L'optique non linéaire traite les modifications des propriétés optiques d'un matériau induites par la propagation de la lumière. Depuis ses débuts, il y a cinquante ans, des nombreuses applications ont été démontrées dans presque tous les domaines de la science. Dans le domaine de la micro et nano-photonique, les phénomènes non linéaires sont à la fois au cœur d'une physique fondamentale fascinante et des applications intéressantes: ils permettent d'adapter et de contrôler le flux de lumière à une échelle spatiale inferieure à la longueur d'onde. En effet, les effets non linéaires peuvent être amplifiés dans des systèmes qui confinent la lumière dans des espaces restreints et avec de faibles pertes optiques. Des bons candidats pour ce confinement sont les nanocavités à cristaux photoniques (CPs), qui ont été largement étudiées ces dernières années. Parmi la grande diversité des processus non linéaires en optique, les phénomènes dynamiques tels que la bistabilité et l'excitabilité font l'objet de nombreuses études. La bistabilité est bien connue pour ces applications potentielles pour les mémoires et les commutateurs optiques et pour les portes logiques. Une réponse excitable typique est celle subjacente dans le déclanchement du potentiel d'action dans les neurones. En optique, l'excitabilité a été observée il y a une quinzaine d'années. Dans ce travail, nous avons étudié les régimes bistables, auto-oscillants et excitables dans des nanocavités semiconductrices III-V à CP. Afin de coupler efficacement la lumière dans les nanocavités, nous avons développé une technique de couplage par onde évanescente en utilisant une microfibre optique étirée. Grâce à cette technique, nous avons démontré pour la première fois l'excitabilité dans une nanocavité à CP. En parallèle, nous avons accompli la première étape vers la dynamique non linéaire dans un réseau de cavités couplées en démontrant le couplage optique linéaire entre nanocavitités adjacentes. Ceci a été réalisé en utilisant de mesures de photoluminescence en champ lointain. Un ensemble de résonateurs non linéaires couplés ouvre la voie à une famille de phénomènes dynamiques non linéaires très riches, basés sur la rupture spontanée de symétrie. Nous avons démontré théoriquement ce phénomène dans deux cavités couplées par onde évanescente. Les premières études expérimentales de ce régime ont été menées, établissant ainsi les bases pour une future démonstration de la rupture spontanée de symétrie dans un réseau de nanocavités non linéaires couplées.

Les objectifs de notre travail étaient : (i) de proposer un nouveau cadre conceptuel pour l’entraînement bimanuel chez les patients hémiplégiques (ii) de concevoir et tester une nouvelle approche de rééducation basée sur l’équilibre entre les différentes contraintes. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons adopté une approche du type preuve-de-concept.La première partie de ce document est consacrée à une revue critique de la littérature. La deuxième partie présente le travail expérimental qui était mené pour explorer ce concept, chez des sujets sains et des patients hémiparétiques. La première étude a exploré le comportement unimanuel dans une tâche de pointage discret pour une large gamme de d’indices de difficulté (ID). Dans la seconde étude, nous avons exploré l’effet de l’asymétrie bimanuelle induite par la tâche sur l’expression du couplage. La troisième étude aborde la problématique des asymétries induites par l’AVC et par la tâche chez des patients soufrant de déficits plus ou moins graves. Globalement, les résultats expérimentaux ont corroboré nos hypothèses initiales. Ainsi, ils nous ont permis de concevoir une nouvelle stratégie de rééducation bimanuelle. Cette stratégie de rééducation, avec le protocole de recherche clinique en cours, ont été présentés dans la troisième partie de la thèse. Notre approche a fourni une preuve de concept sur l’importance de l’équilibre entre couplage et rupture de symétrie dans le comportement bimanuel du patient hémiplégique. Elle a permis également d’envisager la manière dont les asymétries devraient être prises en compte dans la rééducation. Les perspectives futures ont été discutées dans la dernière partie du manuscrit. / In the present work we aimed at: (i) setting new conceptual foundations for bimanual movement training in stroke, and (ii) providing practical guidelines to appropriately design and test a comprehensive constraint-led bimanual rehabilitation strategy. In order to achieve these stated objectives, we adopted a proof-of-concept approach.The first part of the current manuscript includes a critical review of BMT literature on the basis of the theoretical principles and empirical findings of the dynamical systems approach. The second part reports the experimental work that was conducted to investigate this concept in healthy and in hemiparetic subjects. The first study investigated unimanual discrete rapid aiming, under different task conditions and for a wide range ID values. In the second study, the effect of task-induced inter-limb asymmetry on the expression of bimanual coupling was explored. The third study, addressed the issue of task- and stroke-induced asymmetries in patients with different degrees of impairments. Overall, experimental findings corroborated our initial hypotheses. It permitted the design of a new BMT strategy to (re)train stroke patient. This rehabilitation strategy and the on-going clinical protocol were presented in the third part of the thesis.Though voluntarily qualitative, our approach provided a preliminary proof of concept on how CVA- and task-induced inter-limb asymmetries should be taken into account in rehabilitation. The conclusions of our work along with the opened perspectives were discussed at the end of the manuscript.

L’optique non linéaire traite les modifications des propriétés optiques d'un matériau induites par la propagation de la lumière. Depuis ses débuts, il y a cinquante ans, des nombreuses applications ont été démontrées dans presque tous les domaines de la science. Dans le domaine de la micro et nano-photonique, les phénomènes non linéaires sont à la fois au cœur d’une physique fondamentale fascinante et des applications intéressantes: ils permettent d'adapter et de contrôler le flux de lumière à une échelle spatiale inferieure à la longueur d'onde. En effet, les effets non linéaires peuvent être amplifiés dans des systèmes qui confinent la lumière dans des espaces restreints et avec de faibles pertes optiques. Des bons candidats pour ce confinement sont les nanocavités à cristaux photoniques (CPs), qui ont été largement étudiées ces dernières années. Parmi la grande diversité des processus non linéaires en optique, les phénomènes dynamiques tels que la bistabilité et l'excitabilité font l’objet de nombreuses études. La bistabilité est bien connue pour ces applications potentielles pour les mémoires et les commutateurs optiques et pour les portes logiques. Une réponse excitable typique est celle subjacente dans le déclanchement du potentiel d'action dans les neurones. En optique, l'excitabilité a été observée il y a une quinzaine d’années. Dans ce travail, nous avons étudié les régimes bistables, auto-oscillants et excitables dans des nanocavités semiconductrices III-V à CP. Afin de coupler efficacement la lumière dans les nanocavités, nous avons développé une technique de couplage par onde évanescente en utilisant une microfibre optique étirée. Grâce à cette technique, nous avons démontré pour la première fois l’excitabilité dans une nanocavité à CP. En parallèle, nous avons accompli la première étape vers la dynamique non linéaire dans un réseau de cavités couplées en démontrant le couplage optique linéaire entre nanocavitités adjacentes. Ceci a été réalisé en utilisant de mesures de photoluminescence en champ lointain. Un ensemble de résonateurs non linéaires couplés ouvre la voie à une famille de phénomènes dynamiques non linéaires très riches, basés sur la rupture spontanée de symétrie. Nous avons démontré théoriquement ce phénomène dans deux cavités couplées par onde évanescente. Les premières études expérimentales de ce régime ont été menées, établissant ainsi les bases pour une future démonstration de la rupture spontanée de symétrie dans un réseau de nanocavités non linéaires couplées. / Nonlinear optics concerns the modifications of the optical properties of a material induced by the propagation of light. Since its beginnings, fifty years ago, it has already found applications in almost any field of science. In micro and nano-photonics, nonlinear phenomena are at the heart of both fascinating fundamental physics and interesting potential applications: they give a handle to tailor and control the flow of light within a sub-wavelength spatial scale. Indeed, the nonlinear effects can be enhanced in systems allowing tight light confinement and low optical loses. Good candidates for this are the Photonic Crystal (PhC) nanocavities, which have been extensively studied in recent years. Among the great diversity of nonlinear processes in optics, nonlinear dynamical phenomena such as bistability and excitability have recently received considerable attention. While bistability is well known as a building block for all-optical memories, switching and logic gates, excitability has been demonstrated in optics about fifteen years ago: coming from neuroscience, it is the mechanism underlying action potential firing in neurons. In this work, we have studied bistable, self-pulsing and excitable regimes in InP-based PhC nanocavities. In order to achieve efficient light coupling into the nanocavities, we have developed an evanescent coupling technique using tapered optical microfibers. As a result, we have demonstrated for the first time excitability in a PhC nanocavity. In addition, we have accomplished the first step towards nonlinear dynamics in arrays of coupled cavities by demonstrating optical linear coupling between adjacent nanocavitites. This was achieved using far field measurements of photoluminescence. A set of coupled nonlinear resonators opens the door to a rich family of nonlinear dynamical phenomena based on spontaneous symmetry breaking. We have theoretically demonstrated this phenomenon in two evanescently coupled cavities. The first experimental studies on this regime were carried out, which establish a basis for a future demonstration of spontaneous symmetry breaking in arrays of nonlinear coupled PhC nanocavities.

Nous étudions l'hydratation des ions fluorures et iodures, paradigmes des ions structurants et déstructurants, grâce ` a une étude structurale et dynamique. Concernant la structure, nous observons l'opposé de ce que la définition classique des structurants/déstructurants suggère (F- déforme le réseau de liaisons hydrogènes et I- l'améliore). Ensuite, nous calculons les temps de vie des liaisons hydrogènes halogénures-eau ainsi que les temps de résidence et de réorientation des molécules d'eau de la première couche des anions. Ces mesures confirment la grande stabilité, induite par la force de la liaison H, de la couche d'hydratation de F - et la grande mobilité de l'eau dans la couche d'hydratation de I -. Puis, nous appliquons le modèle étendu de saut (GJM) pour une molécule d'eau dans la couche d'hydratation des ions. Pour F -, la situation inhabituelle, où les deux mécanismes de réorientation (de saut et diffusif) ont la même contribution, est due à la force de la liaison H qui inhibe les sauts de la liaison OH. Dans un second temps, nous appliquons les méthodes précédentes sur l'hydratation du nitrate en utilisant des simulations QM/MM. Les résultats sont similaires pour la structure et la dynamique à ceux de l'iodure et le GJM révèle deux mécanismes de saut pour l'eau initialement liée à Ono3- : un saut vers une autre molécule d'eau ou un saut vers un autre Ono3- . Enfin, grâce aux ordres de liaison et aux charges, nous mettons en évidence la rupture de symétrie du nitrate induite par l'eau, ainsi que la dynamique rapide d'interconversion entre les états du nitrate.

Les cils motiles et statiques jouent d’importants rôles dans la détermination de l’axe gauche-droite (GD) qui, en général, est mis en place par l’intermédiaire de flux directionnels générés dans des structures spécialisées appelées organisateurs gauche-droite (OGD). C’est ce point clé du développement qui dictera une organogenèse asymétrique. Dans mon projet de thèse, nous avons développé une méthode, appelée 3D-Cilia Map, et analysé l’organisation tridimensionnelle de l’implantation des cils afin d’extraire les paramètres clés responsables de la mise en place du flux directionnel et par conséquent de l’asymétrie GD. En résumé, nos résultats suggèrent qu’un mécanisme de signalisation chimique serait le plus plausible pour induire la rupture de la symétrie GD. Plus tard, les cellules réguleront intrinsèquement l’orientation asymétrique des cils à leur surface. Le travail présenté ici contribue de façon importante à nos connaissances actuelles concernant le comportement des cils et les mécanismes de sensation des flux dans l’établissement de l’axe gauche droite au sein de l’organisateur gauche-droite du poisson zèbre. / Both motile and immotile cilia play important roles in left-right (LR) axis determination, which generally involves cilia-mediated directional flows in organized structures (LR organizers, LRO) in which the LR symmetry is broken, thus driving asymmetric organogenesis in the developing embryos. In my PhD project we aimed to developed a method (3D-Cilia Map) and analyze the three-dimensional organization of ciliary implantation in order to extract the key parameters modulating the directional flow involved in breaking the axis of symmetry in the zebra fish LRO. Altogether, our results suggest the initial mechanism to break the LR symmetry is most likely to be based on the transport of achemical signal, while later, cells intrinsically provide their cilia the cues to orient asymmetrically. The work presented here represents an important contribution to our current understanding of cilia behaviors and flow-sensing mechanisms in the establishment of the left-right axis in the zebra fish LRO.