Las aberraciones ópticas determinan la formación de imágenes en el ojo, tanto en el proceso de la visión como en las observaciones oftalmoscópicas del fondo de ojo. La corrección total de estas aberraciones permitiría una resolución limitada sólo por la difracción en las pupilas utilizadas. Las aberraciones del ojo difieren de un sujeto a otro y no responden a modelos sencillos. En este trabajo se propone el uso de técnicas de Óptica Adaptativa para el desarrollo de un sistema experimental para la medida y corrección de las aberraciones estáticas del ojo. Estas técnicas pueden ser igualmente útiles para obtener imágenes de alta resolución de la retina, utilizarse en el diseño de lentes oftálmicas, etc. Para la medida de la función aberración de onda, se han utilizado dos métodos no invasivos aplicables al ojo humano: La Recuperación de Fase a partir de dos imágenes de Doble Paso, y el Sensor de Hartmann-Shack. Para la corrección de la aberración se ha utilizado un Modulador Espacial de Cristal Líquido.Se han desarrollado los procedimientos de control y de calibrado de estos métodos, y se estudia la viabilidad de aplicación para el ojo. Finalmente, se han realizado medidas de la aberración, mediante ambos métodos, y su posterior corrección mediante el modulador espacial de cristal líquido, en un ojo artificial y en sujetos reales. / The image formation properties of the eye are determined by the aberrations of the optics. The complete correction of the aberrations would allow diffraction-limited resolution. The aberrations of the eye are not easily modeled and are different for each subject.This thesis proposes the use of adaptive optics techniques to measure and correct the static aberrations of the eye. The principles and methods developed are useful in specific applications, i.e., high-resolution retinal imaging, ophthalmic lens design, etc.Two non-invasive methods have been used to measure the wave aberration function: Phase Retrieval Techniques from two double-pass retinal images; and the Hartmann-Shack sensor. A Liquid Crystal Spatial Light Modulator was used to adaptively correct the wave front aberration of the eye.This thesis also includes guidelines to calibrate and control the proposed techniques.Finally, experimental explorations of these methods are reported. Several results are presented, including the measure and the subsequent compensation of the wave aberration for artificial and human eyes.

L’impact laser obtenu avec les systèmes actuels de photocoagulation laser de la rétine n’est pas maitrisé. L’enjeu est d'obtenir un confinement 3D de l'impact laser, c’est-à-dire de contrôler son positionnement et son extension, pour éviter de porter atteinte aux couches saines de la rétine. Un tel confinement pourrait être réalisé si l’on disposait d’un système laser plus ouvert et d’un dispositif permettant de corriger en temps réel les aberrations de l'œil. L’optique adaptative permet une telle correction ; cette technique est utilisée depuis une vingtaine d’années dans le domaine du diagnostic (imagerie). Cependant, sa mise en œuvre pour des applications thérapeutiques, telles que la photocoagulation laser, nécessite encore d’en améliorer la robustesse : alors qu’en imagerie il suffit de reprendre une image si la précédente est mauvaise, le confinement de l’impact laser doit être assuré en permanence durant toute la procédure chirurgicale. Le but de la thèse est de guider le développement ultérieur d’un système d’optique adaptative médical visant à assister un système de photocoagulation laser de la rétine. Le dimensionnement d’un tel système doit s’appuyer sur une solide connaissance des aberrations oculaires. Ainsi, une étude hautement résolue temporellement et spatialement des aberrations dynamiques de l’œil de grande ampleur a été réalisée et de cette étude, des conclusions sur le dimensionnement d’un système d’optique adaptative pour l’œil ont été tirées. Par ailleurs, un banc de test d’optique adaptative haute cadence a été conçu et intégré pour se confronter aux problèmes pratiques que pose la mise en place d’un système d’optique adaptative pour l’œil. / The laser lesion delivered by current retinal photocoagulation laser systems is not well controlled. The issue is to get a better confinement of the laser lesion that is to control the size of the laser lesion as well as the laser lesion positioning in the retina, in order to prevent any retinal damage. Such a confinement could be reached if the laser system featured a higher numerical aperture and was associated with a real-time correction of the aberrations of the eye. Adaptive optics gives access to such a correction; this technique has been used for the past twenty years for diagnosis (retinal imaging). However, further work is still to be achieved to improve the robustness of current adaptive optics systems before implementing adaptive optics in therapeutic systems, in particular in retinal laser photocoagulation systems. Indeed, unlike imaging where the acquisition can be repeated as many times as necessary, the confinement of the laser lesion must be maintained over time during the whole laser treatment. In this thesis, we provide guidance for the future design of an adaptive optics system for retinal photocoagulation. Such a design has to rely on a thorough knowledge of the ocular aberrations to correct. Thus, a highly temporally as well as spatially resolved aberrometry study on a large population was performed and conclusions on the design of an adaptive optics system for the eye were drawn from this study. Besides, a test bench was designed and set up to face the practical problems coming with the implementation of an adaptive optics system for the eye.

La majorité des modèles d’uvéites expérimentales sont médiées par les sous-types lymphocytaires CD4+ T-Helper 1 (Th1) et Th17. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes immunitaires mis en jeu lors d’une uvéite idiopathique (sans étiologie) chez l’humain. La première partie de cette étude est donc consacrée à l’étude du profil biologique de 30 cytokines/chimiokines/ facteurs de croissance intraoculaires (AqH) et sériques obtenues au laboratoire (technologie Luminex®). Ces médiateurs sont dosés dans le sérum et l’AqH de patients atteints d’uvéites intermédiaires et postérieures activesidiopathiques. Ces résultats sont comparés à une cohorte de patients non inflammatoires et à des groupes de patients atteints d’uvéites de diverses étiologies. Nous avons trouvé que le profil des médiateurs diffère nettement en fonction de la cause de l’inflammation intraoculaire. Une réponse pro-inflammatoire large est observée avec des concentrations accrues des cytokines de type Th1 (IFNγ, IL-12), Th17 (IL-17), TNF-α, IL-6, MIP-1α, MIP-1β, MCP-1, G-CSF et IP-10 dans les uvéites idiopathiques. Les concentrations sériques différent de celles des contrôles par les taux d’IL-17 et IP-10 augmentés. La deuxième partie concerne l’étude des mécanismes immunitaires des uvéites par l’analyse des vascularites en imagerie adaptative (FIOA) et particulièrement l’observation anatomique des modifications liées aux inflammations oculaires. Nous ne trouvons pas de corrélation entre l’aspect de cellularité périvasculaire en FIOA et les cytokines retrouvées dans l’AqH des yeux avec uvéite. Pouvoir déterminer quels médiateurs de l’inflammation interviennent dans les pathologies inflammatoires permettrait de les cibler avec des thérapies adaptées. / Most of experimental models of uveitis are mediated by lymphocytic subtypes CD4+ T-Helper 1 (Th1) et Th17. The aim of this thesis is to study the immune mechanisms in idiopathic uveitis (i.e. unknown etiology) in humans. First, we will determine the biological spectrum of 30 cytokines/ chemokines/ growth factors in aqueous humour and sera by Luminex® technology. Those mediators will be measured in the serum and aqueous humour of patients with active intermediate and posterior uveitis classified as idiopathic. Those results will be compared to a cohort of patients with no inflammation and to patients with uveitis of various causes. We found that the profile of mediators changes regarding to the cause of the intraocular inflammation. The proinflammatory process is related to increased levels of cytokines Th1 (IFNγ, IL-12), Th17 (IL-17), TNF-α, IL-6, MIP-1α, MIP-1β, MCP-1, G-CSF and IP-10 idiopathic uveitis. The sera of the patients with idiopathic uveitis have increased levels IL-17 and IP-10. Secondly, the immune mechanisms of uveitis were studied by adaptive optics imaging (FIOA) and particularly the observation of anatomic changes related to ocular inflammations. We ruled out any correlation betweeen the perivascular cellular opacification in FIOA and the cytokines/ chemokines found in the eyes with uveitis. An understanding of the profile of mediators in inflammation and their determination could help to target idiopathic uveitis with correct therapies.

La turbulence optique et son impact sur les images obtenues à partir d'instruments de mesure est un phénomène connu dans le domaine de l'astronomie. Des modèles issus de la théorie de Kolmogorov, développée pour une turbulence dynamique, ainsi que des méthodes de correction, telles que l'optique adaptative, existent pour l'analyse et la compensation des effets de cette turbulence optique. L'analyse de cette dernière dans les milieux confinés est cependant plus limitée. Les sources susceptibles de générer une turbulence optique dans ces espaces sont pourtant multiples et peuvent avoir un impact non négligeable sur les mesures des instruments installés à proximité. Ce mémoire constitue une première approche de la caractérisation de la turbulence optique dans un espace confiné. Après l'introduction des phénomènes étudiés et des outils mathématiques employés, ce mémoire présente les résultats issus d'analyses de coupoles de télescopes et de caractérisations de salles blanches employées par l'entreprise Thales Alenia Space pour l'intégration et le test d'instruments optiques. Ces résultats sont obtenus avec l'instrument INTENSE, développé durant la thèse pour la caractérisation de la turbulence optique locale via la mesure des fluctuations des angles d'arrivée de multiples faisceaux lasers. En prévision de futurs améliorations de l'analyse de la turbulence en espace confiné, un chapitre du mémoire est dédié aux travaux réalisés sur une méthode d'extraction du profil de l'énergie de la turbulence et à son application sur l'instrument INTENSE. Les conclusions et les perspectives des travaux réalisés pendant la thèse sont présentées à la fin du mémoire. / Optical turbulence and its impact on measured images is a well-known phenomenon in astronomy. Models based on the Kolmogorov theory, elaborated for a dynamical turbulence description, and methods, such as Adaptive Optics, were both developed so as to understand and correct the degradations caused by this turbulence. Analysis of the same phenomenon in indoor situation was however less investigated. The local air volume is nonetheless prone to optical perturbations sources which could have non negligible impacts on the measurements of instruments installed at proximity. This document introduces a first approach of indoor optical turbulence characterization. After the introduction of the studied phenomenon and the mathematical tools employed, this thesis present optical turbulence characterizations inside Thales Alenia Space clean rooms used for optical instrument integration and testing. Analyses inside telescope domes are also shown in this document. All the results were obtained using the INTENSE instrument which was developed during the thesis for optical turbulence characterizations using angle of arrival fluctuations of laser beams. In anticipation for future ameliorations of optical turbulence analysis methods, a chapter of this thesis is dedicated to the work made on a turbulence energy profile extraction and its application on the INTENSE instrument. Conclusions and perspectives of the work made during this thesis are presented at the end of the document.

Les petits corps du système solaire riches en volatiles incluent plusieurs populations d’objets : les astéroïdes de la ceinture principale, les astéroïdes troyens des planètes géantes, les objets trans-neptuniens (OTNs) et les comètes. Au cours de ces dernières années, l'’idée que leur position actuelle résulte de migrations orbitales plutôt qu’elle ne reflète leur région de formation a progressivement émergée. Spécifiquement, certains astéroïdes pourraient être des comètes, et certaines comètes pourraient être des OTNs. Je présente ici les travaux réalisés au cours de ma thèse pour contraindre la composition (minéralogie de surface et structure interne) de ces différentes populations afin i) de déterminer les liens qui les unissent, ii) comprendre leurs migrations passées et donc, iii) apporter de nouvelles contraintes aux modèles dynamiques décrivant la formation et l’évolution de notre système solaire. À cet effet, j’ai principalement utilisé comme méthode d’analyse l’observation spectroscopique, ainsi que la modélisation des données obtenues et leur comparaison aux données spectrales de météorites et poussières cosmiques étudiées en laboratoire. / The icy small bodies of our solar system encompass several populations of objects : the main belt asteroids, the giant planets Trojans, the Trans-Neptunian Objects (TNOs) and the comets. During recent years, the idea that their present location is the result of orbital migrations rather than their true formation location has progressively emerged. Specifically, some asteroids could be comets, and some comets could be TNOs. Here, I present the studies carried out along my PhD aiming to constrain the physical properties of all these populations in order ultimately i) to determine the link between these populations, ii) bring key constraints to their past orbital evolution and thus iii) key constraints to the formation and evolution models for our Solar System. For that purpose, I have used spectroscopy as a main tool, as well as data modelling using a radiative transfert code and comparison of our astronomical data to laboratory measurements of meteorites and cosmic dust.

Avec l’avènement de la prochaine génération de télescope de plus de 30m de diamètre, il devient primordial de réduire le coût des observations et d’améliorer leur rendement scientifique. De plus il est essentiel de construire ces instruments sur des sites disposant d’une qualité optique maximale. J’ai donc essayé, au cours de ma thèse, de développer un outil fiable, facile d’utilisation et économique permettant de satisfaire ces exigences. J’ai donc utilisé le modèle de prévision météorologique Weather Research and Forecasting et le modèle de calcul de la turbulence optique Trinquet-Vernin pour prédire, plusieurs heures à l’avance, les conditions optiques du ciel tout au long de la nuit. Cette information permettrait d’améliorer la gestion du programme d’observation, appelée "flexible scheduling", et ainsi de réduire les pertes dues à la variation des conditions atmosphériques. Les résultats obtenus et les améliorations apportées au modèle WRF-TV lui permettent de présenter un bon accord entre les mesures et les prévisions ce qui est prometteur pour une utilisation réelle. Au delà de cette gestion, nous avons voulu créer un moyen d’améliorer la recherche et le test de sites astronomiquement intéressants. Nous avons donc définit un paramètre de qualité qui prend en compte les conditions météorologiques et optiques. Ce paramètre a été testé au-dessus de l’île de La Palma aux Canaries et a montré que l’Observatorio del Roque de los Muchachos est situé au meilleur emplacement de l’île. Enfin nous avons créé une routine d’automatisation du modèle WRF-TV afin d’avoir un outil opérationnel fonctionnant de manière autonome. / With the next generation of extremely large telescope having mirror with a diameter larger than 30m, it becomes essential to reduce the cost of observations and to improve their scientific efficiency. Moreover it is fundamental to build these huge infrastructures in location having the best possible optical quality. The purpose of my thesis is to bring a solution easier and more economical than before. I used the Weather Research and Forecasting (WRF) model and the Trinquet-Vernin parametrization, which computes the values of the optical turbulence, to forecast a couple of hours in advance the evolution of the sky optical quality along the coming night. This information would improve the management of observation program, called "flexible scheduling", and thereby reduce losses due to the atmospheric variations. Our results and improvements allow the model us WRF-TV to have a good agreement between previsions and in-situ measurements in different sites, which is promising for a real use in an observatory. Beyond the flexible scheduling, we wanted to create a tool to improve the search for new sites or site testing for already existing sites. Therefore we defined a quality parameter which takes into account meteorological conditions (wind, humidity, precipitable water vapor) and optical conditions (seeing, coherence time, isoplanatic angle). This parameter has been tested above La Palma in Canary island showing that the Observatorio del Roque de los Muchachos is located close to the best possible location of the island. Finally we created an automated program to use WRF-TV model in order to have an operational tool working routinely.