Les solutions laser actuellement mises en œuvre pour la manipulation des atomes de Césium dans les horloges atomiques et les capteurs inertiels embarqués souffrent de limitations intrinsèques en termes de puissance, de largeur de raie ou de compacité qui justifient l'étude de nouveaux concepts. Nous nous sommes intéressés aux lasers à semiconducteurs pompés optiquement, qui combinent les avantages des lasers solides traditionnels et ceux des lasers à semiconducteurs, ce qui leur permet d'émettre de fortes puissances dans un faisceau monomode. Dans ce manuscrit, nous étudions la conception d'une telle source dont l'émission est monomode transverse et longitudinale, en prenant en compte les contraintes d'efficacité et de compacité imposées par l'environnement spatial. Nous portons un soin tout particulier à décrire la structure semiconductrice et sa caractérisation expérimentale. Nous détaillons ensuite la mise en œuvre expérimentale et la caractérisation d'un prototype, accordable sur la raie D2 de l'atome de Césium. La stabilisation de la fréquence du laser est réalisée grâce à un asservissement sur une transition atomique dans un montage d'absorption saturée. Les propriétés spectrales de la source sont étudiées, en particulier, sa largeur de raie du laser et son spectre de bruit de fréquence. Enfin, nous mettons en évidence les contraintes thermiques qui apparaissent lors de la montée en puissance et nous cherchons à atteindre les limites des composants étudiés. Finalement, nous proposons diverses voies de recherche pour la poursuite de ces travaux.

En apprentissage automatique on a pour but d'apprendre un modèle, à partir de données, qui soit capable de faire des prédictions sur des nouvelles données (pas explorées auparavant). Pour obtenir un modèle qui puisse se généraliser sur les nouvelles données, et éviter le sur-apprentissage, nous devons restreindre le modèle. Ces restrictions sont généralement une connaissance a priori de la structure du modèle. Les premières approches considérées dans la littérature sont la régularisation de Tikhonov et plus tard le Lasso pour induire de la parcimonie dans la solution. La parcimonie fait partie d'un concept fondamental en apprentissage automatique. Les modèles parcimonieux sont attrayants car ils offrent plus d'interprétabilité et une meilleure généralisation (en évitant le sur-apprentissage) en induisant un nombre réduit de paramètres dans le modèle. Au-delà de la parcimonie générale et dans de nombreux cas, les modèles sont structurellement contraints et ont une représentation simple de certains éléments fondamentaux, comme par exemple une collection de vecteurs, matrices ou tenseurs spécifiques. Ces éléments fondamentaux sont appelés atomes. Dans ce contexte, les normes atomiques fournissent un cadre général pour estimer ce type de modèles. périodes de modèles. Le but de cette thèse est d'utiliser le cadre de parcimonie convexe fourni par les normes atomiques pour étudier une forme de parcimonie matricielle. Tout d'abord, nous développons un algorithme efficace basé sur les méthodes de Frank-Wolfe et qui est particulièrement adapté pour résoudre des problèmes convexes régularisés par une norme atomique. Nous nous concentrons ensuite sur l'estimation de la structure des modèles graphiques gaussiens, où la structure du modèle est encodée dans la matrice de précision et nous étudions le cas avec des variables manquantes. Nous proposons une formulation convexe avec une approche algorithmique et fournissons un résultat théorique qui énonce les conditions nécessaires pour récupérer la structure souhaitée. Enfin, nous considérons le problème de démixage d'un signal en deux composantes ou plus via la minimisation d’une somme de normes ou de jauges, encodant chacune la structure a priori des composants à récupérer. En particulier, nous fournissons une garantie de récupération exacte dans le cadre sans bruit, basée sur des mesures d'incohérence / The goal of machine learning is to learn a model from some data that will make accurate predictions on data that it has not seen before. In order to obtain a model that will generalize on new data, and avoid overfitting, we need to restrain the model. These restrictions are usually some a priori knowledge of the structure of the model. First considered approaches included a regularization, first ridge regression and later Lasso regularization for inducing sparsity in the solution. Sparsity, also known as parsimony, has emerged as a fundamental concept in machine learning. Parsimonious models are appealing since they provide more interpretability and better generalization (avoid overfitting) through the reduced number of parameters. Beyond general sparsity and in many cases, models are constrained structurally so they have a simple representation in terms of some fundamental elements, consisting for example of a collection of specific vectors, matrices or tensors. These fundamental elements are called atoms. In this context, atomic norms provide a general framework for estimating these sorts of models. The goal of this thesis is to use the framework of convex sparsity provided by atomic norms to study a form of matrix sparsity. First, we develop an efficient algorithm based on Frank-Wolfe methods that is particularly adapted to solve problems with an atomic norm regularization. Then, we focus on the structure estimation of Gaussian graphical models, where the structure of the graph is encoded in the precision matrix and study the case with unobserved variables. We propose a convex formulation with an algorithmic approach and provide a theoretical result that states necessary conditions for recovering the desired structure. Finally, we consider the problem of signal demixing into two or more components via the minimization of a sum of norms or gauges, encoding each a structural prior on the corresponding components to recover. In particular, we provide general exact recovery guarantees in the noiseless setting based on incoherence measures

En dimension trois, les états propres d'une particule quantique soumise à un potentiel désordonné présentent une transition, appelée transition d'Anderson, entre un régime délocalisé à faible désordre et un régime localisé à fort désordre. Cette localisation étant due aux interférences, elle est facilement perturbée par des effets de décohérence ou d'interaction entre particules, et est donc délicate à observer. Dans ce mémoire, nous rapportons nos travaux théoriques ayant permis la première observation expérimentale de la transition d'Anderson avec des ondes de matière atomiques.<br /><br />Un nuage d'atomes froids soumis à une onde stationnaire pulsée de façon quasi-périodique réalise une variante du Kicked Rotor (paradigme du chaos quantique) analogue à un modèle d'Anderson 3D. Cependant, la limite thermodynamique n'est pas accessible expérimentalement. Interprétant ces contraintes comme similaires à des effets de taille finie, nous construisons une méthode de ``finite-time scaling'' permettant de caractériser la transition expérimentalement, de donner la première détermination expérimentale non-ambigüe de l'exposant critique $\nu$ de la transition, et de confirmer que le Kicked Rotor quasi-périodique appartient à la même classe d'universalité que le modèle d'Anderson. À partir de la théorie auto-cohérente de la localisation, nous calculons l'état critique du système, prédiction trouvée en très bon accord avec les données expérimentales et numériques.

L'objectif du projet HORACE est la réalisation d'horloges compactes embarquées de haute performance en fréquence à l'aide d'atomes froids de Cs. Dans ce mémoire, on discute d'abord le mode de fonctionnement original d'HORACE où toutes les interactions appliquées aux atomes de Cs133 ont lieu dans la cavité micro-onde (refroidissement, interrogation, détection), selon une séquence purement temporelle. On montre que la stabilité relative de fréquence peut être <1.10^(-12)\tau^(-1/2), et dépendra des caractéristiques du refroidissement, comme la taille du nuage et le taux de capture, et des performances en fréquence de l'oscillateur local à des fréquences de Fourier de qq. 10 Hz (effet de repliement de spectre). Les méthodes de détection par fluorescence (populations) et par "radiation damping" (cohérences) sont décrits et discutés. La deuxième partie du mémoire présente un modèle de refroidissement Doppler dans une cellule réfléchissante ou diffusante, basé sur une étude du champ laser moyen dans la cellule. On montre alors que la figure de tavelure 3D permet des mécanismes de refroidissement Sisyphe. La troisième partie du mémoire est consacrée à l'étude expérimentale du refroidissement subDoppler dans une cavité micro-onde sphérique polie au niveau optique utilisée comme cellule. L'étude démontre que plus de 3.10^(7) atomes froids sont refroidis dans les puits de potentiels lumineux de la figure de tavelure 3D. Les constantes de temps de thermalisation ~30 fois plus longs que dans une configuration Lin per Lin prédits par le modèle ont été vérifiés expérimentalement. Des températures de ~2 microK ont été mesurées par temps de vol. La dernière partie du mémoire décrit la réalisation et l'accord en fréquence de la cavité micro-onde sphérique, et les principaux déplacements relatifs de fréquence attendus dans le bilan d'exactitude d'Horace. Ces derniers sont dus au déphasage du champ micro-onde pulsé et au déplacement relatif de fréquence collisionnel entre atomes froids au niveau de quelques 10^(-13).

Ce document décrit une ensemble de travaux effectué entre 1985 et 2003 dans le domaine de la spectroscopie laser des atomes. Il s'agit des mesures d'écart isotopiques (Gd, Xe), de la détermination de la constante de Rydberg, de la mesure du Lamb shift du niveau fondamental de l'hydrogène ainsi que de la violation de la parité dans le Cs. Un survol des candidats atomiques , moléculaires et ioniques susceptibles de fournir une horloge optique est suivi de la description d'un projet concernant l'atome d'argent. Cette expérience, entreprise au BNM-INM, Cnam, Paris, vise la réalisation de la seconde grâce à l'emploi d'une transition à deux photons de 661,3 nm sans effet Doppler excitée dans un échantillon d'atomes refroidis par laser. Les premières expériences réalisées avec un jet atomique thermique et des lasers à colorant sont présentées ainsi que le développement des sources laser solides adéquates.

Les fontaines atomiques, basées sur une transition micro-onde du Césium ou du Rubidium, constituent l'état de l'art des horloges atomiques, avec une exactitude relative avoisinant 10^-16. Il apparaît cependant clairement aujourd'hui qu'il sera difficile de dépasser significativement ce niveau de performance avec un dispositif de ce type. L'utilisation d'une transition optique, toutes choses étant égales par ailleurs, ouvre la perspective d'une amélioration de 4 ou 5 ordres de grandeur de la stabilité et de l'incertitude relative sur la plupart des effets systématiques. Les effets liés au mouvement des atomes peuvent être, quant à eux, contrôlés d'une façon totalement différente, en les piégeant dans un réseau optique pour éviter la phase de vol balistique caractéristique des fontaines. Le point clef de cette approche réside dans le fait que les paramètres de ce piège peuvent être ajustés de façon à s'affranchir du déplacement lumineux si l'on sélectionne une transition d'horloge faiblement permise J = 0->J = 0. A cet égard, l'atome de strontium est l'un des candidats les plus prometteurs, la transition 1^S_0 -> 3^P_0 présente une largeur naturelle de 1 mHz, et plusieurs autres transitions facilement accessibles peuvent être utilisées en vue d'un refroidissement laser efficace des atomes jusqu'à une température de 10 microK. Ce manuscrit de thèse d'une part démontre la faisabilité expérimentale d'une horloge à réseau optique basée sur l'atome de strontium, et d'autre part expose une évaluation préliminaire de l'exactitude relative avec l'isotope fermionique 87^Sr, à un niveau de quelques 10^-15.

Le but ultime de ce travail est la réalisation d'un logiciel de calcul de chimie quantique ab initio utilisant une base d'orbitales atomiques de Slater et capable d'évaluer les déplacements chimiques de RMN. Pour traiter le cas compliqué des intégrales multicentriques, nous avons utilisé la méthode de la transformée de Fourier des fonctions B. Un développement original des termes d'ordres non-nuls est présenté. Les expressions obtenues impliquent des intégrales semi-infinies dont l'intégrande est très oscillante. Dans ce travail, nous avons mis au point de nouveaux algorithmes récursifs de la (permittivité) de Wynn, du (u )de Levin et de la transformation non-linéaire SD, extrêmement rapides et qui garantissent la précision du résultat final. Les tableaux de résultats montrent l'efficacité de ces approches et plus particulièrement de SD pour accélérer la convergence des intégrales semi-finies. Les résultats obtenus permettent d'envisager la programmation d'un logiciel ab initio utilisant nos algorthimes.

La modélisation de la chimie de combustion de mélanges d'hydrocarbures (alcanes, aromatiques et naphténiques), représentatifs de combustibles industriels nécessite l'utilisation de schémas cinétiques détaillés complexes. La raideur du système différentiel associé rend impossible tout couplage avec des codes industriels en raison de son coût de calcul prohibitif. Une solution possible consiste à diminuer la taille de ces mécanismes. La présente étude se propose donc de réduire, sans dégrader son caractère prédictif initial, un mécanisme détaillé du kérosène (225 espèces et 3493 réactions irréversibles) dans les conditions du réacteur parfaitement agité (PSR) sur un vaste domaine de pression, richesse et température. La méthode utilisée se déroule en trois étapes. Les deux premières consistent à simplifier le modèle initial par élimination des espèces (méthode des flux atomiques) puis des réactions (analyse des composantes principales de la matrice des vitesses) inutiles à la description du processus de combustion. Le mécanisme squelettique obtenu est ensuite réduit par la mise en état stationnaire de certaines espèces dont les concentrations peuvent être explicitées en fonction des espèces différentielles au sein d'un système algébro-différentiel. La technique d'itérations internes, utilisée pour la résolution des expressions algébriques, est couplée à un accélérateur de convergence afin de réduire significativement le temps de calcul nécessaire aux simulations. Les programmes utilisés, au cours de cette procédure de réduction, ont été automatisés afin d'en rendre l'utilisation simple et rapide. Cette méthodologie a rendu possible l'analyse détaillée des voies réactionnelles de consommation des 3 réactifs initiaux ainsi que l'évaluation de la sensibilité des réactions impliquées. On peut ainsi, sans connaissances cinétiques particulières, élaborer des schémas réduits présentant une diminution d'un facteur 15 (globalement) à 50 (localement) du temps de calcul. Plus de 65% des profils de fractions molaires des espèces sont correctement reproduits avec une déviation relative par rapport au modèle initiale inférieure à 10%.

Cette thèse présente deux types d'expérience qui utilisent une jonction Josephson pour étudier des effets à l'échelle mesoscopique. La première partie décrit la mesure du troisième moment du bruit de grenaille émis par une jonction tunnel, en ajoutant celui-ci au courant de polarisation d'une jonction Josephson. Le deuxième et troisième moment du bruit modifient l'échappement depuis la branche de supercourant, un effet que des prédictions récentes permettent de comprendre quantitativement. Dans une seconde partie, nous discutons la possibilité de sonder en détail la description récente de l'effet Josephson mésoscopique, en particulier les deux états d'Andreev qui portent le supercourant. En utilisant un circuit à même de mesurer la relation courant-phase d'un contact atomique supraconducteur grâce à une jonction Josephson, nous décrivons des expériences préliminaires vers la spectroscopie des états d'Andreev.

Nicolas Delsaux (2008). Développement dune méthode de prédiction des sites dinteraction protéines-molécules à partir de la structure primaire (thèse de doctorat). Gembloux, Belgique, Faculté Universitaires des Sciences Agronomiques, 204p., 20 tabl., 81 fig. Résumé : Ce travail a pour but daméliorer nos connaissances des interfaces et daider les scientifiques à caractériser au mieux les protéines de fonction et de structure encore inconnues. Pour cela, nous avons construit des banques de données de structures tridimensionnelles de complexes et leurs interfaces ont été analysées au niveau atomique. Lanalyse détaillée des interfaces a permis de confirmer le rôle important des acides aminés aromatiques et de larginine ainsi que de montrer quels couples de résidus sont significativement favorisés dans celles-ci. De plus, limportance du volume des résidus voisins des sites dinteraction et de la conformation des acides nucléiques a pu être montrée. Les principales variables corrélées aux interfaces sont : trois propensions à être en interaction, le type de résidu et sa position dans la séquence, les prédictions daccessibilité et de structures secondaires, la prédiction en Receptor Binding Domain, et la présence de certains motifs protéiques. Finalement, une méthode de prédiction des sites dinteraction été mise au point. Cette méthode est lune des seules à nutiliser que des informations directement accessible à partir de la séquence et donne des résultats très encourageants. La spécificité obtenue est en effet suffisante pour améliorer les résultats expérimentaux obtenus par mutagénèse dirigée. Nicolas Delsaux (2008). Development of a prediction method of protein-molecule interaction sites from primary structure (doctoral thesis, in French). Gembloux, Belgium, Agricultural University, 204p., 20 tabl., 81 fig. Summary: The objective of this work is to improve the knowledge about interfaces and to assist the characterization of proteins with unknown function and structure. To this aim, we constructed databases of three-dimensional structures of complexes and their interfaces were analyzed at the atomic scale. The in-depth analysis of interfaces confirms the preponderance of aromatic amino acids and of arginine. Residue pairs that are significantly favored at the interfaces were also identified. Moreover, the importance of interaction sites neighboring residue volumes and of the nucleic acids conformation has been highlighted. The main parameters correlated to interaction sites are: three interaction propensities, residues type and its location within the sequence, predictions of accessibility and of secondary structures, prediction to be a Receptor Binding Domain, and the presence of protein patterns. Finally, a prediction method of interaction sites has been developed. This method is one of the few which only use information directly accessible from protein sequence and gives promising results. The achieved specificity is indeed sufficient to improve experimental results of site-directed mutagenesis.