Afin de protéger leurs systèmes de détection de l'impulsion électromagnétique géante générée par l'interaction du laser PETAL avec sa cible, les diagnostics de PETAL seront équipés de détecteurs passifs. Pour les ensembles SEPAGE et SESAME, une combinaison d'Imaging Plates (IP) et de couches de protection de matériaux de grand numéro atomique sera utilisée, qui permettra: 1) d'assurer que la réponse des détecteurs sera indépendante de son environnement mécanique proche dans les diagnostics et donc homogène sur toute la détection, 2) de blinder les détecteurs contre les photons de haute énergie produits dans la cible de PETAL. Dans le travail présenté ici, nous avons réalisé des expériences d'étalonnage avec les IPs auprès d'installations générant des électrons, des protons ou des ions, dans le but de couvrir le domaine en énergie cinétique de la détection des particules chargées de PETAL, de 0.1 à 200 MeV. L'introduction a pour but de décrire les méthodes et outils utilisés au cours de cette étude. Le second chapitre présente les résultats de deux expériences réalisées avec des électrons dans le domaine d'énergie cinétique [5-180] MeV. Le troisième chapitre décrit une expérience et ses résultats avec les protons entre 80 et 200 MeV étaient envoyés sur nos détecteurs. Le quatrième chapitre est consacré à une expérience utilisant des protons et des ions entre1 et 22 MeV en énergie de protons et dont l'objectif était l'étude de détecteurs et le test du démonstrateur de SEPAGE. Nous avons utilisé GEANT4 pour l'analyse de nos données et prédire la réponse de nos détecteurs dans le domaine 0.1 à 1000 MeV. / In order to protect their detection against the giant electromagnetic pulse generated by the interaction of the PETAL laser with its target, PETAL diagnostics will be equipped with passive detectors. For SESAME and SEPAGE systems, a combination of imaging plate (IP) detectors with high-Z material protection layers will be used to provide additional features such as: 1) Ensuring a response of the detector to be independent of its environment and hence homogeneous over the surface of the diagnostics; 2) Shielding the detectors against high-energy photons from the PETAL target. In this work, calibration experiments of such detectors based on IPs were performed at electron and proton facilities with the goal of covering the energy range of the particle detection at PETAL from 0.1 to 200 MeV. The introduction aims at providing the reader the methods and tools used for this study. The second chapter presents the results of two experiments performed with electrons in the range from 5 to 180 MeV. The third chapter describes an experiment and its results, where protons in the energy range between 80 and 200 MeV were sent onto detectors. The fourth chapter is dedicated to an experiment with protons and ions in the energy range from 1 to 22 MeV proton energy, which aimed at studying our detector responses and testing the demonstrator of the SEPAGE diagnostic. We used the GEANT4 toolkit to analyse our data and compute the detection responses on the whole energy range from 0.1 to 1000 MeV.

L'expansion accélérée de l'univers est devenu un fait établi que personne ne pouvait prévoir il y a encore une vingtaine d'années. Pour expliquer l'accélération cosmique, l'univers doit être composé de $75%$ d'énergie noire, une matière hypothétique à pression négative. Une alternative aussi vertigineuse consiste à modifier la relativité générale d'Einstein à l'échelle cosmique.Mes travaux de thèse portent sur la contrainte des modèles d'énergie noire et de gravité modifiée avec les données observationnelles provenant de la croissance linéaire des structures cosmologiques. Une méthode basée sur une nouvelle paramétrisation de l'index de croissance des perturbations linéaires cosmologiques permet d'analyser un grand nombre de modèles "accélératoires" en même temps. Nous avons évalué et validé cette méthode par une analyse systématique de sa précision et de sa performance. Mes résultats montrent que le modèle standard de la cosmologie (le modèle $Lambda$CDM) reste en accord avec les données actuelles. Dans une étude approfondie, nous simulons les contraintes possibles avec les futures sondes cosmologiques de "précision" comme Euclid. Pour analyser encore plus de modèles en même temps, nous introduisons la théorie effective des champs de l'énergie noire (EFT) dans le formalisme développé auparavant. La EFT est un formalisme prometteur qui permet d'explorer d'une manière complète tous les modèles gravitationnels non-standards résultant de l'addition d'un degré de liberté supplémentaire dans l'équation d'Einstein. Nous proposons une paramétrisation de cette théorie que nous confrontons avec les données actuelles et futures. / The accelerated expansion of the universe has become an established fact that nobody could foresee until twenty years ago. To explain the cosmic acceleration, the universe must be composed by $75%$ of dark energy, a hypothetical form of matter with negative pressure. Alternatively, Einstein's field equation must be modified on cosmic scales. During my thesis I have worked on the constraint of dark energy and modified gravity models with data coming from the observed growth rate of cosmic structures. We have introduced a method based on a new parametrization of the growth index of linear cosmological perturbations. An advantage is the possibility of a concurrent analysis of multiple accelerating models. We have evaluated and validated the method in a systematic precision and performance check. My results show that the standard model of cosmology (the $Lambda$CDM model) remains consistent with current data. In an ongoing study, we have simulated future constraints for upcoming cosmological 'precision' probes like Euclid.In a second step, we introduce the effective field theory of dark energy (EFT) into our formalism. The EFT is a promising framework that allows to explore in a complete way all non-standard gravitational models that result from adding one degree of freedom in Einstein's field equation. Another advantage is its neat split of background and perturbation observables. We propose a parametrization of the EFT that we confront with current and simulated future constraints.

Lors de la focalisation d’un laser femtoseconde ultra-intense [I>10¹⁶W/cm²] sur une cible solide, dès le début de l’impulsion le champ laser est suffisant pour totalement ioniser la surface de la cible. Le reste de l’impulsion est ensuite réfléchi dans la direction spéculaire par le plasma dense ainsi créé : c’est un miroir plasma. Le champ laser ultra-intense peut accélérer les électrons au sein du plasma à des vitesses relativistes. Certains sont éjectés vers le vide et ces miroirs plasmas sont ainsi des sources de faisceaux d’électrons énergétiques. De plus, ils rayonnent dans l’extrême ultra-violet (XUV) à chaque période laser, ce qui se traduit par de la génération d’harmoniques d’ordre élevé de la pulsation laser. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre l’interaction laser-plasma sur miroirs plasmas à l’aide de la caractérisation de ces deux observables physiques qui en sont issues : les faisceaux d’électrons relativistes et les faisceaux d’harmoniques d’ordre élevé. Une première partie traite de la mesure des faisceaux harmoniques. Du fait des conditions physiques extrêmes d’interaction, la détection ne peut se faire qu’à une distance macroscopique de la cible. Ainsi la caractérisation des propriétés angulaires de ces faisceaux (réalisée en fonction des conditions d’interaction au cours de travaux précédents) ne fournit que des informations partielles sur l’interaction en elle-même. La ptychographie, une technique de mesure par diffraction cohérente où une sonde est diffractée par un objet, est ici transposée à la génération d’harmoniques sur miroirs plasmas grâce à la micro-structuration optique du plasma à la surface de la cible. Les champs sources harmoniques sont ainsi reconstruits en amplitude et en phase spatiales directement dans le plan cible. Grâce à ces mesures dans différentes conditions d’interaction, des modèles théoriques analytiques d’interaction en régime non relativiste [I<10¹⁸W/cm²] et relativiste [I>10¹⁸W/cm²] développés précédemment sont validés expérimentalement. Une seconde partie de cette thèse est consacrée à l’étude expérimentale des propriétés angulaires et en énergie des faisceaux d’électrons relativistes issus des miroirs plasmas. Une étude théorique et numérique, permet de prouver que ces mesures sont la première observation claire de l’accélération d’électrons relativistes par laser dans le vide (VLA). Enfin, l’étude simultanée des efficacités de génération des faisceaux d’électrons et d’harmoniques montre une corrélation nette entre les deux processus en régime relativiste. / When focusing an ultra-intense femtosecond laser pulse [I>10¹⁶W/cm²] onto a solid target, this target is ionized at the very beginning of the laser pulse. The resulting dense plasma then reflects the laser in the specular direction: it is a plasma mirror. The ultra-intense laser field can accelerate electrons within the plasma at relativistic speeds. Some are ejected towards the vacuum and these plasma mirrors are therefore sources of relativistic electron beams. Moreover, at each optical cycle they radiate in the form of extreme ultraviolet light, resulting in the generation of high-order harmonics of the laser frequency (HHG). The objective of this PhD is to understand laser-plasma interaction though the characterization of high-order harmonics and relativistic electron beams generated from plasma mirrors. The first part deals with harmonic beam measurement. Due to the extreme physical conditions during the interaction, detection can only be performed at macroscopic distance from target. Thus, the characterization of the harmonic beams’ angular properties (carried out as a function of interaction conditions in previous works) only provides partial information on the interaction itself. A technique of coherent diffraction imaging, named ptychography, which consists of diffracting a probe onto an object, is transposed to HHG on plasma mirrors by optically micro-structuring the plasma on a target surface. Harmonic fields are then reconstructed spatially in amplitude and phase directly in the target plane. Thanks to this measurement in different interaction conditions, previously developed theoretical analytical models in non-relativistic regime [I<10¹⁸W/cm²] and relativistic regime [I>10¹⁸W/cm²] are experimentally validated. The second part of the PhD is dedicated to the experimental characterization of angular and spectral properties of relativistic electron beams. A theoretical and numerical study shows that this constitutes the first clear observation of vacuum laser acceleration (VLA). Finally, a simultaneous study of harmonic and electron signals highlights a strong correlation between both processes in the relativistic regime.

L’accélération par sillage laser (ASL) repose sur l’interaction entre un faisceau laser intense et un plasma sous-dense. Au travers de cette interaction, une onde de plasma est générée avec un fort champ accélérateur, de trois ordres de grandeur plus élevé que celui d’un accélérateur conventionnel, rendant envisageable la réalisation d’accélérateurs futurs plus compacts. Pour la conception d’un futur accélérateur, un faisceau d’électrons de forte charge, faible dispersion en énergie et faible émittance doit être accéléré à des grandes énergies. Pour ce faire, la solution consiste à accélérer ces électrons dans un schéma multi-étages, qui est composé de trois étages: un injecteur, une ligne de transport et un accélérateur. Ce travail de thèse porte sur la modélisation de l’injecteur avec le code PIC Warp et sur les méthodes numériques telles que la technique de Lorentz-boosted frame pour diminuer le temps de calcul et la couche absorbante parfaite de Bérenger (PML) pour assurer la précision des calculs numériques. Ce travail de thèse a démontré l’efficacité de la PML dans les schémas FDTD à des ordres élevés et pseudo-spectral. Il a aussi démontré la convergence des résultats des simulations réalisées avec la technique de Lorentz-boosted frame dans un régime fortement non-linéaire de l’injecteur, permettant d’accélérer les calculs d’un facteur important (36) tout en assurant leur précision. La modélisation effectuée dans cette thèse a permis d’analyser et de comprendre les résultats expérimentaux, ainsi que de prédire les résultats des futures expériences. Plusieurs méthodes d’optimisation de l’injecteur ont également été proposées pour la génération d’un faisceau d’électrons conforme aux spécifications d’un futur accélérateur. / Laser Wakefield Acceleration (LWFA) relies on the interaction between an intense laser pulse and an under-dense plasma. This interaction generates a plasma wave with a strong accelerating field, which is three orders of magnitude higher than the one of the conventional accelerator; more compact accelerator is therefore theoretically possible. In the design of a future accelerator, a high quality electron bunch with a high charge, low energy spread and low emittance has to be accelerated to high energies. A solution for this is a multi-stage accelerator, which consists of an injector, a transport line and accelerator stages. This research work focuses on the modelling of the injector using the PIC code Warp and on the numerical methods such as the Lorentz-boosted frameto speedup calculations and the Perfectly Matched Layer (PML) to ensure the precision in numerical calculations. The outcome of this thesis has demonstrated the efficiency of the PML in the high-order FDTD and the pseudo-spectral solvers. Besides, it has also demonstrated the convergence of the results performed in simulations using the Lorentz-boosted frame technique. This technique speeds up simulations by a large factor (36) while preserving their accuracy. The modelling work in this thesis has allowed analysis and understanding of experimental results, as well as prediction of results for future experiments. This thesis has also shown ways to optimize the injector to deliver an electron bunch that conforms with the specifications of future accelerators.

Cette thèse s'inscrit dans la littérature relative au problème d'arbitrage durée, coût et qualité en gestion de projet. Nous développons un modèle d'accélération des projets de fabrication par le recours au travail temporaire et aux heures supplémentaires. Nous prenons en compte l'impact de la main d'œuvre additionnelle sur la durée via les pertes de productivité et sur la qualité des activités qui composent le projet. La qualité de toute activité est mesurée par le pourcentage d'items validés dans sa check-list de contrôle qualité. Nous proposons une formulation linéaire du problème de minimisation de la durée du projet sous contrainte de budget et de respect d'un seuil de qualité minimum pour chacune des activités que le projet comporte. Le programme d'optimisation mixte qui en résulte est appliqué au cas d'un projet de fabrication d'une motrice TGV et permet d'obtenir une planification prévisionnelle de la main d'œuvre pour atteindre la durée optimale d'exécution. Le modèle peut également être utilisé pour accélérer un projet en cours d'exécution ou à des fins plus stratégiques de dimensionnement des postes de travail. / We address the discrete time resource-constrained project scheduling problem in which each activity has a specified work content and its resource usage may vary from period to period. We consider temporary work and overtime as additional renewable resources for crashing the project. We assume that the project quality may be affected by crashing as well as its completion time through productivity loss due to overmanning. We develop a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model to minimise the makespan subject to a budget constraint and to acceptable quality levels for all activities so as to avoid rework. The proposed approach is applied to an actual manufacturing project of a very high speed train motor coach.

L’objectif principal de cette étude vise à documenter l’expérience scolaire et sociale d’élèves doués du secondaire, regroupés dans un programme « douance » du Québec. Les objectifs spécifiques sont de comprendre le point de vue des élèves en ce qui a trait à leur expérience académique et à leur expérience individuelle au sein de leur classe. Leur point de vue est donc au cœur de la démarche, afin de saisir leurs perceptions scolaires, sociales et individuelles des mesures pédagogiques dont ils bénéficient (regroupement, accélération, enrichissement). Pour ce faire nous nous sommes appuyés sur les modèles théoriques de la douance selon Renzulli et Gagné ainsi que sur les modèles théoriques de l’expérience scolaire selon Dubet et Rochex. Une approche qualitative qui s’appuie sur le récit de vie, l’entrevue semi-dirigée et l’entrevue de groupe a été privilégiée pour réunir et analyser les données issues des 12 participants. Nos résultats suggèrent que le programme douance est globalement apprécié par les élèves, notamment la dimension sociale du parcours scolaire. Les dimensions académiques et individuelles sont plus nuancées, notamment en raison de critiques concernant le manque d’accélération et le manque de différentiation pédagogique. Toutefois, il en résulte une expérience scolaire majoritairement positive pour ces élèves grâce au regroupement pendant l’ensemble de la scolarité du secondaire. Les résultats sont discutés dans la perspective d’offrir des pistes de réflexion pour les milieux scolaires qui souhaitent mieux répondre aux besoins des élèves doués. / The main objective of this study is to document the academic and social experience of gifted secondary school students, grouped together in a "gifted" program in Quebec. The specific objectives are to understand the students' perspective with regard to their academic experience and their individual experience within their class. Their point of view is therefore at the heart of the process, in order to capture their academic, social, and individual perceptions of the educational measures from which they benefit (regrouping, acceleration, enrichment). To do this we relied on theoretical models of giftedness according to Renzulli and Gagné as well as on theoretical models of school experience according to Dubet and Rochex. A qualitative approach that relies on life stories, semi-structured interviews, and group interview was favored to gather and analyze the data from the 12 participants. Our results suggest that the gifted program is generally appreciated by the students, in particular the social dimension of the school pathway. The academic and individual dimensions are more nuanced, in particular, because of criticisms concerning the lack of acceleration and the lack of educational differentiation. However, the result is a predominantly positive school experience for these students thanks to grouping throughout secondary schooling. The results are discussed in order to provide schools some advice and reflections to adequately meet the needs of gifted students.

Les accélérateurs par onde de sillage plasma produites par faisceaux de particules (PWFA) ou par faisceaux laser (LWFA) appartiennent à un nouveau type d’accélérateurs de particules particulièrement prometteur. Ils permettent d’exploiter des champs accélérateurs jusqu’à cent Gigaélectronvolt par mètre alors que les dispositifs conventionnels se limitent à cent Megaélectronvolt par mètre. Dans le schéma d’accélération par onde de sillage plasma, ou par onde de sillage laser, un faisceau de particules ou une impulsion laser se propage dans un plasma et créé une structure accélératrice dans son sillage : c’est une onde de densité électronique à laquelle sont associés des champs électromagnétiques dans le plasma. L’un des principaux résultats de cette thèse a été la démonstration de l’accélération par onde de sillage plasma d’un paquet distinct de positrons. Dans le schéma utilisé, un plasma de Lithium était créé dans un four, et une onde plasma était excitée par un premier paquet de positrons (le drive ou faisceau excitateur) et l’énergie était extraite par un second faisceau (le trailing ou faisceau témoin). Un champ accélérateur de 1,36 GeV/m a ainsi été obtenu durant l’expérience, pour une charge accélérée typique de 40 pC. Nous montrons également ici la possibilité d’utiliser différents régimes d’accélération qui semblent très prometteurs. Par ailleurs, l’accélération de particule par sillage laser permet quant à elle, en partant d’une impulsion laser femtoseconde de produire un faisceau d’électron quasi-monoénergétique d’énergie typique de l’ordre de 200 MeV. Nous présentons les résultats d’une campagne expérimentale d’association de ce schéma d’accélération par sillage laser avec un schéma d’accélération par sillage plasma. Au cours de cette expérience un faisceau d’électrons créé par laser est refocalisé lors d’une interaction dans un second plasma. Une étude des phénomènes associés à cette plateforme hybride LWFA-PWFA est également présentée. Enfin, le schéma hybride LWFA-PWFA est prometteur pour optimiser l’émission de rayonnement X par les électrons du faisceau de particule crée dans l’étage LWFA de la plateforme. Nous présentons dans un dernier temps la première réalisation expérimentale d’un tel schéma et ses résultats prometteurs. / Plasma wakefield accelerators (PWFA) or laser wakefield accelerators (LWFA) are new technologies of particle accelerators that are particularly promising, as they can provide accelerating fields of hundreds of Gigaelectronvolts per meter while conventional facilities are limited to hundreds of Megaelectronvolts per meter. In the Plasma Wakefield Acceleration scheme (PWFA) and the Laser Wakefield Acceleration scheme (LWFA), a bunch of particles or a laser pulse propagates in a gas, creating an accelerating structure in its wake: an electron density wake associated to electromagnetic fields in the plasma. The main achievement of this thesis is the very first demonstration and experimental study in 2016 of the Plasma Wakefield Acceleration of a distinct positron bunch. In the scheme considered in the experiment, a lithium plasma was created in an oven, and a plasma density wave was excited inside it by a first bunch of positrons (the drive bunch) while the energy deposited in the plasma was extracted by a second bunch (the trailing bunch). An accelerating field of 1.36 GeV/m was reached during the experiment, for a typical accelerated charge of 40 pC. In the present manuscript is also reported the feasibility of several regimes of acceleration, which opens promising prospects for plasma wakefield accelerator staging and future colliders. Furthermore, this thesis also reports the progresses made regarding a new scheme: the use of a LWFA-produced electron beam to drive plasma waves in a gas jet. In this second experimental study, an electron beam created by laser-plasma interaction is refocused by particle bunch-plasma interaction in a second gas jet. A study of the physical phenomena associated to this hybrid LWFA-PWFA platform is reported. Last, the hybrid LWFA-PWFA scheme is also promising in order to enhance the X-ray emission by the LWFA electron beam produced in the first stage of the platform. In the last chapter of this thesis is reported the first experimental realization of this last scheme, and its promising results are discussed.

Une impulsion laser ultra-courte et ultra-intense se propageant dans un gaz de faible densité est capable d'accélérer une partie des électrons de ce gaz à des énergies relativistes, de l'ordre de quelques centaines de MeV, sur des distances de seulement quelques millimètres. Pendant leur accélération et dû à leur mouvement transverse, ces électrons émettent de plus un rayonnement X fortement collimaté et dirigé vers l'avant appelé rayonnement bétatron. Les caractéristiques de cette source la rendent intéressante pour son utilisation en imagerie à ultra-haute résolution.Dans ce manuscrit, nous explorons trois axes de travail autour de cette source à l'aide de simulations réalisées avec les codes Particle-In-Cell CALDER et CALDER-Circ. Nous commençons ainsi par étudier la création d'une source bétatron avec des impulsions laser de durée picoseconde et d'énergie kilojoule, donc plus longues et plus puissantes que celles habituellement utilisées par la communauté. Nous montrons que malgré les paramètres inhabituels de ces impulsions lasers il est toujours possibles de générer des sources X, et ce dans deux régimes différents.Ensuite, afin de comprendre une partie des différences généralement observées entre expériences et simulations, nous montrons dans une autre étude que l'utilisation dans les simulations de profils lasers réalistes au lieu de profils parfaitement Gaussiens dégrade fortement les performances de l'accélérateur laser-plasma et de la source bétatron. De plus, ceci conduit à un meilleur accord qualitatif et quantitatif avec l'expérience.Enfin nous explorons plusieurs techniques pour augmenter l'émission X basées sur une manipulation des profils de plasmas utilisés pour l'accélération. Nous trouvons que l'utilisation d'un gradient transverse ou d'une marche de densité conduisent tous deux à une augmentation de l'amplitude du mouvement transverse des électrons, et donc de l'énergie émise par la source bétatron. Alternativement, nous montrons que cet objectif peut-être atteint par la transition d'un régime de sillage laser vers un régime d'accélération par sillage plasma induit par une augmentation de la densité. L'accélération des électrons est optimisée dans le premier régime, tandis que l'émission X est fortement favorisée dans le second. / An ultra-short and ultra-intense laser pulse propagating in a low-density gas can accelerate in its wake a part of the electrons ionized from the gas to relativistic energies of a few hundreds of MeV over distances of a few millimeters only. During their acceleration, as a consequence of their transverse motion, these electrons emit strongly collimated X-rays in the forward direction, which are called betatron radiations. The characteristics of this source turn it into an interesting tool for high-resolution imagery.In this thesis, we explore three different axis to work on this source using simulations on the Particles-In-Cells codes CALDER and CALDER-Circ. We first study the creation of a betatron X-ray source with kilojoule and picosecond laser pulses, for which duration and energy are then much higher than usual in this domain. In spite of the unusual laser parameters, we show that X-ray sources can still be generated, furthermore in two different regimes.In a second study, the generally observed discrepancies between experiments and simulations are investigated. We show that the use of realistic laser profiles instead of Gaussian ones in the simulations strongly degrades the performances of the laser-plasma accelerator and of the betatron source. Additionally, this leads to a better qualitative and quantitative agreement with the experiment.Finally, with the aim of improving the X-ray emission, we explore several techniques based on the manipulation of the plasma density profile used for acceleration. We find that both the use of a transverse gradient and of a density step increases the amplitude of the electrons transverse motions, and then increases the radiated energy. Alternatively, we show that this goal can also be achieved through the transition from a laser wakefield regime to a plasma wakefield regime induced by an increase of the density. The laser wakefield optimizes the electron acceleration whereas the plasma wakefield favours the X-ray emission.

Le progrès continu de la technologie laser a récemment permis l’avancement spectaculaire d’accélérateurs de particules par onde de sillage. Cette technique permet la génération de champs électriques très forts, pouvant dépasser de trois ordres de grandeurs ceux présents dans les accélérateurs conventionnels. L’accélération résultante a lieu sur une distance très courte, par conséquent les effets de la charge d’espace et de la dispersion de vitesse sont considérablement réduits. Les paquets de particules ainsi générés peuvent alors atteindre des durées de l’ordre de la femtoseconde, qui en fait un outil prometteur pour la réalisation d’expériences de diffraction ultra-rapide avec une résolution inégalée de l’ordre de quelques femtosecondes. La génération de tels paquets d’électrons avec des lasers de 1 J et d’une durée de 30 fs est à présent bien établie. Ces paramètres permettent de produire des faisceaux d’électrons de quelques centaines de MeV, et sont donc inadaptés aux expériences de diffraction. De plus, le taux de répétition de ces lasers de haute puissance est limité à quelques Hz, ce qui est insuffisant pour des expériences exigeant une bonne statistique de mesure. Notre groupe a utilisé un laser de pointe développé au laboratoire par le groupe PCO générant des impulsions de quelques millijoules, d’une durée de 3.4 fs - à peine 1.3 cycle optique - à une cadence de 1 kHz, pour accélérer des électrons par onde de sillage. Ce travail de thèse présente d’une part la première démonstration d’un accélérateur des particules relativistes opéré dans le régime de la bulle à haute cadence. L’utilisation de buses microscopiques a permis l’obtention de charges de dizaines de pC par tir. De plus, cette thèse vise à l’élargissement de notre compréhension des lois d’échelle d’accélération laser-plasma. Nous espérons que notre travail visant à la fiabilisation et l’optimisation de cette source permettra à terme de proposer un instrument accessible et fiable à la communauté scientifique, que ce soit pour la diffraction d’électrons, l’irradiation ultra-brève d’échantillons ou la génération de rayons X. / Continuing progress in laser technology has enabled dramatic advances in laser wakefield acceleration (LWFA), a technique that permits driving particles by electric fields three orders of magnitude higher than in conventional radio-frequency accelerators. Due to significantly reduced space charge and velocity dispersion effects, the resultant relativistic electron bunches have also been identified as a candidate tool to achieve unprecedented sub-10 fs temporal resolution in ultrafast electron diffraction (UED) experiments. High repetition rate operation is desirable to improve data collection statistics and thus washout shot-to-shot charge fluctuations inherent to plasma accelerators. It is well known that high-quality electron beams can be achieved in the blowout, or "bubble" regime, which is at present regularly accessed with ≈ 30 fs Joule-class lasers that can perform up to few shots per second. Our group on the contraryutilized a cutting edge laser system producing few-mJ pulses compressed nearly to a single optical cycle (3.4 fs) to demonstrate for the first time an MeV-grade particle accelerator with properties characteristic to the blowout regime operating at 1 kHz repetition rate. We further investigate the plasma density profile and exact laser pulse waveform effects on the source output, and show that using special gas microjets a charge of tens of pC/shot can be achieved. We expect this technique to lead to a generation of highly accessible and robust instruments for the scientific community to conduct UED experiments or to be used for other applications. This work also serves to expand our knowledge on the scalability of laser-plasma acceleration.

The objective of this thesis was to quantify the physiological responses such as O2 uptake (VO2), heart rate (HR) and blood lactate ([LA]) to some types of activities associated with intermittent sports in athletes. Our hypothesis is that the introduction of accelerations and decelerations with or without directional changes results in a significative increase of the oxygen consumption, heart rate and blood lactate. The purpose of the first study was to measure and compare the VO2 and the HR of 6 on-court tennis drills at both high and low displacement speeds. These drills were done with and without striking the ball, over full and half-width court, in attack or in defense mode, using backhand or forehand strokes. Results show that playing an attacking style requires 6.5% more energy than playing a defensive style (p < 0.01) and the backhand stroke required 7% more VO2 at low speed than forehand stroke (p < 0.05) while the additional cost of striking the ball lies between 3.5 and 3.0 mL kg-1 min-1. Finally, while striking the ball, the energy expanded during a shuttle displacement on half-width court is 14% higher than running on full-width court. Studies #2 and #3 focused on different modes of displacement observed in irregular sports. The objective of the second study was to measure and compare VO2, HR and [LA] responses to randomly performed multiple fractioned runs with directional changes (SR) and without directional changes (FR) to those of in-line running (IR) at speeds corresponding to 60, 70 and 80% of the subject’s maximal aerobic speed (MAS). All results show that IR’s VO2 was significantly lower than SR’s and FR’s (p<0.05). SR’s VO2 was greater than FR’s only at speeds corresponding to 80%MAS. On the other hand, HR was similar in SR and FR but significantly higher than IR’s (p<0.05). [LA] varied between 4.2 ± 0.8 and 6.6 ± 0.9 mmol L-1 without significant differences between the 3 displacement modes. Finally, the third study’s objective was to measure and compare VO2 , HR and [LA] responses during directional changes at different angles and at different submaximal running speeds corresponding to 60, 70 and 80% MAS. Subjects randomly performed 4 running protocols 1) a 20-m shuttle running course (180°) (SR), 2) an 8-shaped running course with 90-degree turns every 20 m (90R), 3) a Zigzag running course (ZZR) with multiple close directional changes (~ 5 m) at different angle values of 91.8°, 90° and 38.6°, 4) an In-line run (IR) for comparison purposes. Results show that IR’s was lower (p<0.001) than for 90R’s, SR’s and ZZR’s at all intensities. VO2 obtained at 60 and 70%MAS was 48.7 and 38.1% higher during ZZR when compared to IR while and depending on the intensity, during 90R and SR was between 15.5 and 19.6% higher than during IR. Also, ZZR’s VO2 was 26.1 and 19.5% higher than 90R’s, 26.1 and 15.5% higher than SR’s at 60 and 70%MAS. SR’s and 90R’s VO2 were similar. Changing direction at a 90° angle and at 180° angle seem similar when compared to continuous in-line running. [LA] levels were similar in all modalities. Overall, the studies presented in this thesis allow the quantification of the specific energetic demands of certain types of displacement modes in comparison with conventional forward running. Also, our results confirm that the energy cost varies and increase with the introduction of accelerations and decelerations with and without directional changes. / L’objectif de cette thèse est de quantifier trois réponses physiologiques: la consommation d’oxygène VO2, la fréquence cardiaque (FC) et la lactatémie ([LA]) pour différentes modalités de déplacement observées lors de sports irréguliers (ex: tennis, soccer, basketball et handball) chez des sportifs adultes. Notre hypothèse est que l’accélération et décélération avec et sans changements de direction résultent dans une augmentation significative de la consommation d’oxygène, de la fréquence cardiaque. Le but de la première étude menée dans le cadre de la présente thèse fut de mesurer et comparer le VO2 requis et la réponse de la FC de six types d’activités spécifiques au tennis (Attaque avec frappe de balle, défense avec et sans frappe de balle, coup droit, coup de revers, déplacement latéral) et ce, à des vitesses de déplacement basses et élevées. Ces activités furent exécutées en mode attaque et en mode défense avec utilisation du coup droit et du revers. Les résultats montrent qu’attaquer, nécessite 6.5% plus d’énergie que de défendre (p < 0.01) et que le coût associé au revers est supérieur de 7% à celui du coup droit (p < 0.05) lors des déplacements à vitesses faibles et que la frappe de balle coûte entre 3.5 et 3.0 mL kg-1 min-1. Enfin, frapper la balle et se déplacer en pas chassé sur la moitié de la largeur du court coûte 14% plus d'énergie que de se déplacer sur la largeur totale du court. La deuxième et troisième études présentées portent sur différents modes de déplacement observés dans des sports irréguliers. Ainsi, l’objectif de la seconde étude était de mesurer VO2, FC et [LA] lors des déplacements fractionnés avec (SR) ou sans (FR) changements de direction et de les comparer à ceux de la course continue (IR) à des intensités de 60, 70 et 80% de la vitesse aérobie maximale (VAM) observée en IR. Les résultats montrent que le VO2 requis pour IR fut significativement inférieur à celui de FR et de SR (p<0.05). Le VO2 lors des SR fut supérieur à celui observé lors des FR seulement à 80% VAM. Par contre, la FC fut similaire dans SR et FR mais significativement supérieure à celle de IR (p<0.05). [LA] varia entre 4.2 ± 0.8 et 6.6 ± 0.9 mmol L-1 sans différences significatives entre les 3 modes de déplacement. Enfin, l’objectif de la troisième et dernière étude fut de mesurer la réponse de VO2, de FC et de [LA] lors de déplacements avec changements de direction à différents angles à 60, 70 et 80% de la VAM des sujets. Les modalités de déplacement étaient 1) course navette avec changement de direction à 180° tous les 20 m (SR), 2) course en forme de 8 à angles droits (90R) tous les 20 m, 3) course en zigzag (ZZR) avec plusieurs virages rapprochés (~ 5 m) à différents angles de 91.8°, 90° et 38.6°, 4) course continue (IR) sans virage à des fins de comparaison. Les résultats montrent que le VO2 associé à IR est significativement inférieur à celui observé lors de ZZR, SR et 90R (p<0.001). Le VO2 atteint à 60 et 70% VAM lors de ZZR fut de 48.7 et 38.1% supérieur à celui atteint lors de IR, alors que selon l’intensité, les VO2 lors de 90R et SR furent entre 15.5 et 19.6 % supérieur à celui associé à IR. Toujours à 60 et 70%VAM, le VO2 atteint lors de ZZR fut respectivement de 26.1 et de 19.5% supérieur à celui atteint lors de 90R, et de 26.1 et 15.5% supérieur à celui atteint lors de SR. En ZZR, les sujets furent incapables de compléter la tâche à 80% VAM. En mode SR et 90R et à toutes les intensités, les VO2 mesurés furent similaires. Virer à 90° semble donc aussi exigeant qu’à 180° par rapport à la course continue. Enfin, [LA] était similaire dans toutes modalités. D’une façon générale, les études de cette thèse ont permis de quantifier les exigences énergétiques spécifiques de certaines formes de déplacements par rapport à la course avant conventionnelle. Ceci confirme que les coûts énergétiques varient et augmentent avec les accélérations et décélérations avec et sans changements de direction.