L’imagerie directe pour la détection et l’identification d’exoplanètes apporte un lot de nouveaux défis en instrumentation astronomique. L’utilisation de coronographes à haut contraste nécessite que les aberrations du système optique ainsi que la turbulence atmosphérique soient très bien corrigées afin de supprimer la lumière de l’étoile de façon à pouvoir détecter clairement les objets moins brillants qui pourraient se trouver à proximité de celle-ci. Il devient donc nécessaire d’utiliser des analyseurs de front d’onde spécialisés dans la détection rapide des bas ordres (typiquement les fines erreurs de pointage et de foyer) afin d’atteindre des niveaux de contraste entre l’étoile et une planète de l’ordre de 10 / Direct imaging aimed at the detection of exoplanets raises new challenges in astronomical instrumentation. The use of high-contrast coronographs to do such tasks requires that the optical system as well as all atmospheric turbulance are corrected near the limit of diffraction in order to remove the light from the adjacent star and detect faint objects that could be near that star. These tight requirements on stability require the use of wavefront sensor specialised in the fast and accurate detection of low-order aberrations (typically pointing and focus errors) to achieve the contrast of 10

L’étude des propriétés viscoélastiques des cellules entières par microscopie optique permet de soutirer de l’information unique sur les caractéristiques des cellules. Il est d’autant plus pertinent d’analyser ces propriétés tout au long de la maturation des cellules en culture pour en extraire de l’information sur le développement ainsi que sur la santé de celles-ci. Cependant, la grande majorité des techniques d’imagerie nécessite l’ajout d’un agent de marquage, alors que les méthodes permettant de mesurer les propriétés viscoélastiques cellulaires sont d’autant plus invasives. L’emploi de la microscopie holographique numérique est proposé, car cette méthode permet d’imager en temps réel des cellules en culture sans technique de marquage et d’en tirer des données quantitatives. De plus, la microscopie holographique numérique permet d’observer à l’échelle nanoscopique des déformations induites sur ces cellules, sans contact physique entre les cellules et un instrument externe. Le but de ce projet est de développer des tests en écoulement cisaillé permettant d’obtenir les propriétés viscoélastiques des cellules entières de façon précise et non invasive. Les réponses en déformation des cellules, face à la contrainte induite par le fluide en mouvement, sont ensuite interprétées par des modèles viscoélastiques auxquels les propriétés, telles que les constantes de rigidité et de viscosité, sont extraites pour toute la culture simultanément. Les résultats ont montré que les tests en écoulement cisaillé permettent de mesurer les propriétés viscoélastiques des cellules entières de façon non invasive. Une différence significative a été observée entre les propriétés des cellules NIH 3T3, HEK 293T/17 et des neurones. La constante de rigidité E1, ainsi que la constante de viscosité h2 des modèles Standard et Burgers sont des propriétés viscoélastiques des cellules entières permettant la distinction de ces types cellulaires. / The study of viscoelastic properties of whole-cell by optical microscopy allows one to obtain unique information on cell features. It is all the more important to assess those properties all along cultured cell maturation to extract information on its development and health. However, a vast majority of imaging techniques require a marking agent, whilst methods to measure viscoelastic properties are equally invasive. The use of digital holographic microscopy is proposed, since this method allows to image cell culture in real-time without a marking technique and provides quantitative images. Moreover, digital holographic microscopy provides screening deformation at nanoscopic scale induced on cells, without physical contact between the cells and an external instrument. The goal of this project is to develop shear flow assays allowing precise and non-invasive measurements of whole-cell viscoelastic properties. Cell deformation responses caused by the fluid shear stress are interpreted by viscoelastic models where rigidity and viscosity constants are extracted for the whole cell culture simultaneously. Results have shown that shear flow assays allow non-invasive whole-cell measurements of viscoelastic properties. A significant difference between cell properties of NIH 3T3, HEK 293T/17 and neurons have been found. The rigidity constant E1 and the viscosity constant h2 from Standard and Burgers models are viscoelastic properties to be used to discriminate those cell type.

Le modèle de Skyrme, dont la première apparition remonte au milieu du 20ième siècle, est maintenant interprété comme une théorie efficace de la chromodynamique quantique dans la limite des basses énergies. Dans ce modèle, une description des noyaux atomiques les plus stables s’avère possible à l’aide d’une structure solitonique qui possède une charge topologique conservée. Ce présent travail s’appuie sur une récente extension du modèle de Skyrme original suggérée par Marleau et coll., c’est-à-dire le modèle de Skyrme quasi-BPS, et propose l’étude de deux hypothèses de départ (ansatz) pour la paramétrisation du champ mésonique. Les résultats obtenus à partir de ces deux hypothèses de départ ont été comparés et analysés selon deux approches principales, la première favorisant un développement perturbatif des équations de champs (qui permet des solutions analytiques) et la seconde s’appuyant sur un algorithme de recuit simulé pour obtenir des solutions numériques complètes du modèle au niveau classique.

Ce document traite de la production et de la caractérisation des miroirs liquides recouverts d'un film d'argent. J'ai réalisé des miroirs d'un mètre de diamètre de très bonne qualité à l'aide d'une technique que j'ai développée. J'ai analysé ces miroirs avec les tests de Foucault et de Ronchi. Ces tests ont révélé qu'ils sont moins sensibles aux vibrations que ceux au mercure, mais ont une surface plus granuleuse qui peut toutefois être améliorée par une nébulisation de solvant. Ces tests ont également démontré que les miroirs liquides sont inclinables, car un film d'argent à la surface d'un liquide hydrophile atténue la formation de défauts de surface due à l'effet de «print-through» et à l'écoulement de celui-ci. Pour terminer, j'ai prouvé qu'avec trois nébulisations de solvant la quantité de lumière diffusée par le miroir avec un film d'argent est diminuée de 93 %.

Le faisceau Bessel, solution exacte de l’équation d’onde, possède une zone où il garde pratiquement la même forme et les mêmes dimensions ; dans cette zone, il ne diffracte pas. Cette propriété intéressante a amené, depuis les années 80, plusieurs groupes de recherche à concevoir des cavités laser produisant ce type de faisceau non-diffractant. Une des difficultés de cette tâche réside dans la sélection des modes transverses du résonateur. Dans la plupart des cas, le problème est résolu en bloquant les modes supérieurs avec un iris, ce qui limite souvent le faisceau en propagation et en puissance. Ce projet de résonateur Bessel propose une nouvelle manière de sélectionner les modes en utilisant un miroir coupleur de petite taille, laquelle est adaptée aux dimensions du lobe central du faisceau Bessel J0. Le faisceau Bessel est généré à l’intérieur de la cavité grâce à un miroir conique, ou axicon, conçu et caractérisé dans nos laboratoires tout comme le coupleur. Une fois la cavité montée et alignée, nous avons mesuré les différentes distributions en champ proche, en champ lointain et à l’intérieur de la cavité. Les simulations numériques faites à l’aide de la méthode de Prony, pour le calcul de la proportion des principaux modes transverses présents dans le résonateur, nous ont permis d’observer de grandes similitudes avec les distributions mesurées. Il s’avère que le mode principal, comme le révèlent les simulations du champ lointain, n’est pas tout à fait un faisceau Bessel J0, quoique très ressemblant. Le calcul de l’énergie encerclée du mode dominant en champ lointain est presque identique à celui de l’énergie encerclée sur les distributions obtenues expérimentalement, le bruit en moins, ce qui semble confirmer l’unicité du mode transverse issu de la cavité.

Si les biologistes connaissent bien les réactions biochimiques des cellules, il n'en est pas de même d'un point de vue mécanique. En effet, un facteur de survie des cellules est leur faculté d'adaptation à leur environnement ainsi que leur réaction face à un stress physique. Les biologistes cherchent donc à connaître les forces en jeu dans ces réactions pour définir un modèle mécanique de la cellule, d'où la nécessité de développer un système de mesure adapté. Ce mémoire propose une description détaillée de mon travail sur la construction d'un microscope à force photonique (PFM). L'idée est de développer un outil non destructif permettant de contrôler et mesurer la force appliquée sur les cellules. Le PFM est une évolution de la pince optique où la particule piégée par le faisceau laser joue le rôle de sonde. Par la détection des variations de son mouvement brownien, nous pouvons mesurer des forces de l'ordre de quelques dizaines de piconewtons. Une telle précision a été possible en portant une attention particulière sur la robustesse du système, la quahté des optiques et de la détection ainsi que sur la précision des réglages.

L’objectif de ce mémoire est de partager les connaissances obtenues lors de mon travail sur la spectroscopie à deux peignes et ses applications sur les matériaux solides. Pour y parvenir, certain sujets connexes sont élaborés. Dans l’ordre, on y aborde la physique des lasers, le verrouillage et la stabilisation des modes, l’interférométrie générale et celle des peignes, ainsi que la modification des impulsions des peignes de fréquence en utilisant l’ptique non-linéaires. On présente ensuite deux études expérimentales. La première porte sur la combinaison de la spectroscopie à deux peignes avec la technique pompe-sonde et la seconde sur l’analyse de la variance baseline en contexte de la spectroscopie à deux peignes. / The goal of this memoire is to communicate my work regarding the application of dual comb spectroscopy to materials beyond traditional gas phase spectroscopy. A variety of topics required to understand my work are presented, such as general laser physics, mode-locking, stabilization of the repetition rate and carrier envelope offset, interferometry, dual comb spectroscopy, and the modification of said combs via non-linear optics. Two experimental studies are presented as well. These include the combination of dual comb spectroscopy with the pump-probe technique, as well as an analysis of baseline variance incontext of dual comb spectroscopy.

Les propriétés non linéaires des matériaux dans la gamme infrarouge lointain ont été relativement peu étudiées. Ce phénomène est dû à l'absence, jusqu'à tout récemment, de sources dans cette gamme qui soient à la fois cohérentes et intenses. Certains lasers moléculaires et les lasers à électrons libres ont permis de pallier ce manque. Cependant ces sources sont soit difficilement accordables, soit très onéreuses et volumineuses. Nous présentons ici une source dite optoélectronique qui est cohérente, potentiellement accordable entre 17 et 600 æm, intense, peu volumineuse et peu coûteuse. La première partie du projet a consisté à développer l'aspect d'accordabilité de la source au moyen du battement entre deux faisceaux laser. Nous avons montré qu'une méthode de réinjection de photons cohérents permettait d'augmenter significativement le contraste de battements de fréquence entre 0.5 et plus de 15 THz. Ces battements ont ensuite été amplifiés et utilisés pour générer un rayonnement infrarouge lointain à 180 et 510 æm avec une énergie de 0.4 æJ.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La dernière décennie a vu se développer une approche novatrice et efficace pour modéliser la propagation de maladies infectieuses dans des populations: l'épidémiologie par réseaux de contacts. Utilisant des réseaux complexes pour tenir compte des interactions permettant la transmission de maladies infectieuses entre les individus, la percolation de liens de tels réseaux permet de prédire l'issue d'une épidémie et donc d 'aider à tester et à améliorer les politiques de santé publique. Nous présentons un nouveau modèle de percolation de liens sur des réseaux complexes possédant une quelconque distribution de degrés et où l'hétérogénétité de la probabilité d'occupation des liens est explicitement intégrée. Puisque plusieurs maladies infectieuses possèdent une transmissibilité hétérogène, due aux différences physiologiques et comportementales entre les individus, ce modèle permettra des études beaucoup plus précises et détaillées et pourra participer à l'élaboration de politiques de santé publique mieux adaptées à la réalité.

Les travaux présentés dans cet ouvrage concernent l’étude de la dynamique des lasers à fibre à synchronisation modale passive. Le mécanisme qui assure la formation des impulsions repose sur un principe d’interférométrie non linéaire (i.e. rotation non linéaire de la polarisation). Or, ce mécanisme possède la particularité de voir son action être renversée lorsque la puissance des impulsions dépasse un certain seuil, i.e. les ailes observent un gain plus élevé que le centre de l’impulsion. Le train d’impulsions devient alors instable, une situation généralement suivie de l’apparition d’une ou plusieurs impulsions additionnelles. Dans ce nouveau régime, il est courant d’observer la formation de groupes d’impulsions cohérentes. La nature de l’interaction en jeu diffère selon que la dispersion observée par les impulsions est plus ou moins élevée. Dans le cas où la dispersion résiduelle de la cavité permet la propagation d’impulsions solitoniques, il a été montré que ce phénomène est relié à l’interaction non linéaire entre les impulsions et les ondes dispersives résonantes émises suite aux perturbations périodiques encourues par les impulsions suivant leur propagation dans la cavité. Toutefois, dans le cas où des milieux de dispersion positive et négative sont disposés dans la cavité pour faire en sorte de réduire la dispersion résiduelle de celle-ci, les bandes latérales associées aux ondes dispersives résonantes s’en trouvent fortement atténuées en raison de la dérive de fréquence (importante) observée par les impulsions dans chaque portion de la cavité. En fait, on montre que la formation des groupes d’impulsions résulte plutôt de l’interaction directe entre les impulsions puisque celles-ci sont amenées à se superposer partiellement sur une portion significative de la cavité. Également, dans ce même régime, on rapporte l’observation de collisions qui se produisent entre des groupes d’impulsions voyageant avec des vitesses différentes. Divers scénarios sont observés suivant les modifications plus ou moins importantes entraînées par la collision. En effet, il n’est pas nécessaire que l’énergie et la quantité de mouvement soient conservées lors des collisions entre les impulsions dans le laser puisqu’il s’agit d’un système dissipatif. En outre, dans le cas où les collisions se répètent sur une base périodique, l’acquisition d’une séquence d’autocorrélations a permis de mettre en évidence la dynamique particulière qui caractérise le processus de collision. / The work presented herein is primarily concerned with the dynamics of passively mode-locked fiber lasers. The mechanism used for achieving pulse emission relies on nonlinear interferometry (i.e. nonlinear polarization rotation). However, the same mechanism acts as a limiter whenever the pulse power is increased above a given amount, i.e. the wings are subject to a higher gain than the peak of the pulse. The pulse train then becomes unstable and the creation of one or more additional pulses follows from this instability. In this new regime, it is not unusual to observe the formation of coherent states of bound pulses. The nature of the interaction responsible for this phenomenon depends on the amount of dispersion experienced by the pulses along the laser cavity. In the case of a cavity that sustains the formation of solitons, the occurrence of pulse bound states was shown to result from the nonlinear interaction between the pulses and the resonant dispersive waves emitted as a result of the periodic perturbations the solitons undergo on successive cavity round trips. In contrast, for the case of a cavity built from positive and negative dispersion fibers such as to reduce the net dispersion, the sidebands related to the resonant dispersive waves are greatly reduced because of the significant frequency chirp the pulses acquire along each fiber segment. Thus we show here that the formation of pulse bound states results instead from the direct interaction between the multiple pulses since the pulses interfere with one another on a significant part of the laser cavity. In addition, in the same regime, we report the observation of collisions occurring between pulse bound states traveling with different group velocities. This process may result in several outcomes, depending on the changes the bound states undergo during the collisions. In fact, energy and momentum need not be conserved in the process since the laser is a dissipative system. Finally, in the case of collisions that repeat periodically, the acquisition of a sequence of autocorrelations allowed us to verify the peculiar dynamics that characterizes the collision process.