Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les modèles empiriques simulant le résultat de l'interaction du signal radar sur les cultures agricoles utilisent peu la constante diélectrique foliaire comme paramètre intrant contrairement aux modèles théoriques, à cause de la difficulté à mesurer cette constante diélectrique. Notre projet porte sur la technique et la mesure in situ de la constante diélectrique foliaire. Puis, nous avons évalué le potentiel d'explication de la variation du coefficient de rétrodiffusion d'un signal radar (bande C) sur une culture de maïs par des paramètres tels que la constante diélectrique, l'humidité gravimétrique et l'indice de surface (LAI) des feuilles de maïs. Nos analyses ont démontré que la partie réelle diélectrique foliaire expliquait mieux la variation du coefficient de rétrodiffusion que l'humidité gravimétrique des feuilles de maïs.Les résultats de régression multiple ont conduit à l'élaboration d'un modèle simple, fonction de la partie réelle diélectrique, de LAI et de l'angle d'incidence. Le modèle explique 60 % à 90 % de la variation du coefficient de rétrodiffusion. Cependant, l'observation des résultats indique qu'il manque un terme géométrique fonction de l'angle de visée, par rapport aux rangs de culture, pour la configuration de polarisation VV. La constante diélectrique a été mesurée directement sur les feuilles, sans perturber leur état naturel, à l'aide d'une sonde expérimentale. Le procédé technique étant différent des études antérieures (perturbation de l'état des feuilles), l'intensité des constantes diélectriques mesurées est inférieure à celle des modèles existants. Cela s'explique par la différence d'énergie potentielle de l'eau libre contenue dans l'échantillon, entre les deux états (échantillon perturbé ou non) : c'est-à-dire une variation de la quantité de molécules d'eau disponibles pour interagir avec l'énergie d'excitation du signal radar. Des études futures reliant la constante diélectrique avec l'énergie potentielle de l'eau libre des feuilles permettraient de mieux comprendre le phénomène d'interaction interne du signal radar avec la végétation.

Cette étude se place dans le cadre du guidage des thérapies par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). L’utilisation de l’échographie pour le guidage permet une visualisation temps réel mais un faible contraste. Afin de compenser ce manque de vision du traitement, deux études ont été mises en place. La première sur l’utilité de l’élastographie par compression manuelle en temps réel (23 à 60 images par seconde) a été réalisée et validée par deux protocoles in vivo. L’un a été effectué afin de visualiser des tumeurs VX2 dans le foie chez le lapin de manière extracorporelle et per-opératoire en utilisant une sonde de diagnostique linéaire (12MHz). L’autre a été réalisé sur des porcs avec la même sonde et avec une sonde d'imagerie sectorielle (7,5 MHz) placée au centre du transducteur HIFU. Une comparaison a été menée avec des images IRM des mêmes lésions réalisées après prélèvement de l’organe traité. Dans les deux cas, les élastogrammes assurent une meilleure visualisation des dimensions de la lésion (R=0,70) et un contraste plus important (23dB) en comparaison de l’échographie (R=0,65, contraste=3dB). La dernière partie de ces travaux a permis de démontrer que le signal ultrasonore rétrodiffusé par les tissus du foie change avec la température. Lors d’expériences in vitro et in vivo sur du foie de porc, ce changement de signal se corrèle (R=0,85) avec une hausse de température mesurée par un thermocouple positionné dans la zone focale du transducteur. Cette relation est linéaire positive in vitro et négative in vivo. Cette relation permet de calculer des images de température sur une plage de température allant de 20 à 100°C avec une précision de 5°C. / This study takes place under the guidance of high intensity focused ultrasound therapies (HIFU). The use of ultrasound for guidance allows real time monitoring, but low contrast. To compensate this lack of vision, two studies were set up. The first set up was used to evaluated usefulness of hand-held elastography in real time (23 to 60 frames per second) performed and validated by two in vivo protocols. One was performed to visualize VX2 tumors in the rabbit liver so extracorporeal and intraoperative using a diagnostic linear probe (12MHz). The other was carried out on pigs with the same probe but also with a sectorial imaging probe (7.5 MHz) placed in the center of the HIFU transducer. A comparison was conducted with MRI images of the same lesions performed after removal of the treated organ. In both cases, elastograms provide better visualization of the lesion size (R = 0.70) and higher contrast (23dB) compared to ultrasound (R = 0.65, contrast = 3dB). The last part of this work demonstrated that the ultrasound backscattered signal of the liver tissue changed with the temperature. In experiments on in vitro and in vivo pig livers, this changed of signal is linear and correlated (R = 0.85) with a rise in temperature measured by a thermocouple positioned in the focal zone of the transducer. The relation between backscattered signal and temperature is positive in vitro and negative in vivo. This relationship is linear and used to calculate temperature images with a range of 20 to 100 ° C and an accuracy of 5 ° C.

Les émissions de gaz toxiques provenant de sources mobiles, tels que les oxydes d’azote (NOx) sont aujourd’hui soumises à réglementation celles-ci devenant de plus en plus strictes notamment dans le cadre de la norme Euro 6 qui sera en vigueur à l’échelle européenne à partir de 2014. Dans le cas de véhicules Diesel, de nombreux verrous scientifiques subsistent notamment pour éliminer simultanément les suies et les NOx en milieu globalement oxydant. Ce travail est consacré à la conversion sélective des NOx en N2 dans des compositions de mélanges gazeux représentatives des effluents gazeux en sortie de moteurs Diesel. Parmi les technologies envisagées, la réduction sélective des NOx en N2 par les hydrocarbures se singularise par sa simplicité à mettre en œuvre. De nouvelles familles de catalyseurs à base d’or dispersé sur l’alumine ont été mises en œuvre en remplacement du platine et palladium. L’étude de leur stabilité en milieu réactionnel à 500°C a permis de sélectionner différente méthodes de préparation par dépôt-précipitation (DP) et par échange ionique (AE). Typiquement, cette dernière méthode de préparation conduit à un domaine de conversion beaucoup plus étendu notamment après vieillissement à 500°C. Par ailleurs, la réduction des NOx est sensible aux tailles des particules les plus grosses semblant plus actives que les plus petites thermodynamiquement plus instables. Dans le contexte du post-traitement, où une recristallisation est souvent observée à haute température, ce dernier paramètre confère aux catalyseurs Au/Al2O3 un certain attrait pour un développement ultérieur. La seconde partie est consacré à la modification des catalyseurs Au/Al2O3 par ajout d’argent. Les méthodes co-précipitation et greffage montrent que les particules bimétalliques obtenues après activation thermique sous hydrogène sont peu actives. L’or et l’argent métalliques en interaction voient leurs propriétés électroniques perturbées ce qui a pour conséquence d’orienter la sélectivité en faveur des réactions d’oxydation des réducteurs par l’oxygène présent en grand excès. En revanche, l’imprégnation successive permet d’obtenir un gain substantiel en conversion des NOx lorsque Au et Ag préservent leur propriétés intrinsèques. Différents paramètres opératoires ont été examinés montrant l’intérêt de déposer Ag avant Au de façon à maintenir en surface un rapport atomique Au/Ag optimal. / Nowadays, emissions of atmospheric pollutants from mobile sources such as nitric oxides (NOx) are submitted to more stringent regulations especially within the next Euro 6 which will be implemented in Europe at the beginning of 2014. Up to now commercialized technologies available for the abatement of NOx from lean burn engine (running with a large excess of oxygen) are not capable to remove simultaneously NOx and particulates in lean atmosphere. This study is essentially focused on the NOx conversion to nitrogen via the Selective Catalytic Reduction by using hydrocarbons (HC-SCR) in representative Diesel exhaust gas conditions. This technology is more feasible than the Lean-NOx trap and Urea-SCR systems. Supported gold catalysts on alumina have been developped for the replacement of Pt and Pd less selective. Particular attention was paid to the thermal stability under reaction conditions at 500°C. Among the different synthesis protocols investigated (Deposition-precipitation, Anionic exchange), it was found that the anionic exchange method leads to the best compromise with a larger operating window after ageing. In addition, the reduction of NOx to nitrogen seems structure sensitive, the largest particles being more active than the smallest ones usually thermodynamically instable at high temperature. In this context, such behavior should be profitably used for further practical developments since post-combustion catalysts essentially run at rather high temperature. The second part of this study was dedicated to the modification of Au/Al2O3 catalysts after silver incorporation. Different strategies implemented for Ag incorporation have been examined. Coprecipitation and grafting lead to the formation of bimetallic particles with homogeneous distribution of gold and silver especially via the coprecipitation method. Strong interaction between Au and Ag with further modification of their electronic and adsorptive properties leads to strong deactivation. On the other hand, the segregation of both metals on alumina preserving their intrinsic properties improves the catalytic performances especially after ageing. The influence of different operating condition has been examined showing the best compromise when gold is successively impregnated on Ag/Al2O3.

Dans cette thèse, nous étudions le transport quantique d’ondes de matière avec des atomes ultrafroids. Ces systèmes d’atomes ultrafroids fournissent un très bon contrôle et une grande flexibilité pour les paramètres du système tels que les interactions, sa dimensionnalité et les potentiels externes. Cela les rend un excellent outil pour l’étude de plusieurs concepts fondamentaux de la physique de la matière condensée. Nous nous concentrons sur le transport quantique dans les milieux désordonnés. Il diffère du transport classique par le rôle fondamental joué par les phénomènes d’inférence, qui peuvent éventuellement conduire à la suppression du transport; connu comme la Localisation d’Anderson. Nous étudions l’expansion d’un condensat de Bose-Einstein dans un désordre fort et montrons des signes de localisation d’atomes ultrafroids à trois dimensions. Dans la dernière partie de ce manuscrit, nous discutons l’observation de la rétrodiffusion cohérente d’atomes ultrafroids, ce qui est un signal direct du rôle de la cohérence quantique dans le transport quantique dans les milieux désordonnés. Nous observons l’évolution temporelle de la distribution d’impulsions d’un nuage de atomes ultrafroids, lancé avec une distribution de vitesse étroite dans un potentiel désordonné. Un pic émerge dans le sens rétrograde, correspondant au signal de CBS. / In this thesis we study the quantum transport of matter waves with ultracold atoms. Such ultracold atom systems provide a very good control and a high flexibility of the parameters of the systems like the interactions, its dimensionality and the external potentials. This makes them a great tool for the investigation of several fundamental concepts of condensed matter physics. We focus on the quantum transport in disordered media. It differs to classical transport by the fundamental role played by inference phenomena, which can eventually lead to the suppression of transport; known as Anderson Localization. Observing the expansion of a Bose-Einstein condensate in a strong light disorder, we show evidence for Localization of ultracold atoms in three dimensions. In the last part of this manuscript we discuss the observation of Coherent Backscattering of ultracold atoms, which is a direct signal of the role of quantum coherence in quantum transport in disordered media. We observe the time evolution of the momentum distribution of a cloud of ultra-cold atoms, launched with a narrow velocity distribution in a disordered potential. A peak emerges in the backwards direction, corresponding to the CBS signal.

Une analyse numérique basée sur la méthode des éléments finis permettant de quantifier les coefficients d'atténuation et de diffusion ultrasonores dans un polycristal en domaine temporel et fréquentiel est présentée. En particulier, une méthode originale basée sur le théorème de réciprocité pour l'évaluation numérique du coefficient de diffusion est proposée. Des formules analytiques bidimensionnelles (2D) pour les coefficients d'atténuation ultrasonore et de rétrodiffusion sont développées en utilisant l'approximation de Born pour valider les évaluations numériques. L'approche numérique proposée est appliquée au titanium, un polycristal monophasé et non texturé. Premièrement, des simulations sont effectuées dans des microstructures idéalisées composées de grains en taille unimodale. Une comparaison cohérente entre les évaluations numériques et les prédictions analytiques 2D est obtenue. Par ailleurs, les effets de l'atténuation induite par la diffusion multiple sur la mesure de rétrodiffusion, qui sont négligés par les modèles théoriques, sont quantifiés. Deuxièmement, l'approche numérique proposée est appliquée aux polycristaux composés de grains en taille bimodale. Les résultats numériques indiquent que les coefficients d'atténuation et de rétrodiffusion en domaine fréquentiel se situent au milieu des coefficients pour les microstructures unimodales et sont principalement déterminés par les fractions volumiques des grains constitutifs. Cependant, ils ne sont que légèrement affectés par la répartition des gros grains. Une étude de la fonction d'autocorrélation spatiale dans des telles microstructures bimodales est proposée afin d’obtenir une interprétation analytique des phénomènes expérimentés numériquement. / A numerical approach based on the finite element method to quantify ultrasonic attenuation and grain-noise scattering coefficients in both time and frequency domains for polycrystalline materials is presented. More particularly, an original method based on the reciprocity theorem for the numerical evaluation of the grain-noise scattering coefficient is proposed. Twodimensional (2D) analytical formulas of ultrasonic attenuation and backscattering coefficients are developed by using the Born approximation to validate numerical evaluations. Then the proposed numerical approach is applied to the single-phase and untextured polycrystalline titanium. Firstly, 2D FE simulations are performed in idealized microstructures composed of equiaxed grains with different unimodal grain sizes. Coherent comparison between numerical estimates and 2D analytical predictions is obtained. Effects of attenuation due to multiple scattering on the backscattering measurement, which are neglected in the theoretical model, are quantified. Secondly, polycrystals with bimodal grain sizes are considered. Numerical results indicate that attenuation and backscattering coefficients in bimodal microstructures are inbetween the ones of unimodal microstructures and are mainly determined by volume fractions of the constituent grains. However they are only slightly affected by the grain location distributions. The spatial autocorrelation function in bimodal microstructures is further quantified to gain an analytical interpretation of the above phenomena.

Ce travail se situe dans le cadre général de la modélisation cohérente de l'interaction des ondes électromagnétiques avec les surfaces végétalisées. Notre objectif a été de développer une approche de la simulation électromagnétique avec prise en compte de la topographie et des hétérogénéités de la végétation. La validation des résultats obtenus a été réalisée en s'appuyant sur de nombreuses mesures in-situ. Nous avons ensuite mis en œuvre cet outil de modélisation sur les deux problématiques suivantes. D'une part, nous nous sommes intéressés à l'étude des forêts tropicales dans un contexte d'inversion de propriétés bio-géophysiques (biomasse, humidité). D'autre part, nous avons introduit la prise en compte de la présence d'hydrocarbures essentiellement sur la végétation basse dans un contexte de caractérisation et d'exploration. Ce travail s'inscrit dans un programme de recherche et d'innovation en télédétection mené conjointement par l'ONERA et Total. La première étape a consisté à une écriture du code cohérent de simulation électromagnétique avec prise en compte du relief et de l'hétérogénéité de la végétation. Pour cela, le sol a été discrétisé en triangles et le volume en pentaèdres reposant sur le sol Après avoir validé notre code sur des exemples théoriques, nous avons pu étudier les effets du relief sur la rétrodiffusion radar. Pour les forêts tropicales, un modèle de description de la végétation a été mis en place à partir de mesures in-situ et d'observations directes. Ce modèle sert de données d'entrée pour notre code de simulation électromagnétique et nous permet ainsi de confronter nos simulations aux mesures aéroportées et de proximités acquises par l'ONERA sur deux sites en Afrique Des études de sensibilité aux paramètres d'entrée du code de simulation électromagnétique et du code de croissance sont présentées. En parallèle, des modèles de substitution au code numérique ont été mis en place pour effectuer l'inversion. Ces modèles sont moins coûteux à évaluer tout en restant précis. Une application à l'inversion est présentée : pour un jeu d'image radar, il s'agit de retrouver les caractéristiques bio-géophysiques de la forêt observée (humidités, biomasse...). Pour terminer, nous avons étudié les effets des hydrocarbures sur la rétrodiffusion radar pour une végétation basse. [...] / This work is in the general frame of coherent modelling of interaction between electromagnetic waves and surfaces with vegetation. Our objective is to develop an approach of the electromagnetic simulation taking into account topography and vegetation heterogeneities. Simulation results have been validated using numerous in-situ measurements. The corresponding code is then used for two issues. First one is the study of tropical forests to retrieve bio-geophysical properties (biomass, moisture). Second one is the consideration of hydrocarbons with short vegetation in a context of hydrocarbons characterization and exploration. This work is part of a program of research and innovation in remote sensing conducted jointly by ONERA and Total. The first step consisted in writing the coherent electromagnetic simulation code, taking into account the relief and the heterogeneity of the vegetation. For this purpose, the forest is represented by a variable stacking of pentahedral volume elements (voxels) to match the triangular mesh of the ground and to follow the irregularity of the canopy. After validating our code on theoretical examples, we have been able to study the effects of the relief on radar backscattering. Then, a vegetation description model for tropical forests was developed based on in-situ measurements and direct observations. This model generates the input data for our electromagnetic simulation code and it permitted to compare simulations with airborne and proximity measurements acquired by ONERA on two sites in Africa. Sensitivity studies on the input parameters of both the electromagnetic simulation code and the growth code are presented. In parallel, substitution models for the numerical code have been developed to perform the inversion of the bio-geophysical features versus the polarimetric radar data. These models are much faster while remaining accurate. An application to retrieval is presented: it is possible to retrieve some bio-geophysical characteristics of one forest (moisture, biomass ...) from a radar image set. Finally, a study on the effects of hydrocarbons on radar backscatter with short vegetation is presented.[...]

L’intégration de semiconducteurs III-V à gap direct sur silicium est un enjeu de taille pour le développement de l’optoélectronique. En effet, si le silicium est aujourd’hui à la base de la microélectronique, la nature indirecte de son gap en fait un très mauvais émetteur de lumière. Parmi les matériaux candidats à l’intégration, l’In(Ga)As présente l’avantage d’un gap direct plus faible que le silicium, favorisant un comportement de puits de potentiel pour les paires électrons-trous. En revanche, le fort désaccord paramétrique entre les deux matériaux fait de la croissance épitaxiale d’In(Ga)As sur silicium un sérieux défi pour le physicien. Cette thèse est focalisée sur l’étude par faisceaux d’ions de boîtes quantiques (BQs) d’In(Ga)As épitaxiées sur silicium et de leur encapsulation ultérieure par du silicium. L’analyse par rétrodiffusion élastique à haute énergie (RBS) a permis de quantifier la composition des îlots d’In(Ga)As et de la couche cap de Si. Des phénomènes d’exo-diffusion d’indium et la présence d’espèces en excès ont été mis en évidence. En pratiquant l’analyse en géométrie de canalisation (RBS-C), nous avons pu caractériser l’épitaxie des BQs sur le substrat ainsi que celle de la couche cap. La deuxième technique utilisée dans ce travail est l’analyse par rétrodiffusion élastique à moyenne énergie (MEIS), qui permet de profiler composition, défauts cristallins, et déformation avec une résolution sub-nanométrique au voisinage de la surface de la cible. Les spectres MEIS en modes aléatoire et canalisé ont permis d’obtenir le profil de composition et de défauts du plan de BQs. Enfin, la déformation du cristal d’In(Ga)As par rapport au monocristal de silicium du substrat a été étudiée grâce à l’effet de blocage du flux d’ions rétrodiffusés qui permet d’observer les ombres des axes et des plans cristallographiques. / The integration on silicon of direct band gap materials such as some semiconductors from the III-V group is of a rising interest for tomorrow's optoelectronic devices. Although silicon is the raw material for many microelectronic devices, it has a poor light emitting efficiency due to his indirect band gap. Among the III-V family, the In(Ga)As compounds present the advantage of a smaller band gap than silicon, which encourage the confinement of electron-hole pairs. However, the large lattice mismatch between silicon and In(Ga)As is a serious limitation for the epitaxial integration. This PhD work has been focused on the ion beam study of In(Ga)As quantum dots (QDs) grown by epitaxy on silicon and of the QD capping by silicon. Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) has been used to quantify composition of both QDs and cap layer. Exo-diffusion and excess issues of some elements have been pointed out. The epitaxial relation between QDs and substrate have been investigated by ion channelling (RBS-C). Medium Energy Ion Scattering (MEIS) has also been used to obtain high resolution profiles of composition, defects and strain for both the QD plane and the capping layer. Direct space mapping of both crystals has also been achieved by MEIS thanks to the blocking effect.

Dans cette thèse, nous avons étudié divers aspects de la diffusion multiple des ultrasons dans les milieux désordonnés. Expérimentalement, nous avons travaillé sur des milieux prototypes composés de milliers de tiges d'acier verticales aléatoirement réparties dans le plan, ainsi que sur des échantillons "réels" comme des os trabéculaires et des alliages métalliques utilisés dans l'industrie. Dans le premier chapitren nous exposons la théorie des milieux effectifs et meons des expériences de transmission cohérente. La prise en compte de l'absorption et des corrélations entre diffuseurs est discutée en comparant plusieurs approches théoriques. In fine, nous obtenons une évaluation fréquentielle du libre parcours moyen élastique. Le second chapitre s'intéresse à l'intensité diffusée en régime dynamique. Nous montrons tout d'abord que l'effet de rétrodiffussion cohérente permet de mesurer le coefficient de diffusion D de manière fiable et indépendante de l'absorption intrinsèque. Dans un second temps, l'étude de la courbe des temps de vol en transmission nous permet d'évaluer les pertes par absorption. Le troisième chapitre traite du régime stationnaire : nous montrons que dans ce régime, l'effet de rétrodiffusion cohérente ne permet pas d'évaluer le libre parcours moyen de transport dans nos conditions expériementales. Enfin, les limites de la focalisation par retournement temporel en milieu multiplement diffuseur sont abordées.

L'étude de l'endommagement induit par les ions lourds dans le volume des isolants, nous a permis de classer les isolants en deux catégories : les matériaux amorphisables et les matériaux non amorphisables. Les résultats expérimentaux des matériaux non amorphisables posent plusieurs questions concernant l'origine défauts surfacique ainsi que la sensibilité des techniques de caractérisations utilisées. Notre étude concerne l'apparition des défauts créés à la surface, proche de la surface et dans le volume de trois isolants d'amorphisabilité différente : Y3Fe5O12, CaF2 et Al2O3. Pour cela trois techniques de caractérisations ont été utilisées : la profilométrie de surface, la rétro-diffusion Rutherford en canalisation et la microscopie à force atomique. Nos résultats montrent que la réponse de la surface est une conséquence de ce qui se produit dans le volume. De plus la sensibilité des matériaux non amorphisables aux ions lourds est identique à celle des matériaux amorphisables.