Dans les écosystèmes, tels que les rivières, les marais salés, les mangroves, les dunes côtières, qui sont exposés à des flux hydrogéomorphologiques fréquents et réguliers (c’est-à-dire à des perturbations physiques), des rétroactions se mettent en place entre la géomorphologie (eau, sédiments et formes fluviales) et les plantes (par exemple Populus nigra L., Salix alba L., Salix purpurea L. dans les rivières). L’établissement de la végétation est contrôlé par des processus hydrogéomorphologiques qui, en retour, sont modulés par la végétation. De telles rétroactions contrôlent la dynamique des écosystèmes riverains. Dans cette thèse, nous avons abordé deux questions principales afin de mieux comprendre les rétroactions entre la végétation riveraine et les processus hydrogéomorphologiques : (i) comment la végétation riveraine répond-elle aux contraintes hydrogéomorphologiques ? (ii) comment et dans quelle mesure les plantes ingénieures, une fois établies, affectent-elles la géomorphologie fluviale ? Nous avons étudié ces questions sur la rivière Allier (France) à travers une approche emboîtée multi-échelles allant de l’échelle du patron paysager au trait de plante. Nous avons testé l’applicabilité de la méthode de photogrammétrie pour quantifier la réponse et l’effet de la végétation riveraine et des rétroactions biogéomorphologiques à différentes échelles spatio-temporelles (corridor, banc alluvial et individu). À l’échelle du corridor, nous avons recherché la signature topographique de la végétation riveraine dans le paysage, en utilisant des données photogrammétriques et LiDAR. À l’échelle intermédiaire du banc alluvial, nous avons étudié l’aptitude des trois espèces pionnières dominantes riveraines de Salicaceae (P. nigra, S. purpurea, S. alba) à s’établir et à agir comme ingénieurs d’écosystème en piégeant les sédiments fins. À l’échelle la plus fine du trait de plante, nous avons quantifié la relation existante entre les attributs de trait de réponse des jeunes plantes de P. nigra et leur exposition à trois niveaux différents de stress mécanique (tête de banc fortement exposée, queue de banc moins exposée, chute alluviale). Nous avons identifié les difficultés et les erreurs à ne pas commettre pour appliquer correctement la photogrammétrie dans les études des rétroactions biogéomorphologiques. En tout état de cause, la photogrammétrie s’est avérée être un outil performant pour quantifier un ensemble de paramètres pertinents pour répondre à des questions de recherche fondamentale aux trois échelles spatiales considérées. À l’échelle la plus large, la signature topographique de la végétation est particulièrement difficile à identifier en raison de la dynamique complexe des formes fluviales de la rivière Allier. Cependant, en concentrant les observations sur des zones de taille réduite et fortement connectées (bancs alluviaux bordant le chenal), la signature de la végétation a pu être identifiée par cette méthode. Elle semble augmenter avec la croissance de la hauteur végétale (progression temporelle de la succession biogéomorphologique), ce qui est en accord avec le modèle de succession biogéomorphologique fluviale (SBF). À l’échelle intermédiaire du banc alluvial, les rétroactions biogéomorphologiques pouvaient être bien identifiées. La capacité des plantes riveraines à s’établir et à agir comme ingénieurs d’écosystème dépend à la fois des espèces et de leur physionomie, de leur âge et de leur position respective sur les bancs alluviaux. À l’échelle la plus fine de l’individu, nous avons capturé la réponse morphologique et biomécanique contrastée de P. nigra à l’exposition aux différents niveaux de contrainte mécanique d’un point de vue de trait. Dans tous les niveaux hiérarchiques, des rétroactions biogéomorphologiques liées aux échelles ont été détectées et synthétisées dans un modèle conceptuel. [...] / N ecosystems, such as rivers, salt marshes, mangroves, coastal dunes which are exposed to frequent and regular hydrogeomorphic fluxes (i.e. physical disturbances), feedbacks between geomorphology (water, sediment and landforms) and plants (e.g. Populus nigra L., Salix alba L., Salix purpurea L. in rivers) can occur. Vegetation esta¬blishment is controlled by hydrogeomorphic processes which in turn are modulated by vegetation. Such feedbacks control riparian ecosystem dynamics. In this thesis, we addressed two main questions in an effort to better understand feedbacks between riparian vegetation and hydrogeomorphic processes: (i) How does riparian vegetation respond to hydrogeomorphic constraints? (ii) How, and to what extent, do established engineer plants affect fluvial geomorphology? We studied these questions through a nested multi-scale approach from landscape pattern to plant trait scales on the dynamic wandering Allier River (France). We tested the applicability of the method of photogrammetry to quantify the response and the effect of riparian vegetation and biogeomorphic feedbacks at different spatio-temporal scales (i.e. corridor, alluvial bar and individual). At the corridor scale, we searched for the topographic signature of riparian vegetation in the landscape, using photogrammetric and LiDAR data. At the intermediate alluvial bar scale, we investigated the aptitude of three dominant pioneer riparian Salicaceae species (P. nigra, S. purpurea and S. alba) to establish and to act as ecosystem engineers by trap¬ping fine sediment. At the finest, plant trait scale, we quantified the relation between response trait attributes of young P. nigra plants and their exposure to three different levels of mechanical stress (a highly exposed bar-head, a less exposed bar-tail, a chute channel). We identified some difficulties or failures to properly apply photogrammetry in biogeomorphic feedback studies. However, photogrammetry appeared as a useful tool to quantify a set of relevant parameters to respond to fundamental research questions concerning biogeomorphic feedbacks at the three nested spatial scales. At the broadest, the topographic signature of vegetation was not easy to capture because of the complex shifting mosaic of landforms of the Allier River. However, by focusing on more connec¬ted, restricted areas (i.e. alluvial bars), the signature of vegetation could be captured. It seems to increase with increasing vegetation height corresponding to the evolutionary phases of the fluvial biogeomorphic succession (FBS) model. At the intermediate, alluvial bar scale, biogeomorphic feedbacks could be well identified. The capacity of riparian plants to establish and act as ecosystem engineers depended both on species and their physiognomy, their age and their location on alluvial bars. At the finest, individual plant scale, we captured the contrasting morphological and biomechanical response of P. nigra to variable mechanical stress exposure from a trait perspective. In all hierarchical levels, scale-related biogeomorphic feedbacks were detected and described in a conceptual model. The three scales were considered as cycles composed of four different phases, which can have a variable temporality. The broadest spatio-temporal scale represents the evolution over several decades of the landscape mosaic resulting from the balance between constructive (vegetation establishment, growth and succession) and destruc¬tive (floods) forces. [...]

Le thème central de ce travail de thèse est consacré à la mesure de concentrations de gaz à l'état de traces par spectroscopie d'absorption à haute sensibilité dans le domaine de l'infrarouge et du visible. Différentes sources spectrales sont employées, des lasers à émission verticale en cavité externe (VECSELs), des diodes laser à cavité externe (ECDLs) et des diodes électroluminescentes à émission large bande (LEDs). Deux techniques sont abordées : la OF-CEAS (Optical-Feedback Cavity--Enhanced Absorption Spectroscopy) et la IBB-CEAS (Incoherent Broadband-Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy).<br /><br />D'abord, les notions nécessaires à la compréhension des techniques considérées sont présentées. Suit la description du développement d'un système IBB-CEAS avec une source LED émettant autour de 643 nm, avec application à la détection des oxydes d'azote à l'état de traces. Les résultats obtenus mettent en avant les avantages de cette technique en termes de simplicité, robustesse et de compacité. La limite de détection obtenue pour le radical NO2 est estimée à 1 ppbv pour deux minutes de temps d'acquisition.<br /><br />Pour la deuxième étude concernant une source laser de type VECSEL émettant à 2.3 μm et pompé optiquement, le résultat principal a été l'obtention d'un balayage monofréquence sur une grande plage spectrale de l'ordre de 16.5 cm-1. Cela a demandé un balayage simultané de la température et de la longueur de la cavité laser. Ensuite, des essais préliminaires on été effectués pour coupler cette source avec la technique OF-CEAS. Ces essais ont révélé un problème de stabilité du comportement monofréquence de la source VECSEL en présence de rétroaction optique.<br /><br />Enfin, la faisabilité de la technique OF-CEAS avec une source ECDL émettant dans l'infrarouge proche pour le diagnostic des décharges à basse pression a été démontrée. Le coefficient d'absorption minimale obtenu est de l'ordre de 10-9 cm-1 pour un temps d'acquisition court (0.1 s), valeur typique atteinte auparavant dans divers systèmes OF-CEAS. Des essais ont été réalisés avec une décharge en flux d'argon avec des traces de méthane autour de 1 mbar. Le même niveau de bruit a été observé que sans décharge. Cependant, dans la gamme spectrale accessible avec le ECDL disponible, les radicaux de type CHX produits dans ce type de décharge n'ont pas été détectés.

L'utilisation de boucles de rétroaction est au cœur de nombreux systèmes de contrôle classiques. Un contrôleur compare le signal mesuré par une sonde à la valeur de consigne. Il dirige alors un actionneur pour stabiliser le signal autour de la valeur ciblée. Étendre ces concepts au monde quantique se heurte à une difficulté fondamentale : le processus de mesure modifie inévitablement par une action en retour le système à contrôler. Dans ce mémoire, nous présentons la première réalisation d'une boucle de rétroaction quantique utilisée en continu. Le système contrôlé est un mode du champ électromagnétique piégé dans une cavité Fabry-Pérot micro-onde de très haute finesse. Des atomes de Rydberg circulaires réalisent par une succession de mesures dites faibles une mesure quantique non-destructive du nombre de photons dans le mode. Étant donnés les résultats de ces mesures, et connaissant toutes les imperfections expérimentales du système, un ordinateur de contrôle estime en temps réel la matrice densité du champ piégé dont il déduit l'amplitude de champs micro-ondes classiques à injecter permettant de stabiliser l'état du champ autour d'un état cible. Dans ce mémoire, nous montrons comment nous avons été capables de préparer sur demande et de stabiliser les états de Fock du champ contenant de 1 à 4 photons.

Dans les systèmes parcourus par un flux d'énergie ou de matière, des phénomènes d'auto-organisation sont possibles. Le système quitte son état d'équilibre thermodynamique, ses composants s'organisent en " structures dissipatives ", aussi appelées des " patterns ". En optique, on observe de tels " patterns " dans les dimensions transverses des faisceaux laser lors de leur propagation dans certains matériaux nonlinéaires.Nous étudions ici les patterns observés dans un système photoréfractif à simple rétroaction optique. Le faisceau incident et le faisceau réfléchi par le miroir interfèrent dans le cristal photoréfractif et modifient ses propriétés électro-optiques. Cette modification influence en retour la propagation des faisceaux. Si le faisceau incident est suffisamment intense, le système dépasse le seuil dit d' " instabilité de modulation " : l'observation du faisceau retour montre que l'intensité lumineuse s'est auto-organisée en structures géométriques remarquables, en patterns.Deux axes de recherche sont approfondis. Premièrement, nous étudions l'influence d'un moment angulaire orbital du faisceau incident (appelé alors un faisceau " vortex ") sur le pattern. Cette propriété du faisceau influe sur le phénomène d'auto-organisation et sur la dynamique des structures transverses obtenues. Un modèle numérique du mélange d'onde donne des résultats cohérents avec l'expérience. Deuxièmement, nous étudions le régime très fortement non linéaire, c'est-à-dire dans le cas d'un pompage gaussien classique mais très intense. Nous montrons par une analyse statistique que l'état turbulent observé loin du seuil est parcouru par des événements intenses, des ondes scélérates.

La spectroscopie d'absorption moléculaire est un outil incontournable non seulement pour la physique fondamentale et la métrolgie mais aussi pour des domaines aussi divers que les sciences environnementales, la planétologie ou l'astrophysique. Ces dernières années, des techniques spectroscopiques qui exploitent l'amplification résonnante d'interaction entre lumière laser et molécules dans une cavité optique ont fourni des détectivités exceptionnelles sur l'axe d'absorption, tandis que l'axe de fréquence des spectromètres n'atteignait généralement pas le même niveau de précision.Dans cette thèse, nous avons répondu à ce défi en développant la spectroscopie en cavité par temps de déclin stabilisée en fréquence par rétroaction optique (OFFS-CRDS en anglais). Cette nouvelle technique présente une combinaison unique de stabilité et résolution fréquentielles sub-kHz, d'un niveau d'intensité lumineuse intra-cavité de l'ordre du kW/cm^2, d'une detectivite de 2 x 10^(−13) cm^(−1)Hz^(-1/2) limitée par le bruit de photons, et d'une limite de détection de 8.4 x 10^(−14) cm^(−1) sur une plage spectrale étroite. Ces performances inédites sont dues à l'asservissement de la cavité spectroscopique à un laser balayé en fréquence par modulation à bande latérale unique et stabilisé par rétroaction optique avec une cavité en V de réference ultrastable. Pour transférer la cohérence de ce laser sub-kHz à des lasers plus bruiteux dans d'autres gammes spectrales à travers un peigne de fréquence optique, nous avons exploré une nouvelle méthode de clonage de phase par une correction anticipative à large bande passante et démontré une erreur résiduelle de phase de 113 mrad. En appliquant l'OFFS-CRDS à la spectroscopie du CO2 à 1.6 μm, nous avons obtenu un spectre large bande avec une dynamique de 8 x 10^5, et nous avons déterminé douze fréquences de transition absolues avec une exactitude de l'ordre du kHz en mesurant des Lamb dips sub-Doppler en absorption saturée avec un dispositif équipé d'un peigne de fréquence. Par ailleurs, nous avons procédé à une analyse détaillée des sources d'erreurs systematiques en CRDS et nous avons déduit une formule analytique pour le déclin de cavité non-exponentiel dans un régime faiblement saturé qui est susceptible de contribuer à de futures mesures de moments de transition dipolaire indépendantes de la concentration. Nos résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour des applications métrologiques de l'OFFS-CRDS, comme par exemple l'étude de profils de raie poussés, la mesures de rapports isotopiques et la spectroscopie d'absorption saturée extensive dans le proche infrarouge. / High-precision molecular absorption spectroscopy is a powerful tool for fundamental physics and metrology, as well as for a broad range of applications in fields such as environmental sciences, planetology and astrophysics. In recent years, spectroscopic techniques based on the enhanced interaction of laser light with molecular samples in high-finesse optical cavities have provided outstanding detection sensitivities on the absorption axis, while the spectrometer frequency axis rarely met as high precision standards.In this thesis, we addressed this challenge by the development of Optical Feedback Frequency-Stabilized Cavity Ring-Down Spectroscopy (OFFS-CRDS). This novel technique features a unique combination of sub-kHz frequency resolution and stability, kW/cm^2-level intracavity light intensity, a shot-noise limited absorption detectivity down to 2 x 10^(−13) cm^(−1)Hz^(-1/2), as well as a detection limit of 8.4 x 10^(−14) cm^(−1) on a narrow spectral interval. This unprecedented performance is based on the tight Pound-Drever-Hall lock of the ring-down cavity to a single-sideband-tuned distributed-feedback diode laser which is optical-feedback-stabilized to a highly stable V-shaped reference cavity. To transfer the coherence of this sub-kHz laser source to noisier lasers in other spectral regions through an optical frequency comb, we have explored a novel high-bandwidth feed-forward phase cloning scheme and demonstrated a residual phase error as low as 113 mrad. Applying OFFS-CRDS to the spectroscopy of CO_2 near 1.6 μm, we obtained a broadband spectrum with a dynamic range of 8 x 10^5 and retrieved twelve absolute transition frequencies with kHz-accuracy by measuring sub-Doppler saturated absorption Lamb dips with a comb-assisted setup. Furthermore, we have performed a comprehensive analysis of systematic error sources in CRDS and derived an analytic formula for the non-exponential ring-down signal in a weakly saturated regime, which may contribute towards future concentration-independent transition dipole moment measurements. Our results open up promising perspectives for metrological applications of OFFS-CRDS, such as advanced absorption lineshape studies, isotopic ratio measurements and extensive saturated absorption spectroscopy in the near infrared.

Le modèle cosmologique standard possède plusieurs lacunes pour une description pertinente de l’évolution de notre univers et de ses constituants. Tout d’abord, il laisse en suspens l’explication de l’origine de la matière noire et de l’énergie sombre. Ces composants, introduits ad hoc afin de satisfaire aux observations, représentent ensemble environ 95% du contenu en énergie de l’univers. Un second problème concerne l’indépendance d’échelle du modèle : quel que soit l’échelle du système considéré, il est attendu une dynamique et une géométrie identiques. Il est possible de se détourner du modèle standard et de s’intéresser à des cosmologies inhomogènes et à leur évolution moyenne. Selon ce formalisme, les inhomogénéités au sein d’une échelle influencent globalement la dynamique de cette dernière par un effet dit de rétroaction. Cette démarche très riche propose également une explication élégante au problème des constituants sombres : tous deux apparaissent comme une manifestation effective des inhomogénéités de distributions de matière et de géométrie. Cette thèse s’intéresse aux propriétés des modèles inhomogènes moyennés en relativité générale. Nous proposons dans un premier temps de décrire le comportement global des inhomogénéités selon une évolution de Chaplygin, et selon une évolution de Ginzburg-Landau. Nous montrons également l’instabilité gravitationnelle globale des solutions de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Cette classe de solutions est connue comme étant localement instable sous l’introduction de perturbations ; ici nous montrons qualitativement qu’elle ne fournit pas, en général, une approximation correcte en tant que fond physique. Nous présentons finalement une nouvelle théorie relativiste perturbative, pour laquelle les inhomogénéités scalaires évoluent autour d’un fond général, et non plus autour d’un fond de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker pré-défini. Cette nouvelle étude étend l’applicabilité des cosmologies inhomogènes, et pourrait éventuellement expliquer la formation des grandes structures sans recours à l’énergie noire / The standard cosmological model possesses some shortcomings for a relevent description of our universe and its constituents. First, it leaves in suspense the explanation of the origin of dark matter and dark energy. These components, introduced ad hoc in order to fit the observations, represent about 95% of the total energy. A second issue concerns the scale-independence of the model: whatever the scale of the considered system, it is expected identical dynamics and geometry. It is advisable to abandon the standard model and to focus on inhomogeneous cosmologies, and their average evolution. According to this formalism, inhomogeneities within a chosen scale globally impact on the dynamics of this latter through a so-called backreaction effect. This very rich approach also proposes an elegant explanation for the problem of the dark constituents: both stand for an effective manifestation of the inhomogeneities in the distributions of matter and geometry. This thesis focusses on the properties of averaged inhomogeneous models in general relativity. We first propose to describe the global behaviour of inhomogeneities according to a Chaplygin evolution, and according to a Ginzburg-Landau evolution. We also show the global gravitational instability of Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker solutions. This class of solutions is already known to be locally gravitationaly unstable under the introduction of perturbations; here we show qualitatively that it does not furnish, in general, a good approximation as a physical background. We finally present a new relativistic perturbative scheme, in which scalar inhomogeneities evolve on a general background rather than on a pre-defined Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker background. This new study extends the framework of application for inhomogeneous cosmologies, and may possibly explain the large-scale structure formation without the need for dark energy

Cette thèse traite du Brazilian Proposal, c'est-à-dire de la détermination des contributions nationales au changement climatique d'origine humaine. Pour répondre à cette question, nous avons développé un modèle compact du système Terre, OSCAR v2.1. Ce modèle intègre une représentation du cycle du carbone (CO2, CH4), de la chimie atmosphérique des gaz à effet de serre (CH4, N2O, O3, composés halogénés), mais également des aérosols et de la dynamique climatique. Il est forcé en émissions anthropiques de composés actifs et en changements d'usage des sols. Après avoir constaté la bonne capacité du modèle à reproduire les observations passées des principales grandeurs climatiques, et après avoir énoncé les grands principes régissant les exercices d'attribution, nous attribuons les causes anthropiques du changement climatique. Nous trouvons que la rétroaction climatique, sur le cycle du carbone et sur la chimie atmosphérique, a un effet prépondérant qui exacerbe l'importance relative de chaque forçage anthropique. Par ordre décroissant, émissions de dioxyde de carbone fossile, de dioxyde de soufre, de méthane, et usages des sols, sont trouvés comme étant les plus importants contributeurs au changement climatique en 2008. A travers ces forçages, les pays dits en développements sont dorénavant de plus grands contributeurs au changement climatique que les pays dits développés. C'est cependant toujours l'inverse si l'on résonne en contribution par tête ; mais nous montrons qu'un tel raisonnement rend incompatibles une trajectoire de réchauffement inférieur à deux degrés et équitable. / This PhD thesis deals with the Brazilian Proposal, that is the assessment of national contributions to anthropogenic climate change. To answer the Proposal, we have developed a compact Earth system model, named OSCAR v2.1. The carbon cycle (CO2, CH4), the atmospheric chemistry of greenhouse gases (CH4, N2O, O3, halogenated compounds), as well as aerosols and climate dynamics are included in this model. It is driven by anthropogenic emissions of active compounds, and by land-use changes. After acknowledging the ability of the model to reproduce past observations of the main climatic variables, and after exposing the fundamental principles of attribution exercises, we attribute climate change to its anthropogenic causes. We find that the climate feedback -- over both the carbon cycle and the atmospheric chemistry -- has a prominent effect that exacerbates the relative importance of each anthropogenic forcing. In decreasing order, emissions of fossil carbon dioxide, of sulfur dioxide, of methane, and land-use changes, are found to be the most important contributors to climate change in 2008. Through these forcings, the so-called developing countries are now contributing more to climate change than the so-called developed countries. It is however still the contrary on a per capita basis; but we show that such an accounting approach makes it impossible to reach equity within a less-than-two-degree warming trajectory.

Nous étudions la formation de bulles dans un fluide à seuil (matériaux liquides si la contrainte appliquée est supérieure à la contrainte seuil, et solides autrement) au moyen de géométries milli fluidiques (jonctions en T, “flow focusing“) constituées de canaux axisymétriques, et fabriquées par stéréo lithographie. En tirant partie de la domination des effets capillaires par la contrainte seuil, nous produisons des bulles dans des fluides à seuil simples (émulsions concentrées, gels de carbopol). La formation des bulles est due au pincement du filament de gaz par l'écoulement de fluide à seuil à débit imposé. Il rappelle celui observé pour des fluides Newtoniens dans des géométries de “flow focusing“ 2D. Nous étudions les différents régimes de fonctionnement de ces systèmes lorsque le débit de fluide à seuil et la pression de gaz sont imposés. La production instationnaire de bulles est observée, et expliquée par la rétroaction provenant des variations de résistance hydrodynamique induites par la formation des bulles sur le débit de gaz. La déstabilisation finale se produit lorsque toutes les bulles coalescent. Ceci est dû au transfert de fluides entre les ponts liquides séparant les bulles et les films fins situés près des parois solides. Aussi, nous étudions le dépôt de fluide à seuil dans un tube capillaire avec ou sans glissement aux parois. En effet, ce phénomène est courant lors de l'écoulement de fluide à seuil en milieu confiné sur des surfaces lisses. Les résultats peuvent être décrits par une loi d'échelle (contrainte interne équilibrant le gradient de pression capillaire) lorsqu'il n'y a pas de glissement aux parois. Dans le cas contraire nous montrons qu'il existe trois régimes dépendant de l'état de contrainte du système, et qu'ils fixent les formes de bulle observées en régime instationnaire. Finalement, différentes méthodes de régulations (pression, écoulement pulsés) nous permettent d'obtenir des régimes stationnaires. Ceux-ci sont caractérisés (fraction volumique de gaz, temps de formation de bulles), et permettent l'obtention de mousses de fluides à seuil. Ainsi, ouvrant potentiellement la voie à la production contrôlée de fluides à seuil aérés à grande échelle / We study the formation of bubbles inside yield stress fluids (liquid when the applied stress is above the yield stress, and solid otherwise) using mill fluidic geometries (T-junctions, flow focusing devices) made of axisymmetric channels, and manufactured by stereo lithography. We show that dispersing bubbles in simple yield stress fluids (concentrated emulsions, and carbopol gels) is possible by taking advantage of the yield stress over the capillary stress, and due to the squeezing of the gas thread by the core of the yield stress fluid flow at imposed flow rate. The observed behaviour is reminiscent of the geometrical operating regime in 2D flow-focusing devices for Newtonian fluids. We investigate the different operating regimes that occur when the yield stress fluid flow rate and the gas pressure are imposed. We report that, for these inlet conditions the production is unsteady, which comes from the hydrodynamic feedback induced by the formation of each bubble on the gas flow rate. The regime eventually breaks down when all bubbles coalesce. This is due to the transfer between the liquid plugs separating each bubble and the thin film located on the channel wall. Thus, we study the deposition of yield stress fluid on the wall of capillary tubes. Indeed, this often occurs for yield stress fluids flowing in confined geometries on smooth surfaces. The results with no-slip are well described by a classical scaling law (internal stresses balanced by capillary pressure gradient). When there is wall slip, we show that there are three regimes that depend on the stress state of the system, and set the bubbles' shape observed for unsteady regimes. Finally, different regulation methods (pressure, pulsated flows) allow to obtain steady regimes. They are characterized (gas volume fraction, bubble formation time) and we show that they allow to obtain yield stress fluid foams. Thus, identifying pathways for potential steady-state controlled production of aerated yield stress fluids at large scale

Les neurones au contact du liquide céphalorachidien (CSF-cNs) sont des cellules ciliées présentes tout autour du canal central de la moelle épinière. Ces cellules sont GABAergiques, déploient une brosse de microvillosités à l'intérieur de la lumière du canal et sont caractérisées par une expression du canal ionique Pkd2l1. Ceci les désigne comme de potentielles cellules sensorielles. Il a été montré que les CSF-cNs peuvent moduler la locomotion et qu'elles réagissent aux variations de pH in vitro. Cependant les modalités sensorielles transmises par ces cellules et leur implication dans la fonction locomotrice nous échappent encore. Dans ma thèse, j'étudie la fonction sensorielle des CSF-cNs dans la moelle épinière de la larve de poisson zèbre. En combinant le relargage de proton et l'imagerie pH avec l'imagerie calcique, nous avons pu montrer que les CSF-cNs répondent à des pics d'acidification in vivo et que cette réponse persiste dans des mutants pkd2l1. Nous démontrons également que les CSF-cNs ne sont pas activés de façon coordonnée lors de la locomotion fictive. Les mouvements actifs ou passifs de la queue conduisent toutefois à l'activation spécifique des CSF-cNs ipsilatérales de la contraction musculaire. Ces observations suggèrent que les CSF-cNs sont recrutées par une stimulation mécanique. Les mutants pkd2l1 ont montré une diminution de la réponse à la flexion active et passive de la queue et une diminution de la fréquence de battement de la queue. Dans son ensemble, le travail présenté ici met donc en évidence que les CSF-cNs répondent aux variations de pH in vivo et révèle leur rôle d'organe mécanosensoriel permettant la modulation du réseau locomoteur spinal. / Cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) are ciliated cells surrounding the central canal. These cells are GABAergic, extend a brush of microvilli into the lumen and are specified by the expression of the transient receptor potential ion channel Pkd2l1. The atypical morphology of CSF-cNs and their location make them candidates for sensory cells. It has been shown that CSF-cNs modulate locomotion by projecting onto the locomotor central pattern generators (CPGs) and that CSF-cNs can react to changes of pH in vitro, but the sensory modality these cells convey to spinal circuits and their relevance to locomotion remain elusive. In my thesis I investigate the sensory function of CSF-cNs in the zebrafish larva spinal cord. By combining proton uncaging together with pH imaging and calcium imaging, we could show that CSF-cNs respond to pulses of acidification in vivo and that this response persists in pkd2l1 mutants. Using genetically encoded calcium sensors we showed that CSF-cNs are not coordinately activated during fictive locomotion. Active or passive tail movement, however, led to CSF-cN activation restrained to cells ipsilateral to muscle contraction. These observations suggest that CSF-cNs are recruited by ipsilateral muscle contraction and/or tail torsion. Pkd2l1 mutants showed a decreased response to active and passive bending of the tail and a subtle but consistent decrease of tail-beat frequency was observed in the startle response. Altogether, the presented work shows evidence that CSF-cNs respond to changes in CSF pH and reveals that CSF-cNs constitute a mechanosensory organ which operates during locomotion to modulate spinal CPGs.

Dans cette thèse, je reporte les résultats d'études développées durant ces trois dernières années à l'Institut Non-Linéaire de Nice. Premièrement, je présente des résultats sur l'application de perturbation à un système excitable, obtenus à partir d'un simple laser à signal injecté. L'excitabilité, qui vient dans ce cas de la proximité d'une bifurcation noeudselle sur un cercle, et est définit comme une réponse tout-ou-rien à une perturbation. La réponse excitable, présente pour des perturbations supérieures à un certain seuil, correspond au décrochage des deux lasers pour une période. Le déclenchement de tels réponses excitable, dont la forme ne dépend pas de la perturbation (type, amplitude), est démontré par l'application de perturbation. Dans un deuxième temps, j'analyse l'influence de la connexion entre un neurone et son propre axone. Expérimentalement nous ajoutons un miroir de rétroaction fabriquant ainsi un laser injecté et réinjecté. Sous certaines conditions, la précédente réponse excitable se régénère dans la cavité externe, exhibant une propriété de mémorisation, où l'information est codée dans la phase du faisceau. Analytiquement, cela correspond à l'addition d'un terme de retard linéaire qui joue le rôle d'un "quasi-espace" permettant la coexistence de plusieurs "réponse excitable", et leur interprétation en terme de solitons topologique de Sine-Gordon. L'application de perturbations appropriées peut mener au contrôle de l'information présente. De nombreux comportements ont ainsi été observés et reproduits numériquement avec des modèles appropriés, comme les collisions, le groupement, la diffusion, l'accrochage à une modulation périodique, ... / In this thesis, I report the results of studies performed during these last three years at Institut Non Linéaire de Nice. First, I present results on perturbing a neuron-like excitable system build from a simple laser with an injected signal experiment. Excitability, that comes in this case from the proximity of a Saddle-node bifurcation, is defined as an all or-nothing response to an external perturbation. The excitable response, that arises from perturbation larger than a certain threshold, corresponds to the unlocking between the two lasers for one period. Triggering of such excitable responses, that shape do not dependent on the perturbation (kind, strength), is demonstrated applying perturbations. In a second part, I analyze the influence of the connection between one of this neuron and its own axon. Experimentally we add a feedback mirror building a laser submitted to injection and feedback. Under certain conditions, the previous excitable response is found to regenerate in the external cavity, exhibiting a memory behavior where the information is coded in the time spiking pattern. Analytically, this corresponds to the addition of a linear delay term that acts as a space-like coordinate allowing the storage of many "excitable responses", and their interpretation in terms of Sine-Gordon topological solitons. Application of appropriate perturbations could lead to the control of "information" present. Many interesting behaviors of this new structures are observed and analyzed numerically with appropriate models, like collisions, clustering, particle-like diffusion, locking to periodic additional forcing...