Cette thèse présente les étapes de fabrication et les résultats de la caractérisation des modèles de tissu biologique fabriqués en utilisant des cristaux liquides et des polymères qui permettent de contrôler la diffusion et la transmission de la lumière par un champ électrique. Ce champ électrique entraîne un changement d'orientation des molécules de cristaux liquides, ce qui induit des variations locales de l’indice de réfraction dans ces matériaux. Nous avons utilisé ce contrôle de l’indice de réfraction pour contrôler le niveau de diffusion et de transmission dans différents types d’échantillons. Les échantillons utilisés sont faits a) de cristaux liquides purs, b) de sphères de polymère dans un environnement de cristaux liquides, c) de cristaux liquides ou de gouttelettes de cristaux liquides dans un environnement de polymère. Les travaux réalisés nous ont permis de proposer une méthode électro-optique pour simuler, à l’aide de cristaux liquides, des milieux diffusants tels que les tissus biologiques. Dans la recherche de modèles, nous avons montré qu’il est possible de contrôler, par la fréquence du champ électrique, des gouttelettes de cristaux liquides dispersées dans une matrice de polymère contenant des ions lithium. Une sensibilité sélective à la fréquence de la tension électrique appliquée en fonction de la taille des gouttelettes est observée. Par la suite, nous avons démontré l’effet de « quenching » interférentiel de la diffusion pour une sonde optique cohérente en étudiant des modèles non alignés (clustérisés) de cristaux liquides. Nous avons aussi démontré des applications potentielles de ce phénomène tel le filtrage en longueur d’onde par l’ajustement d’un champ électrique. Nous avons ensuite démontré que l’utilisation des cristaux liquides - dits « dual-frequency » - permet une modulation rapide des états ou des structures du matériau ainsi que de la transmission et de la diffusion de lumière de ce dernier. Enfin, nous avons aussi découvert que ces modèles peuvent être contrôlés pour retrouver le degré de polarisation de la lumière diffusée. / This thesis describes fabrication steps and characterization results of biological tissue models prepared by using liquid crystals and polymers that control the diffusion and transmission of light by an electric field. This electric field creates a change of the orientation of liquid crystal molecules, which induces local variations of the refractive index in these materials. We used this control of the refractive index to control the level of dissemination and transmission in different types of samples. The samples used are made of a) pure liquid crystals, b) polymer spheres in a liquid crystal environment, c) liquid crystals or liquid crystal droplets in a polymer environment. The work carried out allowed us to propose an electro-optic method for simulating, using liquid crystals, scattering media such as biological tissues. In the research models, we showed that it is possible to control the frequency of the electric field of the liquid crystal droplets dispersed in a polymer matrix containing lithium ions. Selective sensitivity to the frequency of the applied voltage depending on the size of the droplets is observed. Subsequently, we demonstrated the effect of interferential "quenching" of scattering for a coherent optical probe by studying nonaligned liquid crystal matrix models (clustered) of liquid crystals. We have also demonstrated potential applications of this phenomenon such as wavelength filtering by adjusting an electric field. We then demonstrated that the use of liquid crystals - called "dual-frequency" - allows rapid modulation of states or structures of the material and the transmission and scattering of light thereof. Finally, we also found that these models can be checked to find the degree of polarization of scattered light.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La théorie des superpolynômes symétriques ([DLM03, DLM06]) est généralisée avec l’introduction d’une nouvelle base de superfonctions qui dépend de deux paramètres q et t. Cette nouvelle base, que l’on appelle les polynômes de Macdonald dans le superespace (ou simplement, les superpolynômes de Macdonald), généralise toutes les autres bases de superfonctions connues. Celles-ci sont retrouvées via différentes spécialisations (ou limites) de q et t. On démontre que les superpolynômes de Macdonald sont uniquement déterminés par les deux propriétés suivantes. Premièrement, ils se décomposent de façon triangulaire dans la base des superfonctions monomiales (par rapport à l’ordre de dominance entre les superpartitions). Deuxièmement, ils sont orthogonaux par rapport à un produit scalaire donné dans la base des superfonctions sommes de puissances et qui dépend de q, t. L’étape clef pour démontrer ce résultat est la connexion avec la théorie des polynômes non symétriques de Macdonald. En fait, il est montré que les superpolynômes de Macdonald sont également donnés par un processus de symétrisation particulier des polynômes non symétriques de Macdonald. Cette connexion peut être alors exploitée pour obtenir une famille d’opérateurs qui est diagonale dans la base des superpolynômes de Macdonald ainsi qu’une seconde relation d’orthogonalité donnée par l’évaluation d’un terme constant. Ces deux éléments, i.e. famille d’opérateurs et orthogonalité (analytique), permettent de relier les superpolynômes de Macdonald à un problème de mécanique quantique supersymétrique généralisant le modèle Ruijsenaars-Schneider (RS). L’hamiltonien de ce modèle est défini par l’anticommutateur d’une supercharge qui est le générateur de la transformation supersymétrique. La structure algébrique sous-jacente à ce modèle est l’algèbre de Poincaré supersymétrique (i.e. une algèbre de Lie graduée). Tous les états propres de l’hamiltonien sont donnés par le produit de la fonction d’onde de l’état du vide par les superpolynômes de Macdonald. L’intégrabilité du modèle est également démontrée. / The theory of symmetric superpolynomials ([DLM03, DLM06]) is further extended with the introduction of a family of superpolynomials that depends upon two parameters, denoted by q and t. This new basis, that can be called Macdonald polynomials in superspace (or simply stated, Macdonald superpolynomials), generalizes all the previously discovered bases of superpolynomials. These are obtained by the evaluation (or by a limiting process) of the parameters q and t. It is proved that the Macdonald superpolynomials are uniquely defined by the two following properties. First, they decompose triangularly in the monomial basis (with respect to a certain ordering between superpartitions). Second, they are orthogonal with respect to a given scalar product evaluated in the power sum basis and which depends on q and t. The crucial step to prove this result is the connection between Macdonald superpolynomials and the theory of non-symmetric Macdonald polynomials. More precisely, it is showed that the Macdonald superpolynomials can be expressed by a certain symmetrizer acting on the non-symmetric analogue. Using this connection, a family of eigen-operators is obtained, which is diagonalized by the Macdonald superpolynomals basis. In addition, another orthogonality relation that involves a constant term evaluation (referred to as the analytic orthogonality) is obtained. These two elements, i.e. the eigen-operators and the orthogonality (analytic), link the Macdonald superpolynomials to a supersymmetric quantum mechanic model that generalizes the Ruijsenaars-Schneider (RS) model. The Hamiltonian of this model is naturally written as an anticommutator of a supercharge which is the generator of supersymmetric transformation. The underlying algebra of this model is the super Poincaré algebra (i.e. a graded Lie algebra). All the quantum states of the Hamiltonian are given as a product of the ground state function times Macdonald superpolynomials. Finally, the integrability of the supersymmetric RS model is demonstrated.

Le rôle des bactéries est primordial partout dans la nature. Pensons seulement aux impacts qu’elles ont sur la santé humaine. Pour être en mesure de jouer leur rôle dans l’environnement, plusieurs bactéries ont besoin de se déplacer vers des sites spécifiques. Le moyen de locomotion le plus commun est le moteur flagellaire. Pour se propulser, les bactéries flagellaires possèdent un (ou des) moteur rotatif ancré dans leur membrane. Ce moteur transmet sa rotation à un long filament en forme d’hélice se trouvant à l’extérieur de la bactérie via un joint universel se nommant le crochet. Ce moteur fut l’un des premiers moteurs rotatifs biologiques à être découvert. De plus, un grand nombre d’études ont montré l’importance du moteur flagellaire durant les infections bactériennes. Ainsi, il a fait l’objet d’études intensives depuis plusieurs décennies. La vaste majorité de ces études ont toutefois été effectuées dans des milieux simples qui ne représentent qu’une infime partie des milieux biologiques naturels. En effet, les bactéries se déplacent souvent dans des milieux anisotropes, où les propriétés physiques dépendent de la direction. Par exemple, le mucus se trouvant un peu partout dans le corps humain, le liquide synovial qui lubrifie nos articulations, la peau et les biofilms sont tous des milieux qui peuvent être anisotropes et où les bactéries prolifèrent. Cette thèse par article présente les résultats obtenus durant notre étude de la motilité des bactéries flagellaires en milieux anisotropes. Puisque les milieux biologiques naturels sont difficiles à manipuler en laboratoire, un milieu synthétique a d’abord été choisi afin de mimer les propriétés de ces milieux. Deux types de milieux anisotropes ont été testés, les cristaux liquides (LCs) 5CB et DSCG. Seul le LC DSCG a été retenu puisque les bactéries ne peuvent pas pénétrer le LC 5CB. Pour créer le LC DSCG, des molécules sont dissoutes dans l’eau. À faible concentration, le milieu est isotrope, et à haute concentration le milieu devient anisotrope (un LC). Dans un premier temps, la vitesse et l’orientation du corps des bactéries ont été observées en faisant passer le LC DSCG de la phase isotrope à la phase anisotrope. Ces mesures ont d’abord confirmé que, dans un milieu anisotrope, les bactéries se déplacent en ligne droite et renverse leur mouvement plutôt que d’effectuer une marche aléatoire comme dans des milieux isotropes. L’observation du comportement bactérien a également démontré la présence d’une zone de prétransition dans les solutions isotropes de DSCG. À ces concentrations de DSCG, les molécules commencent à s’organiser sous forme de bâtonnets. Cette organisation explique pourquoi les bactéries deviennent collantes (via la force de déplétion), et pourquoi la viscosité augmente dans la zone de prétransition. Pour comprendre comment les bactéries peuvent renverser leur mouvement dans des milieux anisotropes, les filaments ont également été étudiés. Ces observations ont démontré que, durant le change de direction de la bactérie, le crochet n’est plus capable de jouer son rôle de joint universel et se bloque momentanément, permettant ainsi de changer l’orientation du filament. Cette réorientation du filament permet non seulement le renversement du mouvement de la bactérie dans le LC, mais également la réorientation du filament dans d’autres milieux comme dans des milieux poreux. Ce constat agrémenté de résultats provenant de la littérature nous permet de croire que le crochet bloqué est un phénomène universel se produisant dans tous les milieux. Pour terminer, la microscopie à champ sombre par guidage de lumière ainsi qu’une technique de microrhéologie seront exposées. Ces techniques ont été utilisées durant la caractérisation de la zone de prétransition. Tout au long de ce travail, il sera également souligné en quoi notre approche multidisciplinaire a été bénéfique. / Bacteria play an essential role in nature. We can simply think of their impact on human health to convince ourselves. To be able to play their role in the environment, bacteria often need to reach specific locations. The most common bacterial locomotion system is the flagellar motor. To propel themselves, the flagellated bacteria possess one (or few) rotary motor anchored in their membrane. This motor transfers its rotation to a long helical filament located outside the bacterium thanks to a universal joint called the hook. This motor was the first biological rotary motor discovered. Furthermore, several studies have shown the importance of the flagellar motor during bacterial infections. Thus, it has been the subject of intensive studies for several decades. Most of these studies, however, have been conducted in simple media that represent only a small fraction of natural biological environment. Indeed, bacteria often move in anisotropic media, where the physical properties depend on the direction. For example, mucus found throughout the human body, synovial fluid that lubricates our joints, skin and biofilms are all media that can be anisotropic and where bacteria proliferate. This thesis by article presents our study of the motility of flagellar bacteria in anisotropic media. Since natural biological media are difficult to manipulate in the laboratory, a synthetic medium was first chosen to mimic the properties of natural anisotropic media. Two types of anisotropic media were tested, the liquid crystals (LCs) 5CB and DSCG. Only the LC DSCG has been used since bacteria cannot penetrate the LC 5CB. To create the DSCG LC, molecules of disodium cromoglycate (DSCG) are dissolved in a water-based solvent. At low concentration, the medium is isotropic, and at high concentration the medium becomes anisotropic (a LC). First, the speed and the orientation of the body of the bacteria were recorded while changing the concentration of the DSCG LC to bring the solution from the isotropic phase to the anisotropic phase. These measurements first confirmed that, in an anisotropic environment, the bacteria move in a straight line and reverse their movement rather than performing a random walk as in isotropic media. Observation of bacterial behavior also demonstrated the presence of a pretransition zone in isotropic solutions of DSCG. At these concentrations of DSCG, the molecules begin to organize into rods. This organization explains why bacteria become sticky (via the depletion force), and why the viscosity increases in the pretransition zone. To understand how bacteria can reverse their motion in anisotropic media, the filaments have also been studied. These observations have shown that during the change of direction of the bacteria, the hook is no longer a universal joint and momentarily locks, thus changing the orientation of the filament. This reorientation of the filament does not only reverse the movement of the bacteria in the LC, but it also triggers the reorientation of the filament in other media as in porous media. This observation, supplemented by results from literature, suggests that the blocked hook is a universal phenomenon occurring in all environments. Finally, light-guided dark field microscopy and a microrheological technique will be exposed. These techniques were used during the characterization of the pretransition zone. Throughout this work, it will also be highlighted how our multidisciplinary approach has been beneficial.

Le passage de particules chargées dans un milieu ayant une vitesse excédant celle de la lumière dans ce même milieu entraîne l’émission de photons. Ce phénomène, nommé effet Cherenkov, peut être utilisé afin de déterminer la dose déposée dans un fantôme d’eau par un accélérateur linéaire utilisé en radiothérapie externe. Toutefois, les photons Cherenkov sont toujours émis de façon anisotrope et rendent le calcul de la dose complexe en raison de l’absence de linéarité entre l’intensité collectée et la dose déposée. Une alternative proposée par certains consiste à ajouter un fluorophore à l’eau afin d’absorber une portion de la lumière Cherenkov anisotrope et la réémettre de façon isotrope par fluorescence. Afin d’évaluer l’efficacité de cette méthode, la présente étude vise à déterminer les proportions de chaque processus d’émission lors de l’irradiation d’une solution aqueuse de quinine et quantifier l’absorption de photons Cherenkov par le fluorophore. Cela devait permettre de mieux comprendre les mécanismes menant à une amélioration de la mesure de dose lors de l’ajout du fluorophore. Pour ce faire, diverses concentrations de solution aqueuse de quinine ont été irradiées à l’aide d’un accélérateur linéaire et le spectre émis a été recueilli à l’aide d’un spectromètre. Afin de déterminer la quantité de photons produits initialement dans le solvant par effet Cherenkov, une solution témoin constituée uniquement d’eau distillée a été irradiée sous les mêmes conditions. De plus, à l’aide de l’intensité lumineuse mesurée par une caméra CCD, une comparaison de la mesure de la dose déposée a été réalisée entre l’eau et la solution de quinine. Finalement, ces mesures de dose expérimentales ont été comparées avec les doses prédites par un système de planification de traitement afin de quantifier l’amélioration observable lors de l’ajout du fluorophore. / Particles traveling through a medium at a speed exceeding light speed in that same medium gives rise to a phenomenon of photon emission. This phenomenon, called the Cherenkov effect, can be used to determine the dose deposition in a water phantom from a linear accelerator used in external radiotherapy. However, Cherenkov effect produces an anisotropic emission which makes the calculation of the dose complex as the relation between the dose deposition and the intensity of the signal collected is not linear. An alternative recently proposed consist of adding a fluorescent agent to the water with the hypothesis that it can absorb the Cherenkov emission and reemit it as an isotropic fluorescent light. To evaluate the efficiency of this method, the present study aims to determine the contribution of each excitation source producing the total light signal measured in the visible range during the irradiation of an aqueous quinine solution. Moreover, it aims to quantify the Cherenkov light absorption by the fluorophore in the UV region. To achieve this, various concentrations of aqueous quinine solutions were irradiated with a linear accelerator and the spectra where collected with a spectrometer. To determine the initial Cherenkov light production in the solvent, a control sample of distilled water was irradiated under the same conditions as the fluorophore solutions. Furthermore, using the light signal collected by a CCD camera, a comparison between the dose deposition along the beam path was performed between the quinine solution and the pure Cherenkov light. It was then possible to compare the percent depth dose obtained with both solution with a treatment planning system dose calculation to determine how quinine improves measurements.

Cette thèse présente l’étude de deux restes de supernova galactiques dans le domaine visible : la nébuleuse du Voile et Cassiopeia A. Les observations de ces objets ont été conduites avec deux spectromètres imageurs à transformée de Fourier (iFTS) : SpIOMM, installé à l’Observatoire du Mont-Mégantic, et SITELLE installé au télescope Canada-France-Hawaï. La première partie de la thèse consiste en une étude hyperspectrale du Voile. Grâce au grand champ de vue de SpIOMM (120STX120), la presque totalité des structures filamentaires situées au nord-est du Voile (NGC 6992/95) ont pu être cartographiées et analysées. Au total, près de 3 millions de spectres ont été obtenus couvrant les raies d’émission suivantes : HFF, HVT, [O III] NAK NAK4959,5007, [N II] NAK NAK6548,6583 et [S II] NAK NAK6716,6731. Afin de cartographier la raie de [O II] NAK3727+3729, l’instrument SITELLE a été utilisé pour observer un champ du Voile dans NGC 6992. Quelques spectres à longue fente couvrant tout le domaine visible (3624-7433 Å) ont été obtenus en complément. L’étude hyperspectrale du Voile a permis de générer plusieurs cartes de ratios permettant d’apprécier la variété et la complexité des différentes raies émissions et leurs intensités relatives aux régions observées. L’analyse systématique de ces observations en utilisant les modèles de choc évalués par le code de modélisation MAPPINGS a permis de mieux comprendre l’interaction complexe entre les chocs et le gaz circumstellaire et interstellaire autour du Voile. Les régions observées ont été analysées à l’aide de plusieurs diagrammes diagnostiques et cartes d’analyses mettant en évidence les différents paramètres de choc, tels que la localisation des chocs incomplets, les vitesses de choc et les densités électroniques. De plus, les cartes d’abondances d’oxygène, d’azote et de soufre sont présentées permettant d’apprécier la composition chimique des régions observées. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l’étude de Cassiopeia A avec SpIOMM. L’entièreté des émissions en [N II] NAK NAK6548,6583 et [S II] NAK NAK6716,6731 ont été cartographiées. Les quasistationary flocculi riches en azote ainsi que les éjectas riches en [S II] sont analysés. En combinant les données d’archive de Hubble et les données de SpIOMM, nous avons obtenu une vue tridimensionnelle de l’objet qui permet de localiser les positions spatiales des éjectas [S II] autour du centre de l’explosion, ce qui a permis d’apprécier l’inhomogénéité de leur distribution. À partir de nos données et à l’aide d’une nouvelle méthode, nous avons réévalué la distance de Cas A à 3.33 ACK 0.10 kpc. / This thesis presents the analysis of two galactic supernova remnants in the visible spectral range: the Veil Nebula and Cassiopeia A. The observations were conducted with two wide-field imaging Fourier transform spectrometer (iFTS) : SpIOMM installed at the Observatoire du Mont-Mégantic and SITELLE recently installed at the Canada–France–Hawaii Telescope. The first part of the thesis consists of a hyperspectral analysis of the Veil Nebula. With the wide field of view provided by SpIOMM (120STX120), nearly all of the filamentary structures located in the north-eastern part of the Veil have been mapped and analysed. In total, nearly 3 million spectra have been obtained covering the following emission lines : HFF, HVT, [O III] NAK NAK4959,5007, [N II] NAK NAK6548,6583 and [S II] NAK NAK6716,6731. In order to map the [O II] NAK3727+3729 lines, SITELLE has been used to observed one region in the Veil centered on NGC 6992. A few long slit spectra were also obtained covering the visible range 3624-7433 Å. The hyperspectral analysis of the Veil Nebula has allowed the creation of several ratios maps allowing to appreciate the variety and complexity of the different emission lines and their relative intensities in the observed regions. A systematic analysis of the observations using shock models evaluated by the modeling code MAPPINGS have helped to better understand the complex interaction between shocks and the circumstellar and interstellar gas around the object. The observed areas were analyzed using several diagnostic diagrams and ratios maps highlighting the different impact of several shock parameters such as the location of incomplete shock, impact velocities and electron densities. In addition, abundance maps of oxygen, nitrogen and sulfur are presented to assess the chemical composition of the remnant. The second part of the thesis is dedicated to the analysis of Cassiopeia A with SpIOMM. All the [N II] NAK NAK6548,6583 and [S II] NAK NAK6716,6731 emissions have been mapped, allowing the analysis of the nitrogen rich quasi-stationnary flocculi as well as the fast moving ejecta visible in [S II]. We used multi-epoch observations from the Hubble Space Telescope combined with data taken with SpIOMM to generate a three-dimensional spatial view of the [S II] NAK NAK6716, 6731 emissions showing their location, expansion velocity and the [S II] doublet line ratio for multiple locations in the remnant. Finally, we re-evaluate the distance to Cas A using a new method and obtained 3.33ACK0.10 kpc.

Mon projet de maîtrise visait le développement d'un dosimètre à fibre scintillante pour la curiethérapie. Ce dosimètre permettrait de faire face plus aisément aux cas complexes d'irradiation, de plus en plus fréquents en raison de l'arrivée de nouvelles modalités de traitement. Le dosimètre à fibre scintillante al' avantage de posséder un petit volume sensible, d'être équivalent à l'eau et d'être peu coûteùx. Ce mémoire présente donc le processus de conception d'un nouveau type de dosimètre. Des mesures effectuées à l'aide de l'équipement de traitement du centre de radio-oncologie de l'Hôtel-Dieu de Québec montrent en effet la capacité d'effectuer des mesures de profil et de rendement en profondeur pour un faisceau de photons. Des mesures de dose in vivo pour un traitement de curiethérapie sont aussi présentées.

Les galaxies suivent habituellement une relation de masse-métallicité, où les galaxies plus massives sont plus riches en métaux que les galaxies moins massives. Toutefois, les galaxies naines de marée ne suivent pas cette relation. Ce type de galaxies naines se forment lors d'interactions, de collisions ou de fusions de galaxies. Puisqu'elles se forment à partir de gaz et d'étoiles de galaxies parentes plus massives, elles héritent de leur métallicité. Les galaxies naines de marée sont donc plus riches en métaux que les galaxies naines standards formées dans le scénario CDM. Ce modèle s'applique bien aux galaxies naines de marée formées dans l'Univers local. Or, les galaxies étaient beaucoup moins enrichies en métaux lorsque l'Univers était plus jeune. On se demande alors si les galaxies naines de marée formées à haut décalage vers le rouge peuvent être différenciées des galaxies naines standards par leur métallicité. Pour répondre à cette question, j'ai réalisé cinq simulations de fusion de galaxies à un décalage vers le rouge de 3. Plusieurs galaxies naines de marée se sont formées lors des collisions. Bien que la métallicité initiale des galaxies parentes soit faible, le sursaut de formation stellaire déclenché par la fusion permet un enrichissement rapide du milieu et induit de la formation stellaire dans les galaxies naines de marée. Ces dernières s'enrichissent alors par elles-mêmes jusqu'à devenir riches en métaux. J'en conclus que les galaxies naines de marée ne devraient pas suivre la relation de masse-métallicité, peu importe leur époque de formation. / Galaxies usually follow a mass-metallicity relation, where higher-mass galaxies are typically more metal-rich than the lower mass galaxies. Yet, tidal dwarf galaxies are outliers to this relation. This kind of dwarf is formed in galactic mergers. Since their material comes from the parent galaxies, they are typically more metal-rich than regular dwarfs. However, galaxies were far less enriched when the Universe was younger. One can ask if tidal dwarf galaxies that formed at high redshift can be chemically distinguished from regular dwarfs? To answer this question, I simulate gas-rich mergers in which I identify many tidal dwarf galaxies. While the initial abundance in metal was low, the merger allows a rapid enrichment and all tidal dwarfs end up with high abundances. I conclude that tidal dwarf galaxies should be outliers to the mass-metallicity relation, no matter their epoch of formation

Les systèmes laser en fibre optique de verre fluoré se sont placés en tête de file pour la génération de lumière cohérente dans l’infrarouge moyen, de 2 à 5 μm. En particulier, les lasers à fibre opérant à 3 μm ont attiré une attention considérable puisqu’ils permettent le développement d’applications en spectroscopie, en contre-mesure militaire et en médecine. De ce fait, ces lasers ont connu des progrès considérables en termes de puissance, de qualité de faisceau, de fiabilité et de compacité dans la dernière décennie. Cette thèse s’inscrit dans cette démarche d’accroissement des performances des lasers à fibre infrarouges opérant à 3 μm. Ainsi, elle présente différents systèmes laser en fibre de verre fluoré et détaille les composants tout-fibre qui ont permis d’atteindre des records d’efficacité énergétique, de puissance et d’énergie par impulsion.Trois types de sources laser, chacune ayant établi un record de performance, ont été investiguées. Tout d’abord, une efficacité laser record de 50% a été obtenue à partir d’un laser à fibre opérant à 2.8 μm en utilisant le principe de cascade laser à 2.8 et 1.6 μm. Ensuite, un amplificateur à fibre, basé sur des fibres dopées à l’ion erbium et aux ions holmium et praséodyme, a permis d’amplifier des impulsions picosecondes à 3 μm d’une source laser à l’état solide pour obtenir une énergie par impulsion (122 μJ) et une puissance moyenne (2.45 W) records. Finalement, une cavité laser tout-fibre dopée à l’ion erbium opérant autour de 3 μm, dépourvue d’épissures fusionnées, a mené à la démonstration d’une puissance laser recordde 41.6 W. D’autre part, cette thèse a ciblé différents obstacles limitant l’accroissement de la puissance des lasers à fibre opérant à 3 μm, et a permis d’identifier des pistes de solutions pour pallier ces limitations. En l’occurrence, la photodégradation de l’extrémité de sortie des lasers à fibre à 3 μm, causée par la diffusion de la vapeur d’eau ambiante, limite la durée de vie et la puissance maximale de ce type de laser. Ainsi, le dernier volet de cette thèse a été consacré à l’étude expérimentale de la photodégradation d’embouts de protection à base de verre fluoré ou d’oxyde. Cette étude a mené au développement d’une nouvelle méthode permettant d’inhiber la diffusion de la vapeur d’eau dans les embouts de protection. Cette thèse représente une avancée majeure dans le contexte de l’accroissement de la puissance des sources laser en fibre optique opérant à 3 μm et démontre leur potentiel indéniable pour remplacer d’autres types de lasers dans une multitude d’applications. / Fluoride fiber laser technology is one of the noteworthy tools for generating coherent mid-infrared signal between 2 to 5 μm that has made outstanding progress over the last decade interms of compactness, reliability, high beam quality, and output power. In the mid-infrared spectral region, laser emission near 3 μm is crucial for many applications such as spectroscopy, counter measures and medicine. In addition, there has always been an increasing demand for higher laser output parameters to open new doors for potential applications.This dissertation presents a series of experimental studies of fluoride fiber laser systems, either in continuous wave or pulsed regime, and of their critical in-fiber components to achieve a laser emission with high slope efficiency, output power, and pulse energy near 3 μm. During this PhD project, three main 3 μm-class fluoride fiber laser sources, each representing at least one record output parameter in their own category, have been investigated. First, the highest optical-to-optical efficiency (50%) at 2.8 μm was achieved from a diode-pumped fiber laser cavity by cascaded transitions of 2.8 μm and 1.6 μm in a low-doped erbium fluoride fiber. Then, active media based on erbium and holmium/praseodymium zirconium fluoride fibers seeded by a sub-ns solid-state laser enabled to achieve highest pulse energy (122μJ)and average power (2.45 W) from a picosecond fiber laser amplifier operating near 3 μm. Lastly, the highest average power 3 μm-class laser (41.6 W) has been demonstrated by using asplice-less heavily erbium-doped fluoride fiber medium. The major problems during the high-power laser operation have been investigated and potential solutions were proposed. The most common problem of all the high-power 3 μm fiber laser demonstrations is the degradation of the fiber tips due to OH migration, which limits the output power and can lead to catastrophic failures. Therefore, in the last part of the PhD project, the performance of fluoride- and oxide-based endcap components under high-power 3 μm laser emission has been experimentally investigated and a novel endcapping method was proposed for suppressing the OH migration. Experimental studies in this PhD project represents a significant advance for further power scaling of 3 μm fluoride fiber laser sources and shows their potential to replace other laser technologies.

La présente thèse de doctorat rapporte une étude expérimentale sur la réflexion résonante de la lumière dans des structures hélicoïdales à bande photonique interdite. Plusieurs aspects optiques et électro-optiques des cristaux liquides cholestériques sont abordés en concentrant l’attention sur deux effets principaux: l’influence des conditions aux limites (mécaniques et optiques) sur les propriétés optiques des couches de cristaux liquides cholestériques et le contrôle de la bande interdite de ces dernières. On présente un élément à double-rétroaction optique basé sur une cavité de Fabry-Pérot remplie de cristal liquide cholestérique. Les propriétés spectrales et de polarisation de cet élément sont caractérisées expérimentalement et par des simulations théoriques. Un changement mineur dans la structure en haut (cavité de Fabry-Pérot) nous a permis d’obtenir une transmission non-réciproque de la lumière sans application d’un champ externe à l’élément en question. Nous avons observé une transmission non-réciproque de la lumière par un système qui ressemble beaucoup aux structures naturelles observées sur certaines carapaces d’insectes (par exemple, sur les élytres de certains coléoptères): une simple couche de matière transparente linéaire dans son état fondamental. L’effet est défini par deux facteurs principaux: la chiralité et la périodicité de la matière ainsi que les conditions asymétriques aux surfaces limites. Concernant la partie sur le contrôle de la bande interdite, nous présentons la création et l’utilisation du mélange de cristal liquide cholestérique à deux fréquences pour le ‘déroulement’ et la reconstruction dynamique de la structure hélicoïdale. Le processus de reconstruction est accéléré d’un ordre de grandeur par l’application de champs électriques modérés. L’étape suivante du contrôle de la bande interdite est l’accord en longueur d’onde de la bande interdite. Un effet électromécanique est utilisé pour générer et étudier l’auto-adaptation du pas d’hélice de la couche de cristal liquide cholestérique. L’anisotropie négative diélectrique a permis d’assurer la stabilisation de la structure hélicoïdale de la couche pendant l’application du champ électrique qui a aussi changé l’épaisseur de la couche de cristal liquide en pliant un des substrats minces de la cellule. Cette déformation de la couche a généré un d’accord (et des sauts) des longueurs d’onde de la bande interdite. Les études spectrales et morphologiques pendant les changements de la bande interdite sont présentées et discutées. / The present PhD thesis reports experimental study of resonant reflection in helicodal photonic band gap structures. Several optical and electro-optical properties of cholesteric liquid crystals are investigated where attention was concentrated on two principal phenomena: the influence of mechanical and optical boundary conditions on optical properties of cholesteric liquid crystal layers and control of photonic band gap of cholesteric liquid crystals. The creation of a double-feedback optical element based on a Fabry-Perot cavity filled with a planar aligned cholesteric liquid crystal mixture is presented. The polarization and spectral properties of this element are characterized experimentally and simulated theoretically. Experimental results are obtained for the transmittance dependence upon the orientation of the linear polarization plane and the polarization state of incident probe beam. A slight change in above mentioned structure (Fabry-Perot cavity) let us obtain a non-reciprocal transmittance of light without applying any external field. We observed an optical non reciprocity in a material system that is very close to natural structures, such as insect skin: a single layer of linear transparent material in its ground state. The process is shown to be defined by two key parameters: the chiral and periodic nature of the material and its asymmetric boundary conditions. In the part of band gap control, we present the creation and the use of dual frequency cholesteric liquid crystal mixtures for the dynamic electrical unwinding and forced (accelerated) restoring of their molecular helix. The restoring process is accelerated almost by an order of magnitude for quite moderate voltages used. The next step of band gap control is the tuning of band gap (wavelength). Strong electromechanical effect was used to generate and study self-adaptation and pitch jumps in a layer of cholesteric liquid crystal. The negative dielectric anisotropy of the material allowed its stabilization by the electric field and important thickness changes, achieved thanks to the use of a very thin substrate, allowed the observation of multiple dynamic jumps at fixed deformation conditions. Spectral and morphological studies of the material during those jumps were performed and are presented.

Afin de caractériser la structure morphologique et les populations stellaires d'un échantillon de treize galaxies spirales, j'ai analysé des images WISE et GALEX, et j'ai construit des diagrammes magnitude-magnitude et couleur-magnitude pixel à pixel. Les diagrammes présentent des groupes de pixels qui correspondent spatialement aux composantes structurales des galaxies. Les diagrammes ainsi que les profils radiaux de brillance de surface indiquent que les variations de la densité surfacique de masse de la vieille population stellaire jouent un rôle important dans la différenciation des structures. On estime l'âge des jeunes complexes stellaires et l'extinction dans ces galaxies en les comparant à des modèles de populations stellaires simples nées de sursauts de formation stellaire instantanée. L'étude de ces propriétés est possible grâce à la combinaison des données ultraviolettes et infrarouge et à la grande sensibilité de la couleur ultraviolette à la variation de l'âge. On observe un gradient d'extinction dont la pente est liée à la présence d'une barre ou d'une activité nucléaire : en effet, l'extinction décroît avec la distance galactocentrique et la pente est plus petite pour les galaxies ayant une barre ou une activité nucléaire. On observe également un gradient d'âge où les régions externes sont moins évoluées que celles du centre sauf pour les galaxies de type tardif. / To characterize the morphological structure and the stellar populations of a sample of thirteen spiral galaxies, we analyzed WISE and GALEX images, and constructed pixel magnitude-magnitude and color-magnitude diagrams. The diagrams reveal groups of pixels which spatially trace the structural components of the galaxies. The diagrams and radial surface brightness profiles indicate that variations in the surface mass densities of the old stellar populations play a major role in the differentiation of structures. We estimate the ages of the young stellar complexes and the dust extinction in these galaxies by means of comparison to models of simple stellar populations born from an instantaneous burst. The study of these properties is possible through the combination of ultraviolet and infrared data and to the high sensitivity of the ultraviolet colour to variations in age. We observe an extinction gradient whose slope depend on the presence of a bar or a nuclear activity : the exctinction decreases with respect to the galactocentric distance and the slope is smaller for galaxies with a bar or with a nuclear activity. There is an age gradient as well, with the external regions being less evolved than the central ones, except for the late-type galaxies.