Cette thèse s’intéresse à la photo-ionisation de systèmes atomiques et moléculaires en phase gazeuse à l’aide d’harmoniques d’ordre élevé, un rayonnement cohérent dans le domaine de l’extrême ultraviolet (10-100 eV) sous la forme de trains d’impulsions attosecondes (1 as = 10-18 s). Dans un premier temps, les dynamiques électroniques au cours de l’auto-ionisation de gaz rares sont étudiées par interférométrie électronique. L’auto-ionisation résulte de l’interférence entre un chemin d’ionisation direct et un chemin résonant pour lequel l’atome reste transitoirement piégé dans un état excité.L’amplitude de la transition associée à ces processus est accessible via des expériences de photo-ionisation dans le domaine spectral (sur synchrotron par exemple), mais ce n’est pas le cas de la phase qui est pourtant essentielle à la compréhension de la dynamique électronique.Nous avons développé plusieurs méthodes interférométriques afin de mesurer la phase spectrale associée aux transitions électroniques vers des résonances de Fano dans les gaz rares.A partir des informations dans le domaine spectral, nous avons reconstruit pour la première fois la dynamique d'auto-ionisation ultra-rapide dans le domaine temporel et observé les interférences électroniques donnant lieu au profil de raie asymétrique. Dans un second temps, la photo-ionisation de molécules de NO est étudiée dans le référentiel moléculaire et utilisée comme un polarimètre afin de caractériser complètement l’état de polarisation du rayonnement harmonique, et en particulier de distinguer la partie du rayonnement polarisée circulairement d’une éventuelle partie dépolarisée. Nous présentons les résultats des mesures de polarimétrie moléculaire dans le cas de la génération d’harmoniques par un champ à deux couleurs polarisées circulairement en sens opposé. Ces études, complétées par des simulations numériques, permettent de proposer des conditions optimales de génération de rayonnement harmonique polarisé circulairement et contribuent à ouvrir la voie vers des études de dichroïsme circulaire ultrarapide dans la matière. / In this work, photoionzation of atomic and molecular species in the gas phase is investigated with high-harmonic radiation. In a first part, electronic dynamics in the autoionization process of rare gases in studied with electron interferometry. This method gives access to the spectral phase of the transition to the autoionizing state, and allows there construction of the entire autoionization dynamics. The ultrafast electronic dynamics, as well as the build-up of the celebrated asymmetric Fano profile, are observed experimentally for the first time. In a second part, photoionization of NO molecules in the molecular frame is used as a polarimeter to completeley characterize the polarization state of high-harmonics. In particular, this method can address the challenging disentanglement of the circular and unpolarized components of the light. The experimental results, completed by numerical simulations, allow defining optimal generation conditions of fully circularly-polarized harmonics for advanced studies of ultrafast dichroisms in matte

L’interaction spin-orbite a permis de reproduire dans les modèles nucléaires théoriques, les nombres magiques N=28 et 50 observés dans les noyaux atomiques. Ces dernières décennies, l’étude expérimentale de noyaux exotiques a mis en évidence une évolution des nombres magiques loin de la vallée de stabilité. On peut alors se poser la question de l’évolution des potentiels d’interaction eux-mêmes, et en particulier de l’interaction spin-orbite. Si cette interaction a été historiquement incluse « à la main » dans les modèles de champ moyen « classiques », elle émerge cependant naturellement dans les modèles relativistes. La description de l’interaction spin-orbite est très similaire dans ces deux types de modèles, mais il subsiste a priori un désaccord du point de vue de sa dépendance en isospin : les modèles non-relativistes de type Hartree-Fock présentent en effet un potentiel spin-orbite dépendant fortement de l’isospin, contrairement aux modèles de type Relativistic Mean Field.En 2009, des calculs mettant en œuvre différents modèles théoriques ont prédit l’existence d’une « bulle », caractérisée par une déplétion en densité protonique centrale, dans le ³⁴Si. Ce dernier aurait une densité protonique très exotique, et bien différente de sa densité neutronique. Le ³⁴Si constituerait alors une sonde idéale de l’évolution du potentiel spin-orbite dans les systèmes présentant une forte asymétrie protons-neutrons. L’émergence d’un tel effet trouverait son origine dans la déplétion de l’orbitale protonique2s½, les orbitales s étant les seules à contribuer à la densité nucléaire centrale.Une expérience réalisée en Septembre 2012 à NSCL (MSU, Etats-Unis), a permis de mettre en évidence pour la première fois un effet de bulle nucléaire dans le ³⁴Si. L’étude des facteurs spectroscopiques des états peuplés lors des réactions d’arrachage de proton ou de neutron ³⁴Si(-1p) ³³Al et ³⁴Si(-1n) ³³Si indique que sa structure neutronique est très proche d’un système sans corrélations au-delà du champ moyen, tandis que son orbitale protonique est très faiblement occupée : n(2s½) = 0,16(4).Les réactions ³⁶S(-1p) ³⁵P et ³⁶S(-1n) ³⁵S ont été étudiées dans les mêmes conditions expérimentales. L’évolution de l’occupation n(2s½) mesurée entre le ³⁶S et le ³⁴Si, ainsi que la variation de l’écart en énergie des partenaires spin-orbite neutroniques 2p½-2p^3/2, mesurée entre ces deux noyaux dans une expérience antérieure, sont en faveur des modèles de champ moyen non-relativistes. La partie théorique de cette thèse a cependant montré que la différence de comportement de l’interaction spin-orbite entre modèles relativistes et non-relativistes est en fait un artefact causé par l’omission du terme d’échange dans les calculs de type Relativistic Mean Field. En effet, l’inclusion du terme de Fock dans les modèles relativistes permet de rétablir la dépendance en isospin du potentiel spin-orbite observée dans le cas non-relativiste. / The spin-orbit interaction is essential for the reproduction of magic numbers N=28 and 50 in theoretical nuclear models. Over the past few decades, the experimental study of exotic nuclei has highlighted an evolution of magic numbers far from stability. One can then wonder about the evolution of nuclear potentials themselves, and in particular the one of spin-orbit interaction. Historically, this interaction was included « by hand » in mean field models, whereas it naturally arises in relativistic mean field models. The description of the spin-orbit interaction happens to be very similar in those two kinds of models, but there remains a disagreement regarding its isospin dependance. Indeed, Hartree-Fock models exhibit a spin-orbit potential which strongly depends on isospin, contrary to relativistic mean field models.In 2009, a proton bubble was predicted in ³⁴Si by means of several different nuclear models. This effect consists in a central proton central density depletion. ³⁴Si would exhibit a quite exotic proton density, and very different from its neutron density. This nucleus would then constitute an ideal probe to test the behaviour of the spin-orbit potential in systems with strong proton-neutron asymmetry. The appearance of such an effect would originate from the depletion of proton 2s½ orbitals, as s orbitals are the only ones contributing to the central density.An experiment which was performed in September 2012 at NSCL (MSU, United States) highlighted for the first time a proton bubble in ³⁴Si. The spectroscopic strengths of states populated in the knockout reactions ³⁴Si(-1p)³³Al and ³⁴Si(-1n)³³Si reveal that the neutron structure of ³⁴Si is close to the one of a system without beyond-mean-field correlations, whereas its proton orbital is only weakly occupied : n(2s½) = 0,16(4).The reactions ³⁶S(-1p)³⁵P and ³⁶S(-1n)³⁵S were studied in similar experimental conditions. The change in occupancy n(2s½) measured between ³⁶S and ³⁴Si, as well as the variation in the neutron spin-orbit splitting 2p½-2p^3/2 measured in an earlier experiment, suggest that non-relativistic models exhibit the right isospin dependance. The theoretical part of this thesis showed however that the difference in behaviour of the spin-orbit interaction between relativistic and non-relativistic model is actually an artefact caused by the omission of the exchange term in relativistic mean field calculations. Indeed, including the Fock term in relativistic models enables to restore the isospin dependance observed in the non-relativistic case.

L'application de champ électrique est connue pour avoir la capacité d'améliorer significativement la stabilité des flammes. A ce sujet, un modèle mathématique permettant de modéliser la combustion en présence d'un champ électrique a été développé. Les équations de l'aérothermochimie sont couplées à des équations de bilan pour les densités des espèces chargées, et une équation de Poisson pour le potentiel électrique est résolue. Une situation principale est étudiée pendant la thèse ; elle concerne la stabilisation de flammes de diffusion par application d’un champ électrique continu ou alternatif.Les résultats obtenus montrent que la présence du champ électrique améliore significativement la stabilisation de la flamme. L’ampleur de cette amélioration dépend de l’intensité et de la polarité de la tension appliquée. Si la tension appliquée est alternative, un facteur supplémentaire s’ajoute pour influencer la stabilisation ; il s’agit de la fréquence. Une interprétation des mécanismes permettant la stabilisation est proposée. / The application of electric field is known to have the ability to improve significantly the flame stability. In this regard, a mathematical approach to model combustion in the presence of an electric field was developed. The Navier-Stokes equations along with transport equations for charged species and the electric potential Poisson’s equation are solved. A main situation, that concerns the stabilization of diffusion flames by applying a direct or alternating electric field, is studied. The results show that the presence of the electric field improves the flame stabilization. The magnitude of this improvement depends on the intensity and polarity of the applied voltage. If the applied voltage is alternating, an additional factor, which is the frequency of the electric current, influences also the extent of the flame stabilization improvement. An interpretation of the stabilization mechanisms is proposed.

Le travail de thèse portant sur « le rôle d’un champ électrique intense sur les phénomènes thermodynamiques et cinétiques mis en jeu au cours de la croissance cristalline d’oxydes », consiste à mettre en œuvre une nouvelle voie de croissance de monocristaux d’oxydes aux propriétés remarquables. A travers l’utilisation d’un champ électrique intense au cours du processus de solidification, nous souhaitons agir sur les équilibres thermodynamiques propres à la cristallisation ainsi que moduler les conditions cinétiques de formation des cristaux dans le but d’obtenir des phases nouvelles, des structures particulières et ainsi obtenir des matériaux aux propriétés nouvelles, exacerbées ou contrôlées. Pour cela, un dispositif spécifique a été conçu dans le but d’introduire, au sein d’un bâti de croissance existant (le four à image), une source de champ électrique intense (plusieurs kV/cm). Des études de modélisation, des observations in situ à la croissance et des analyses de la microstructure et des propriétés des matériaux ont été menées en vue d’appréhender les mécanismes d’influence du champ électrique sur les processus de germination-croissance des cristaux. Ces études soulèvent la grande complexité des interactions entre le champ électrique externe et les milieux ioniques solide et liquide portés à hautes température (conducteurs polarisables). Une influence particulière de l’énergie électrostatique sur les équilibres de phases a été démontrée, notamment à travers une élévation significative de la température de fusion des matériaux en présence du champ électrique [1]. Les résultats associés révèlent que les modèles établis jusqu’à présent [2-4], à savoir une perturbation de l’énergie libre à travers la polarisation des milieux, ne rendent pas compte de l’ensemble des mécanismes sous-jacents à la présence du champ électrique externe. Un modèle de double couche électrique à l’interface de croissance où un champ local intense est créé par des distributions surfaciques de charges semble correspondre au mieux à la description de la nouvelle organisation chimique induite sous champ électrique de manière à rétablir l’équilibre électrostatique. De fait, à l’interface de croissance, les potentiels chimiques des espèces sont principalement influencés par la différence de potentiel électrique locale, déterminée par la nature de la double couche. Par ailleurs, les analyses des microstructures de croissance, notamment ciblées sur l’étape de germination, révèlent que des mécanismes dynamiques de transport de charges couplés aux transferts de chaleur (effets thermoélectriques) agissent très certainement sur les conditions de formation des cristaux. Des analyses élémentaires de cristaux dopés formés sous champ électrique démontrent la capacité de ce dernier à agir sur la ségrégation des espèces et donc, sur les conditions d’équilibres électrostatiques à l’interface de croissance. On distingue ici la possibilité de contrôler, dans une certaine mesure, la stœchiométrie des cristaux formés ainsi que l’incorporation d’espèces qui confèrent aux matériaux des propriétés particulières. En outre, des effets observés sur des orientations de croissance privilégiées sous champ électrique ou encore la formation de défauts par la création de charges d’espace laissent à penser qu’une polarisation in situ de matériaux piézoélectriques ou ferroélectriques serait un objectif atteignable à terme. / This thesis work named “Role of an intense electric field on thermodynamic and kinetic conditions of oxides' crystal growth” lies on the elaboration of a novel way to conduct crystal growth of bulk functional oxides. With the use of an intense electric field during growth, we wish to act on the thermodynamic equilibria taking place during the solidification process and to modulate the kinetic conditions of crystals’ formation with the aim to achieve new crystal phases and structures in order to produce materials with novel, enhanced or controlled properties. Therefore, a specific device of intense electric field production (several kV/cm) that fits inside a mirror furnace has been conceived. The interactions between the external electric field and the ionic solid and liquid media have been investigated through modeling studies, growth in situ observations and analysis of materials’ structure that reveal a complex situation where multiple mechanisms of influence act on the nucleation and growth processes. A notable impact of the electrostatic energy on thermodynamic equilibria has been evidenced, especially on materials’ melting temperature [1]. Moreover, results suggest that the existing models that describe the shifts in thermodynamic equilibria due to displacements of phases’ free energies through a polarization mechanism [2-4] are not sufficient because of the variety of mechanisms that are in stake. The picture of an electric double layer formed at the growth interface where an intense local electric field is created by surface charge distributions seems to be the most reliable conceptualization of the induced chemical organization taking place in order to restore the electrostatic equilibrium under the influence of an external electric field. Thus, at the growth front, the chemical potential of species is mostly influence by the local electric potential that depends upon the electric double layer’s nature. Besides, analysis of the growth microstructures, especially during the nucleation process, reveal that coupling of dynamic charges and heat transports, therefore thermoelectric flux, act upon the growth conditions of crystals. Chemical analysis of doped crystals grown under electric field show that the latter is capable of influencing the segregation of species, which reveals its action on the electrostatic conditions of equilibrium at the interface. Herein, we notice the possibility to control, in a certain extent, the stoichiometry of crystals and the incorporation of chemical elements that impart crystals particular properties. Moreover, some observations of enhanced growth orientations under electric field or some defects formation creating space charges give insights on the possibilities to, at term, conduct in situ polarization of piezoelectric or ferroelectric materials throughout growth under electric field. Finally, an opening on hydrodynamic effects bound to the external electric field reveal the great potentials of the use of an external electric field as an additional parameter to the crystal growth of functional oxides.

Durant ce travail de thèse, nous avons étudié l’effet d’un champ électrique intense (>3 kV.cm-1) sur des matériaux à structures pérovskites, le ferroélastique CaTiO3 et le ferroélectrique BaTiO3. Un tel champ agit comme une force extérieure dans la sélection, l’orientation et la distribution des domaines. Son application durant la croissance modifie la nucléation, le coefficient de partage des espèces et la possible modification du diagramme de phase du matériau considéré. En effet les ions dans un champ électrique voient leur énergie changer ce qui implique un nouvel équilibre thermodynamique. La première partie est dédiée à la croissance cristalline de CaTiO3 lorsque plusieurs paramètres de croissance sont modifiés (vitesse de croissance vG et potentiel électrique V). En faisant varier ces paramètres, nous montrons que nous pouvons contrôler la morphologie du cristal et ainsi altérer l’orientation cristalline des domaines. Des résultats similaires sont retrouvés avec BaTiO3.Plusieurs techniques expérimentales ont été employées dans le but d’étudier la microstructure des composés notamment la microscopie électronique miroir (MEM) et la microscopie électronique à faible énergie (LEEM) afin de caractériser les domaines et parois de domaines à la surface du titanate de calcium. La polarité de ces parois ayant été récemment prouvée, nous avons étudié et comparé le potentiel de surface entre les échantillons qui ont été élaborés sous et sans champ électrique. / In this work, we investigate electric field effect (>3 kV.cm-1) on perovskite compound, CaTiO3 (ferroelastic) and BaTiO3 (ferroelectric). This electric field acts like an external force in selection, orientation and distribution of piezoelectric/ferroelastic domains. The electric field can act on nucleation, the partition coefficient of species and the possible modification phases diagrams of a material during its growth. Indeed ions within an electric field see their energy changing which implies a new thermodynamic equilibrium.In the first part, we discuss about crystal growth of CaTiO3 with different growth parameters (velocity of cristal growth vG, electric potential V). By varying this parameters, we can control crystal shape and can alter the crystalline orientation of domains. Same results are found with BaTiO3.In a second step, we used Mirror Electron Micrsocopy (MEM) and Low Energy Electron Microscopy (LEEM) to caracterize domains walls at the surface of calcium titanate. Polarity of domains walls have been prooved recently, and so we have investigated surface potential between samples grown under or without electric field.

Ma thèse a été centrée sur l’étude par luminescence à deux photons (TPL) de nanostructures d’or uniques, éventuellement couplées, dans le but d’en déterminer les propriétés de nano-antennes optiques. Les différentes expériences réalisées ont permis de mettre en évidence les paramètres clés à l’origine de la luminescence à deux photons (TPL) permettant de mettre en évidence le rôle du plasmon transverse. Ce résultat a été confirmé par l’étude de nanobipyramides présentant des caractéristiques plasmoniques légèrement différentes. Ce modèle a été approfondi via l’étude des propriétés TPL de nanobâtonnets présentant des volumes différents mais des résonances plasmoniques identiques. Enfin, en confrontant les résultats expérimentaux à des simulations obtenues par BEM (Boundary Element Method), nous avons montré que le signal provenait a priori des atomes du volume de la NP. Des problèmes de photo-dégradations ont par ailleurs été constatés et analysés. Au-delà des nano-bâtonnets, nous avons quantifié les effets dits de pointes de nanobipyramides présentant des caractéristiques plasmoniques proches de celles des bâtonnets. Nous avons également pu mettre en évidence de très fortes intensités TPL sur les points chauds issus d’échantillons d’or semi-continu. Un second volet de mes travaux a concerné la mise en œuvre et la caractérisation des propriétés optiques linéaires et non-linéaires de nano-émetteurs hybrides individuels couplant une nano-antenne à des fluorophores. Différentes techniques ont été testées : la mise en œuvre de dépôts multicouches (méthode dite « layer-by-layer »), ou la nanophotopolymérisation localisée. Dans les deux cas, outre la complexité de mise en œuvre de ces techniques, nous avons été confrontés à la difficulté d’extraire le signal des molécules du très fort signal de luminescence à deux photons des nanostructures d’or. / My PhD work has been dealing with the two-photon luminescence (TPL) study of single gold nanostructures, possibly coupled in order to determine their nano-antenna optical properties. Key parameters to explain the origin of the TPL were provided from the two-photon luminescence study of single small 10 nm x 40 nm colloidal gold nanorods (GNR) which highlight the transverse plasmon influence. This origin was confirmed by the results obtained after the characterization of nanobipyramid exhibiting plasmonic properties closed to nanorods. A deeper insight in this model was further developed after investigating the properties of gold nanorods having closed aspect ratio and plasmonic resonances but increasing volume. Experimental data were correlated with BEM (Boundary Elements Method) simulations. It was shown that the TPL signal was coming from the bulk atoms. Photodegradations problems have moreover been observed and analyzed. Above the analysis of gold nanorods, the lightning rod effect of nanobipyramid was also investigated. Finally very high TPL intensity spots were recorded in semi-continuous gold films close to percolation. A second part of my study was related to the fabrication and the characterization of the optical properties of hybrid nano-emitters. They were fabricated by coupling a nano-antenna with fluorophores. Two different techniques were tested: the so-called layer-by-layer method and localized nanophotopolymerization. In both cases, together with the difficulty to accurately control both methods, retrieving the molecules signal from the huge TPL signal of the gold nanostructures was shown to be rather difficult.

La magnétorésistance anisotrope (AMR) des matériaux ferromagnétiques est largement utilisée comme le phénomène de base pour la mesure ou la détection de champ magnétique. En raison de la relation entre la configuration en domaines magnétiques et la résistivité macroscopique, l'application d'un champ magnétique externe modifie la résistivité des matériaux ferromagnétiques. Bien que cet effet soit largement utilisé dans des applications industrielles, certains aspects fondamentaux du comportement AMR sont encore assez mal compris. Par exemple, le rôle de la texture cristallographique dans le comportement effectif n'est pas décrit avec précision par les outils classiques de modélisation. En raison de ce lien direct entre la microstructure en domaines et l'effet AMR, les modèles de description de l'effet AMR reposent généralement sur des calculs micromagnétiques. Pour ces calculs, le nombre de degrés de liberté et d'interactions peuvent se multiplier rapidement si on recherche à décrire un comportement macroscopique (cas des polycristaux par exemple).La thèse porte sur la modélisation numérique de l'effet de magnétorésistance anisotrope des matériaux ferromagnétiques. Ce nouvel outil de modélisation 3D peut remédier à cet inconvénient majeur des approches micromagnétiques. Un modèle permettant de décrire les effets de couplage magnéto-élastique en utilisant une approche micro-macro est disponible au laboratoire GeePs. Sur la base des mêmes principes de la modélisation micro-macro, un outil de simulation de l'effet AMR en fonction de la contrainte mécanique et de la texture cristallographique des matériaux a été développé.La stratégie de modélisation est la suivante:Trois échelles de description du comportement sont introduites: le Volume Elémentaire Représentatif (VER) polycristallin (échelle macro), le monocristal ou grain, et enfin le domaine magnétique (échelle micro).Une première étape dite de localisation permet de déterminer le chargement magnéto-mécanique (champ magnétique et contrainte mécanique) à l'échelle d'un grain en fonction du chargement extérieur appliqué. L'introduction de variables internes et des lois d'évolution correspondantes permet de décrire de façon statistique l'évolution de la microstructure en domaines magnétiques sous l'influence de ce chargement local. Toujours à cette échelle, l'utilisation du modèle phénoménologique de Doring permet, pour chaque domaine, de calculer la résistivité en fonction de l'orientation relative entre aimantation locale et courant électrique. Une fois cette résistivité locale connue, une étape dite d'homogénéisation s'appuyant sur le modèle de Bruggeman permet de déterminer la résistivité macroscopique du VER polycristallin. Il est ainsi possible de prédire la variation de la résistivité entre un état initial désaimanté et un état sous chargement magnéto-mécanique quelconque.Les résultats obtenus par cette démarche ont été comparés avec succès à des résultats expérimentaux extraits de la littérature portant sur des polycristaux de Nickel, de Fer pur ou encore de Permalloy.Ensuite des simulations reproduisant les conditions de fonctionnement des capteurs AMR ont été effectuées. Ces simulations permettent de conclure qu'il est possible d'améliorer la sensibilité des capteurs AMR en générant une contrainte résiduelle biaxiale. / The anisotropic magnetoresistance (AMR) of ferromagnetic materials is widely used as the basic phenomenon for measuring or detecting magnetic field. Owing to the relationship between magnetic domain configuration and macroscopic resistivity, the application of an external magnetic field changes the resistivity of ferromagnetic materials. Although this effect is widely used in industrial applications, some basic aspects of AMR behavior are still unsufficiently understood. For example, the role of crystallographic texture is not accurately described by conventional modeling tools. As a consequence of the direct relationship between microstructure and AMR, models for AMR effect are generally based on micromagnetic calculations. For these calculations, the number of degrees of freedom and interactions can grow exponentially when investigating macroscopic behavior (case of polycrystals for example).The thesis deals with the numerical modeling of AMR effect in ferromagnetic materials. This new 3D modeling tool can overcome this major drawback of micromagnetic approaches. A model to describe the effects of magneto-elastic coupling using a micro-macro approach is available at the laboratory GeePs. Based on the same principles of micro-macro modeling, an AMR effect simulation tool has been developed including the effect of mechanical stress and the role of crystallographic texture of materials.The modeling strategy is as follows:Three scales of description of the behavior are introduced: the Representative Volume Element (RVE) of polycrystals (macro scale), the single crystal or grain, and finally the magnetic domain (micro scale).A first step, named localization, determines the magneto-mechanical loading (magnetic field and mechanical stress) within a grain depending on the external applied load. The introduction of internal variables and corresponding evolution laws allow describing in a statistical way the evolution of the magnetic domain microstructure under the influence of the local load. Also at this scale, the use of the phenomenological Doring model allows for each area, to calculate the resistivity as a function of the relative orientation between local magnetization and electric current. Once this local resistivity is known, a so-called homogenization step based on the Bruggeman model is used to determine the macroscopic resistivity of the RVE. It is thus possible to predict the variation in resistivity between an initial demagnetized state and a state under any magneto-mechanical loading.The results obtained by this approach were successfully compared to experimental results from literature on polycrystalline nickel, pure iron or Permalloy.Then simulations reproducing AMR sensors operating conditions were carried out. These simulations lead to the conclusion that it is possible to improve the sensitivity of AMR sensors by introducing an appropriate biaxial residual stress.

L'effet MagnétoElectrique (ME) traduit la polarisation d'un élément diélectrique et l'aimantation d'un diélectrique lorsqu’il est soumis, respectivement, à un champ magnétique et à un champ électrique. Cette propriété a permis de mettre en œuvre des capteurs Magnéto(Elasto)Electrique pour la mesure du champ magnétique ou électrique. De nombreuses études sur les couplages de matériaux (forme, taille, dimension…) ont été effectuées afin d’améliorer les performances en terme de sensibilité et de bruit de ces capteurs. Les meilleurs niveaux de bruit (en termes de densité spectrale) mesurés pour ce type de dispositif en mode passif sont, respectivement, de 5 pT/sqrt(Hz), 0,2 pT/sqrt(Hz) et environ une cinquantaine de 50 fT/sqrt(Hz), respectivement à 1 Hz, en zone de bruit blanc et à la résonance.Certains laboratoires, dont le GREYC, s’intéressent plus particulièrement à l’étude des performances ultimes de capteurs magnétiques en optimisant, notamment, l’électronique de conditionnements et en utilisant leurs propriétés non linéaires. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre. Elle avait pour objectif l’étude des performances de capteur Magnéto(Elasto)Electrique en mode non linéaire et aux basses fréquences. Pour cela, des structures originales de conditionnent ont été développées en termes de polarisation, d’excitation et d’asservissement. L’étude théorique des performances montre que le bruit du capteur peut atteindre des niveaux bien inférieurs au pT/sqrt(Hz) à 1 Hz pour les capteurs étudiés, si les performances obtenues ne sont pas limitées par le bruit de l’électronique de conditionnement et leur sensibilité. Cette étude a été l’objet de ce travail de thèse. / The MagnetoElectric effect traduces the polarization of a dielectric element and the magnetization of a dielectric under respectively a magnetic field and an electric field. This property allows the development of Magneto(Elasto)Electric sensors for measuring a magnetic or an electric field. Several analyses regarding the material coupling (shape, size, dimensions…) have been made in order to increase the performances in terms of sensibility and in terms of noise of these sensors. The best noise levels (in term of spectral density) measured for these types of sensors are respectively 5 pT/sqrt(Hz), 0.2 pT/sqrt(Hz) and around 50 fT/sqrt(Hz) at 1 Hz, at white noise zone and at resonant frequency.Some laboratories, including the GREYC, are interested more specifically on the studies of the ultimate performances of magnetic sensor by optimizing the conditioning electronics and by using their nonlinear properties. This thesis lies in this framework. It had for objective, to study the performances of the Magneto(Elasto)Electric sensor in nonlinear mode and at low frequencies. For these, some original conditioning structures have been developed in terms of polarization, excitation and servo system. The theoretical study of these performances show the sensor intrinsic noise can reach lower than pT/sqrt(Hz) at 1 Hz for the studied sensor if the obtained performances are not limited by the conditioning electronics and their sensitivity. This study has been the object of this thesis work.

Qui n’a jamais souhaité avoir des yeux derrière la tête ? Cette thèse propose d’étudier l’extension du champ visuel humain, que ce soit dans le monde réel ou dans un environnement virtuel. Nous avons d’abord conçu FlyVIZ, un dispositif qui permet d’augmenter le champ visuel. Il est composé d’une caméra catadioptrique, d’un visiocasque et d’un algorithme de traitement d’image. Lorsqu’un utilisateur porte ce dispositif, il dispose d’une vue à 360 degrés de son environnement. Le prototype a été testé avec succès dans différents scenarios, comme attraper un objet tendu dans le dos sans tourner la tête, ou passer des portes en marchant à reculons. Ensuite nous avons proposé une nouvelle méthode pour le rendu d’environnements virtuels, avec un champ visuel étendu, et en temps réel. Pour résoudre les problèmes dus à l’utilisation de projections non planes, nous avons ajouté une nouvelle étape dans le pipeline graphique. Notre méthode a ensuite été adaptée au rendu stéréoscopique avec un champ visuel de 360°. Nous avons mené une évaluation préliminaire sur l’utilisation d’un champ visuel étendu appliqué à une tache de navigation dans des environnements virtuels. Nos résultats semblent confirmer que l’utilisation d’un champ visuel étendu permet une navigation plus efficace, en diminuant le temps moyen pour effectuer une tache. Parmi les différentes projections non planes testées, une préférence pour les projections équirectangulaire et de Hammer a été exprimée. Nous avons également traité le problème de conflit d’indice de profondeurs rencontré dans les images stéréoscopiques lorsqu’un objet affiché en parallaxe négative est partiellement occulté par un bord du support d’affichage. Nous avons proposé SCVC (Stereoscopy Compatible Volume Clipping, le découpage de la scène selon le volume compatible avec la stéréoscopie) pour résoudre ce problème en n’affichant que la partie de l’espace qui n’est pas sujette au conflit d’indice de profondeur. La méthode a été évaluée et les résultats ont montrés que SCVC améliore significativement la perception de la profondeur et que les utilisateurs expriment une préférence pour cette méthode. L’extension du champ visuel humain ouvre de nouvelles perspectives pour l’exploration ou la surveillance de l’environnement d’un utilisateur. Cette extension pourrait bénéficier à diverses applications, que ce soit dans le contexte d’un environnement réel ou virtuel. Pour la sécurité des personnes ou la défense, des pompiers, des policiers ou des soldats pourraient tirer avantage d’un champ visuel étendu. Ce type de visualisation peut également profiter à l’exploration rapide d’environnements virtuels ou à la recherche d’objet dans ces derniers. / Who have never wanted to have eyes in the back of his head? This doctoral thesis proposes to study the extension of the human field-of-view (FoV) in both real and virtual environments. First we have designed FlyVIZ, a new device to increase the human FoV. It is composed of a helmet, combining a catadioptric camera, a HMD and an image processing algorithm. Wearing this device allows a user to experience 360° vision of its surroundings. The prototype is demonstrated through scenarii such as grasping an object held out behind their back without turning their head or walking backward through doorways. Then we have proposed a novel method to render virtual environments with wide FoV in real-time. To solve the rendering issue induced by usage of non-planar projections, we introduce a special stage in real-time rendering pipeline. Our method was then adapted for real-time stereoscopic rendering with 360° FoV. We have conducted a preliminary evaluation of real-time wide FoV rendering for a navigation task in virtual reality. Our results confirm that using a wide FoV rendering method could lead to more efficient navigation in terms of average task completion time. Among the different tested non-planar projection methods, the subjective preference is given to equirectangular and Hammer projections. We also address the problem of frame cancellation, generated by the conflict between two depth cues: stereo disparity and occlusion with the screen border. We have proposed the Stereoscopy Compatible Volume Clipping (SCVC), solving the problem by rendering only the part of the viewing volume free of disparity - frame occlusion conflict. The method was evaluated and results have shown that SCVC notably improved users’ depth perception and that the users expressed preference for SCVC. Wide FoV opens novel perspectives for environments exploration or monitoring. Therefore, it could benefit to several applications, both in real world context or virtual environments. In safety and security applications, firemen, policemen or soldiers could take advantage of wide FoV. Performance of searching task and fast exploration in virtual environments could also be improved with wide FoV.

Cette thèse porte sur l’étude de nouveaux modèles de jeux à champ moyen. On étudie dans un premier temps des modèles d’arrêt optimal et de contrôle impulsionnel en l’absence de bruit commun. On construit pour ces modèles une notion de solution adaptée pour laquelle on prouve des résultats d’existence et d’unicité sous des hypothèses naturelles. Ensuite, on s’intéresse à plusieurs propriétés des jeux à champ moyen. On étudie la limite de ces modèles vers des modèles d’évolution pures lorsque l’anticipation des joueurs tend vers 0. On montre l’unicité des équilibres pour des systèmes fortement couples (couples par les stratégies) sous certaines hypothèses. On prouve ensuite certains résultats de régularités sur une ”master equation” qui modélise un jeu à champ moyen avec bruit commun dans un espace d’états discret. Par la suite on présente une généralisation de l’algorithme standard d’Uzawa et on l’applique à la résolution numérique de certains modèles de jeux à champ moyen, notamment d’arrêt optimal ou de contrôle impulsionnel. Enfin on présente un cas concret de jeu à champ moyen qui provient de problèmes faisant intervenir un grand nombre d’appareils connectés dans les télécommunications. / This thesis is concerned with new models of mean field games. First, we study models of optimal stopping and impulse control in the case when there is no common noise. We build an appropriate notion of solutions for those models. We prove the existence and the uniqueness of such solutions under natural assumptions. Then, we are interested with several properties of mean field games. We study the limit of such models when the anticipation of the players vanishes. We show that uniqueness holds for strongly coupled mean field games (coupled via strategies) under certain assumptions. We then prove some regularity results for the master equation in a discrete state space case with common noise. We continue by giving a generalization of Uzawa’s algorithm and we apply it to solve numerically some mean field games, especially optimal stopping and impulse control problems. The last chapter presents an application of mean field games. This application originates from problems in telecommunications which involve a huge number of connected devices.