Dans les microcavités de semiconducteurs, un régime de couplage fort peut être obtenu entre le mode Fabry-Pérot de la cavité et l'exciton confiné dans le puits quantique. Il se traduit par l'apparition de nouveaux états propres, les polaritons de microcavité, états mixtes exciton-photon, dont la dispersion et la densité d'états sont très différentes de celles d'un exciton nu. Il en résulte une profonde modification des non-linéarités et des propriétés optiques du système. Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique cohérente et non-linéaire des polaritons de microcavité au moyen d'expériences de mélange à quatre ondes. Par leur composante excitonique, les polaritons peuvent interagir par interaction coulombienne, mais sont aussi sensibles au remplissage de l'espace des phases (blocage de Pauli). Dans un premier temps nous déterminons la contribution de ces non-linéarités intrinsèques à la réponse cohérente du système en analysant nos mesures grâce à la résolution numérique des équations de Maxwell-Bloch. Dans un deuxième temps, afin d'étudier l'influence de la dispersion sur la dynamique des polaritons, nous avons effectué une expérience de mélange à quatre ondes résolue en angle. Nous mettons en évidence une inhibition de la perte de cohérence en centre de zone de Brillouin. Ces résultats sont en très bon accord avec un modèle d'élargissement collisionnel gouverné par la diffusion polariton-polariton, qui reste faible tant que le réservoir excitonique n'est pas accessible. D'autre part, en régime d'oscillation paramétrique, dans lequel la diffusion polariton-polariton peut être stimulée par l'occupation de l'état final, nous étudions la dynamique des polaritons de pompe. Nous trouvons alors une forte perte de cohérence sous excitation à « l'angle magique ».

Nous avons étudié les mécanismes responsables de la perte de cohérence dans des boîtes quantiques uniques auto-organisées InAs/GaAs. Dans un premier temps, une étude sous excitation continue de ces systèmes nous a permis d'observer un signal de photoluminescence anti-Stokes c'est à dire de la photoluminescence à plus haute énergie que l'énergie d'excitation. l'étude de ce signal a mis en évidence l'existence d'un continuum d'états descendant depuis la couche de mouillage jusqu'aux transitions des boîtes. Ce continuum d'états couplé à la fois aux niveaux discrets des boîtes et au continuum bidimensionnel de la couche de mouillage est en fait une propriété intrinsèque de ces systèmes car il provient de l'existence de transitions mixtes entre un état discret de la boîte et un état du continuum de la couche de mouillage. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés de cohérence des excitations électroniques grâce à des mesures de largeur spectrale des transitions. Pour atteindre la résolution nécessaire à cette étude, nous avons mis au point un dispositif de spectroscopie de la photoluminescence par transformée de Fourier. La résolution ainsi atteinte est de 0,5 microeV. Nous avons alors mis en évidence que, pour les transitions excitées des boîtes, le couplage aux phonons acoustiques, contrairement aux prédictions théoriques de goulot d'étranglement de phonons, est très efficace, aussi efficace que dans les puits quantiques InGaAs/GaAs. Cette efficacité est due à la présence du continuum des états mixtes mentionné précédemment. A l'inverse, la transition fondamentale des boîtes présente bien une inhibition du couplage aux phonons acoustiques pour des boîtes dont la transition fondamentale est bien isolée énergétiquement de ce même continuum. Enfin, nous avons montré qu'une excitation non-résonante des boîtes est responsable d'un élargissement des transitions et qu'une excitation résonante permet de limiter les interactions des boîtes avec leur environnement pour atteindre la limite ultime d'un temps de décohérence limité par le temps de vie radiatif.

Dans les couches minces métalliques, l'écrantage des interactions Coulombiennes entre électrons est moins efficace que dans les métaux massifs, en raison des chocs élastiques que subissent les électrons sur les parois, les défauts du réseau cristallin et les impuretés. Aux températures inférieures au Kelvin, il est prédit que ces interactions électron-électron sont à l'origine de la plupart des collisions inélastiques subies par les électrons, et déterminent donc les échanges d'énergie et l'extension de la cohérence de phase. Nous présentons dans cette thèse trois expériences qui sondent les interactions inélastiques subies par les électrons dans les métaux diffusifs à basse température, afin d'en élucider le mécanisme. Dans la première partie, nous présentons une série de mesures de la fonction de distribution en énergie des électrons dans des fils mésoscopiques d'argent, de cuivre et d'or placés dans un régime stationnaire hors-équilibre. Ces expériences permettent d'accéder au taux d'échange d'énergie entre électrons. Ces résultats sont comparés dans la deuxième partie avec la dépendance en température du temps de cohérence de phase des électrons tf, que l'on déduit de la mesure de la magnétorésistance de longs fils. La cohérence de phase des électrons dépend du taux total de collisions inélastiques, indépendamment de l'énergie échangée. Nous discutons divers mécanismes d'interaction pour rendre compte à la fois des mesures des taux d'échange d'énergie et du temps de cohérence de phase, et les comparons quantitativement aux résultats expérimentaux. La troisième partie est consacrée à la mesure de la conductance d'une longue jonction tunnel entre un fil d'aluminium et un plan de masse. La diminution de cette conductance à tension nulle est un effet attendu des interactions électron-électron. Pour comparer mesures et prédictions théoriques, nous avons reformulé les prédictions du calcul microscopique des interactions entre électrons en terme d'impédance électromagnétique, dans un langage similaire à celui utilisé pour la théorie phénoménologique du blocage de Coulomb.

Cette thèse est consacrée à l'amélioration de la cohérence dans le régime d'effet Hall quantique entier (EHQE) à facteur de remplissage ν=2, obtenu en appliquant un fort champ magnétique perpendiculairement au plan d'un gaz bidimensionnel d'électrons formé à l'interface d'une hétérostructure semiconductrice d'AlGaAs/GaAs. On obtient alors des conducteurs unidimensionnels chiraux (états de bord) permettant de réaliser l'équivalent électronique de l'interféromètre de Mach-Zehnder (IMZ), pour étudier la cohérence dans ce régime. L'observation inattendue d'une structure périodique en forme de lobes dans la visibilité des interférences en fonction de la tension appliquée en entrée suggère un rôle non négligeable des interactions.Dans un première partie nous expliquons l'émergence des états de bord dans le régime d'EHQE. Nous faisons ensuite l'état de l'art des connaissances concernant leur cohérence, puis nous présentons l'IMZ électronique du point de vue expérimental.Ensuite, nous détaillons les résultats expérimentaux, d'abord concernant la visibilité à tension finie: nos mesures confirment une prédiction théorique concernant un transition de phase quantique en fonction de la dilution de l'état de bord qui interfère ; nous ne voyons pas d'effet flagrant de la relaxation en énergie. Enfin, de précédents travaux(1) ayant identifié clairement l'état de bord voisin de celui qui interfère comme l'environnement limitant la cohérence du système, nous avons réalisé un nouveau type d'échantillon afin de diminuer le couplage à cet environnement de manière contrôlée. Nous avons ainsi augmenté la cohérence de moitié en accord quantitatif avec la théorie issue de précédents travaux(1).(1)P. Roulleau, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, G. Faini, U. Gennser, and D. Mailly. Noise Dephasing in Edge States of the Integer Quantum Hall Regime. Physical Review Letters, 101(18):186803-4, October 2008

Les progrès des techniques de nanofabrication des dix dernières années ont permis la mise en place de protocoles visant à manipuler les charges uniques dans les nanostructures. Ces nouvelles techniques permettent d'envisager la réalisation d'expériences d'optique quantique avec des électrons. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Le but de ce travail a été la construction d'un formalisme adapté à la description de telles expériences. Ce formalisme, construit en analogie avec la théorie de la cohérence quantique du champ électromagnétique de Glauber, souligne les similitudes et différences entre les photons se propageant dans le vide, et le transport électronique dans des conducteurs balistiques unidimensionnels. En particulier, il rend compte de la décohérence et de la relaxation en énergie des excitations électroniques en présence d'interactions. Un autre aspect de cette thèse a été la proposition de protocoles permettant de mesurer des quantités directement reliées aux propriétés de cohérence décrites par le formalisme de l'optique quantique électronique. En particulier, un protocole de tomographie quantique reposant sur l'effet Hanbury Brown et Twiss a été proposé pour reconstruire la cohérence à un corps d'une source monoélectronique. Ce protocole peut aussi être envisagé pour obtenir des informations sur les mécanismes de décohérence.

Cette thèse s'inscrit dans le thème du rendu expressif qui vise à définir des outils de création et de traitement d'images ou d'animations stylisées. Les applications concernent tous les métiers nécessitant une représentation visuelle plus stylisée qu'une photographie : création artistique (jeux vidéo, film d'animation, dessins animés), restitution archéologique, documentation technique, etc. Un critère fondamental de qualité d'une image est l'absence d'artefacts visuels. Cette considération a toujours existé, mais elle est particulièrement importante dans le cas de l'informatique graphique. En effet, la nature même de l'image - des pixels discrets - est source d'artefacts. Les artefacts sont encore plus visibles lorsque l'on s'intéresse aux animations, des artefacts temporels s'ajoutant aux artefacts spatiaux. L'objectif de cette thèse est d'une part de formaliser et mesurer ces artefacts en tenant compte de la perception humaine, et d'autre part de proposer de nouvelles méthodes de stylisation interactive d'animations 3D. Nous présentons tout d'abord un ensemble de techniques pour créer et assurer la cohérence de dessins au trait extraits de scènes 3D animées. Nous proposons ensuite deux méthodes de stylisation des régions de couleur permettant la créations d'un grand nombre de motifs. Le point commun à toutes ces approches est la représentation du médium simulé (pigment d'aquarelle, coup de crayon ou de pinceau...) par une texture évoluant au cours de l'animation. Nous décrivons enfin deux expériences utilisateurs visant à évaluer perceptuellement la qualité des résultats produits par ce type de techniques.

Les propriétés exceptionnelles des sources de rayonnement synchrotron ont été et sont de plus en plus exploités dans des disciplines très différentes, allant de l'archéologie à la chimie, de la science des matièraux a la biologie, de la médecine à la physique. Parmi ces propriétés, il est important de mentionner la haute brillance, le spectre continu, le haut degré de polarisation, la structure temporelle, la petite taille de la source et la petite divergence du faisceau. Ces dernières propriètèes entraînant une forte cohérence transversale du rayonnement produit. La cohérence du faisceau a permis le développement des nouvelles techniques comme par exemple, l'imagerie à contraste de phase, la spectroscopie à corrélation des photons et l'imagerie par diffraction des photons cohérents. Par conséquent, il est de première importance que les éléments optiques puissent préserver cette propriété, perturbant le moins possible la front d'onde. Ce travail de thèse se constitue de trois parties. Dans la premiere partie, je vais présenter le travail effectué au sein du groupe optique de l'ESRF dans la caractérisation des cristaux de diamant synthétique de haute qualité prévus pour des applications aux optiques pour les rayons X. Cet caractérisation a été effectué en utilisant différentes techniques rayons X complémentaires, telles que la diffractométrie à haute résolution, la topographie, la diffraction en incidence rasante, la réflectométrie et des mesures de préservation de cohérence en utilisant l'effet Talbot. Dans la deuxième partie, je expose les résultats obtenu dans l'étude du comportement à haute température des domaines ferroélectriques dans un cristal périodiquement polarisé. Dans cet type d'étude, basé sur la diffraction de Bragg-Fresnel, est nécessaire un haute cohérence du faisceau. Dans la troisième partie, je présents des résultats obtenu dans la caractérisation des diamants prévus pour des applications autres que les optique rayons X.

Le développement de sources lasers monomodes et accordables constitue un enjeu important dans plusieurs domaines en fort développement telle que la métrologie, les senseurs optiques, la spectroscopie, le traitement optique de l'information ou la médecine. Dans cette thèse nous faisons le point sur les limites des technologies actuelles, puis nous montrons comment les surpasser à travers la conception et l'étude physique de lasers à semiconducteur de haute cohérence émettant dans l'infrarouge. Nous nous intéressons particulièrement aux VECSEL dans le but d'obtenir un fonctionnement monofréquence accordables et robustes. Nous traitons de la conception et de la caractérisation de ces lasers, depuis l'optimisation du milieu à gain jusqu'à l'élaboration de prototypes laser fonctionnels. Nous effectuons ensuite une étude approfondie des propriétés physiques de la source. Les différents sujets abordés traitent de nombreux aspects de l'optoélectronique tels que la physique du solide, l'optique traditionnelle et quantique, la technologie des matériaux, la thermique, ect. Les travaux présentés ici ouvrent la voie à de nombreux développements liés aux VECSEL et à leurs applications.

L'étude dynamique des hémoprotéines, indispensable à la compréhension du fonctionnement de leur site actif, a considérablement progressé grâce aux expériences de spectroscopie. Nous avons étudié dans ce cadre le transfert du ligand CO au sein du site actif bimétallique de la cytochrome c oxydase, du Fer de l'hème à l'atome de Cuivre, par spectroscopie femtoseconde infrarouge. Les expériences dans l'infrarouge permettent d'analyser les caractéristiques vibrationnelles des molécules et de suivre ainsi directement le transfert du ligand par l'intermédiaire de sa signature vibrationnelle. Afin de résoudre le transfert étudié, qui se produit sur une échelle subpicoseconde, l'expérience doit avoir une résolution femtoseconde. Deux expériences pompe-sonde femtoseconde dans le domaine infrarouge, une expérience intégrée spectralement et une expérience résolue spectralement, ont été mises en place. Ces deux expériences ont apporté des informations complémentaires sur le transfert du ligand CO au sein du site actif de la cytochrome c oxydase. Dans le cas de l'expérience intégrée spectralement, un signal supplémentaire dû à l'absorption des molécules d'hème a été identifié et soustrait aux cinétiques afin d'isoler le signal induit par le transfert du CO. Le temps caractéristique de ce transfert a ainsi pu être évalué à 400 fs. Lors de l'expérience résolue spectralement, l'évolution des raies d'absorption du CO présente un décalage de 200 fs qui suggère une composante balistique dans le transfert. L'expérience résolue spectralement a été réalisée à l'aide d'une nouvelle technique de mesure du spectre infrarouge par conversion vers le visible, développée au laboratoire. Cette technique, qui offre un meilleur rapport signal sur bruit et une meilleure résolution que les approches concurrentes, a permis d'acquérir un ensemble de spectres différentiels suffisant pour valider expérimentalement une nouvelle technique de filtrage des oscillations de cohérence. Nous avons réalisé des simulations de dynamique moléculaire qui modélisent le transfert du ligand CO dans la cytochrome c oxydase, du Fer de l'hème vers l'atome de Cuivre. Ces simulations sont en bon accord avec les résultats expérimentaux et ont montré que le trajet emprunté par le CO lors de son transfert est reproductible, ce qui corrobore un transfert balistique.

Le problème que je traite dans la thèse est comment offrir de<br />manière efficace les contraintes de cohérence et les requis de temps de<br />réponse, demandés par des services repliqués hétérogènes, accédés à large échelle.<br />La réplication est une technique classique utilisée pour améliorer la performance des applications<br />Internet populaires, surtout quand elles sont accédées concurremment<br />par un grand nombre de clients, dispersés à travers le monde. <br />Les travaux existants ne prennent pas en compte la diversité des demandes des services<br />pour différentes ressources système et réseau. Cette hypothèse relève une difficulté importante du problème de l'estimation du temps de réponse.<br />Une autre difficulté est déterminée par la hétérogénéité des capacités des ressources et par la variabilité des disponibilités des ressources. <br />Nous proposons une approche d'estimation, où le temps de réponse est décomposé dans des composants indépendants (temps de service et temps<br />d'attente), et chaque composante est approximée séparément, en prenant<br />en compte les capacités et les utilisations courantes des ressources demandées par le service.<br />Le requis sur le temps de réponse est spécifié par le fournisseur du<br />service, par un seuil qui correspond à la moyenne de temps de<br />service des requêtes, ou comme critère d'optimisation, demandant le meilleur temps de réponse. <br />Le requis est realisé par un protocole générique qui détermine quel<br />est le réplicat approprié à choisir pour répondre aux requêtes de<br />chaque client, parmi tous les réplicats existants. Nous avons implementé cette solution et les résultats expérimentaux obtenus ont montrés la satisfaction du requis sur le temps de réponse, à un coût raisonnable.<br /><br />Les approches existantes pour la gestion de la cohérence des<br />réplicats, offre un ensemble limité des garanties pour tous les<br />services. Tout de même, la variété des sémantiques des services,<br />demande des combinaisons des garanties différentes d'un service à<br />l'autre. Nous proposons un meta-modèle de cohérence, qui réifie les<br />garanties de cohérence existantes, en identifiant les paramètres qui<br />caractérisent chaqu'une des trois dimensions de la cohérence: contrôle<br />de divergence, contrôle de concurrence et contrôle de dépendances.<br />Le meta-modèle est attaché un protocole de cohérence générique, qui réalise des modèles de cohérence spécifiques aux services. Un modèle de cohérence, spécifié par le fournisseur du service, contient<br />des contraintes de sûreté, nécessaires pour que le service fonctionne<br />correctement lorsqu'il est répliqué, et des contraintes de vivacité,<br />nécessaires pour limiter la discrépance entre l'état d'un réplicat<br />particulier et l'état du réplicat idéal. Le protocole de cohérence<br />assemble trois briques de base indépendantes, qui correspondent aux<br />trois dimensions orthogonales de la cohérence. <br /><br />Le message de la thèse c'est que notre approche de réplication gère la hétérogénéité des<br />services en terme de sémantiques des opérations et de demandes de<br />ressources, en satisfaisant les contraintes appropriées concernant la cohérence des réplicats<br />et la performance observé par les requetes des clients.