are hardly reachable with usual mode locked lasers. For many years, the scientific community has been interested into this miniaturized alternative in order to obtain frequency combs with peculiar properties. The master thesis will hence present the characterization of differents types of microresonators to determine their non linear effects generation potential. Best candidates will be used to generate cascaded four-wave mixing. A preliminary study about the generated frequencies will then be described.

L'apparition des lasers femtosecondes produisant des impulsions ultra-brèves très puissantes a permis d'observer plusieurs effets non linéaires. L'absorption à deux photons a particulièrement été étudiée au cours des dernières années et cet effet a déjà été mis à profit dans des applications de microscopie et de spectroscopie afin d'augmenter la résolution des mesures. En vertu de la symétrie des coefficients d 'Einstein, on peut également poser l'existence d'une émission stimulée à deux photons où deux photons rapprochés interagissent avec un atome excité pour stimuler l'émission de deux nouveaux photons. Un tel mode d'émission possède des propriétés très intéressantes du fait de sa nature non linéaire. Le mémoire qui suit présente les résultats des recherches effectuées dans le but de démontrer l'opération d'un amplificateur à fibre basé sur le phénomène d'émission stimulée multiphotonique. Nous présentons d'abord un modèle mathématique théorique qui décrit le fonctionnement dynamique d'un tel amplificateur. Nous démontrons ainsi certains comportements intéressants d'un tel amplificateur, notamment, un gain plus fort et une saturation beaucoup plus rapide que pour un amplificateur conventionnel. On démontre également que le gain non linéaire n'est appréciable que sur une plage d'intensité s'étendant sur environ deux ordres de grandeur de part et d'autre de l'intensité de saturation. Ce comportement permettrait d'intégrer un tel n1ilieu non linéaire à un laser conventionnel pour l'amener aux conditions de synchronisation modale. Par ailleurs, un amplificateur à deux photons possède théoriquement une bande de gain très large puisque toute combinaison de deux photons dont la somme des énergies correspond à l'excitation des atomes peux être amplifiée. Ceci pourrait avoir des applications pour l'amplification d'impulsions ultrabrèves où la largeur de gain des milieux amplificateurs peut devenir insuffisante par rapport au contenu spectral de l'impulsion. Dans ce domaine, un amplificateur non linéaire a également l'avantage de raccourcir intrinsèquement les impulsions puisque son gain est proportionnel à l'intensité de l'impulsion, ce qui donne un gain plus fort au pic central de l'impulsion par rapport aux ailes. Au point de vue de l'expérimentation, nous avons tenté de démontrer l'amplification à deux photons dans de la fibre optique dopée Yb autour de 2 microns. Nous avons utilisé un laser à fibre dopée Er pour générer un supercontinuum s'étendant jusqu'à 2 microns que nous avons injecté dans une section de 10m de fibre dopée Yb pompée par une diode laser. Nous n'avons pas pu noter d'amplification mais nous avons toutefois mesuré de la fluorescence en provenance de la fibre dopée lorsque la fibre n'était pas pompée. Cette fluorescence indique qu' il y a bien une interaction entre le supercontinuum injecté et les atomes d'ytterbium.

Ce travail consiste à démontrer l'intérêt d'utiliser des liquides magnétiques (ferrofluides) pour la fabrication de miroirs déformables dont la surface est modifiable par un champ magnétique. Une partie de ce travail consiste en une amélioration technologique d'un concept de miroir déformable à base de ferrofluide développé par Laird en 2005. Après avoir introduit le concept de miroir déformable ferrofluidique et présenté les constituants de base d'un système d'optique adaptative, nous explorons les nouvelles applications de l'optique adaptative qui ont vu le jour au cours des dix dernières années. Ces nouvelles applications ont crée un besoin pour le développement de nouveaux miroirs déformables à faible coût et possédant des caractéristiques différentes des systèmes classiques utilisés initialement pour l'astronomie. Nous incluons ensuite un chapitre traitant des technologies existantes de miroirs déformables. Un chapitre entier suit afin d'établir les bases théoriques et les techniques utilisées pour simuler le comportement spatial de ces miroirs. Trois types de miroirs déformables ferrofluidiques sont présentés dans ce chapitre et reposent tous sur l'utilisation de boucles de courant et/ou de réseaux de fils comme sources de champ magnétique. Ensuite, le comportement spatial de ces miroirs déformables est étudié expérimentalement à l'aide de trois prototypes conçus dans notre laboratoire. Nous présentons aussi dans ce chapitre des exemples d'applications de ces miroirs pour la correction d'aberrations statiques, introduites dans un système optique par le désalignement de composantes optiques ou la présence d'éléments aberrants. En dernier lieu, nous discutons des résultats obtenus avec ces prototypes, nous introduisons quelques applications potentielles pour ces miroirs déformables et présentons les avantages et inconvénients d'une telle technologie. / This work shows the usefulness of using magnetic liquids (ferrofluids) for the fabrication of deformable mirrors whose surface can be shaped by magnetic fields. Part of this work consists of a technological improvement of a concept of ferrofluidic deformable mirror developed by Laird in 2005. After an introduction on the concept of the ferrofluidic deformable mirror, we present the basic components of an adaptive optics System. Next, we explore new applications of adaptive optics that have emerged during the last decade. These new applications have created an interest in the design of affordable deformable mirrors with characteristics different from those commonly used in Astronomy. We then present a chapter discussing of existing technologies of deformable mirrors. The following chapter is devoted to the theoretical basis and the techniques used to simulate the spatial behavior of these ferrofluidic deformable mirrors. Three types of mirrors are presented in this chapter, each of which use current loops and/or wire network as sources of magnetic field. The spatial behavior of these deformable mirrors is studied in experiments using three prototypes designed in our laboratory. In this chapter, we also present applications of these mirrors for the correction of static aberrations, introduced to an optical System by the misalignment of the components or the presence of aberrant elements. Lastly, we discuss results obtained for these prototypes and introduce potential applications of these deformable mirrors, presenting the advantages and disadvantages of such a technology.

Le but de cette thèse est de proposer des solutions aux diverses lacunes de la technique d'irradiation corporelle totale (TBI) dynamique à vitesse variable. Le premier aspect étudié est la protection des organes à risque par des atténuateurs de plomb. La couverture de ces derniers a d'abord été caractérisée, puis une proposition de design a été faite afin de pallier aux lacunes engendrées par l'aspect dynamique de la technique. Ensuite le calcul de la dose et la planification du traitement ont été étudiés. Le calcul de la dose a d'abord été intégré dans le logiciel Pinnacle³, afin de permettre un calcul réaliste en milieu homogène ou hétérogène. Deux approches de modélisation de la fluence de radiation ont été évaluées, soit une modélisation standard pour faisceaux conventionnels et une modélisation d'un faisceau spécifique adapté aux particularités de la technique TBI. Ensuite, les calculs de dose obtenus ont été comparés aux doses calculées par le logiciel de planification utilisé jusqu'à présent pour le calcul des TBI, soit Theraplan plus et un modèle de faisceau standard. Les résultats ont montré que le modèle spécifique au TBI dans Pinnacle³ permet un calcul de dose précis qui reproduit bien les caractéristiques du champ TBI et ses conditions particulières. Puisque Pinnacle³ permet aussi un calcul de dose hétérogène précis, une étude sur la distribution de dose dans tout le corps des patients a été conduite. Cette étude rétrospective réalisée sur 10 patients a permis de visualiser les distributions tridimensionnelles de dose et ainsi, de localiser les différentes régions de surdosages et de sous dosages comme par exemple, au niveau des os et des poumons. L'aspect de l'optimisation du traitement a ensuite été abordé, soit par l'évaluation de différentes approches comme l'optimisation sur des points de dose ou sur des volumes et l'optimisation à partir d'un calcul de dose homogène ou hétérogène. Finalement, le dernier aspect étudié est celui de la mesure de la dose in vivo. Les chambres à ionisation et les MOSFET ont été caractérisés puis mis à l'étude lors de traitements afin de mesurer la dose à la sortie du patient et de calculer la dose au point de prescription à la mi-plan du patient.

Les verres chalcogénures sont des matériaux optiques connus depuis 50 ans. Ils sont fortement non-linéaires, transparents dans l'infrarouge et photosensibles à la lumière visible. Grâce à des percées récentes du côté des procédés de fabrication, leurs applications dans divers domaines sont devenus possibles, notamment dans les capteurs biochimiques, le guidage de sources infrarouges de haute puissance, la fabrication de sources infrarouges et dans les bascules optiques. Ce mémoire présente les résultats de travaux de recherche réalisés sur les fibres chalcogénures de AS₂S₃, notamment dans la conception de réseaux à longs pas (LPG), photo-induits et mécaniquement induits. Premièrement, une revue bibliographique présentant les propriétés et les applications des fibres en verre chalcogénures est fournie. Ensuite, une brève introduction sur la théorie des fibres optiques et des réseaux LPG est développée, pour finalement présenter les résultats expérimentaux. Ces derniers portent sur les observations des effets photo-induits, et sur la fabrication et la caractérisation, à la fois, des réseaux LPG mécaniquement induits, des interféromètres Mach-Zehnder utilisant deux réseaux LPG en série, et d'un réseau LPG photo-induit.