Introduction. La négligence spatiale unilatérale est un syndrome neurologique fréquent après un accident vasculaire cérébral, caractérisé par une diminution partielle ou totale de la capacité à porter son attention, explorer ou initier des mouvements vers une partie de l’espace. Bien que plusieurs tests permettent de mesurer le biais attentionnel résultant de ce déficit, la plupart présentent un certain nombre de limites tels qu’un manque de sensibilité ou des effets d’apprentissage, limitant leur utilité clinique. Objectif. L’objectif du projet était de développer et décrire un nouveau test de mesure du biais attentionnel visuo-spatial créé à partir d’une version simplifiée et adaptée d’une illusion optique (illusion de la ballerine). Méthode. Dans une première expérience, la perception spontanée de 15 sujets sans trouble neurologique a été étudiée à cette nouvelle illusion, ainsi que l’influence du mode de présentation. Dans une deuxième expérience, les performances au test développé à partir de l’illusion de 15 sujets sans trouble neurologique ont été mesurées. Le score des participants, l’influence de la latéralisation des stimuli, ainsi que l’influence de la main utilisée pour répondre sur les performances ont également été étudiés. Résultats. Les résultats de la première expérience montrent que les persévérations perceptives observées avec la nouvelle illusion sont influencées par le mode de présentation. Par ailleurs, les résultats de l’expérience 2, suggèrent que ces persévérations perceptives peuvent être manipulées grâce à l’utilisation d’une version non bistable du stimulus lorsque présenté simultanément ou quelques secondes avant. Cette manipulation permet de créer un test de biais attentionnel visuo-spatial. Les performances des sujets à ce nouveau test ne montrent aucun effet de la latéralisation des stimuli (côté de présentation à l’écran), ni de la main utilisée pour répondre. Conclusion. De nouvelles études sont nécessaires afin d’explorer davantage la pertinence de ce test comme outil de mesure de la négligence spatiale unilatérale.

Le futur télescope spatial JWST (James Webb Space Telescope) sera lancé en 2013. Conçu pour observer dans l'infrarouge de 0.6 à 27 µm, ce télescope sera équipé, entre autres instruments, du spectrographe multi-objets NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Dans cette thèse, nous modélisons et analysons les performances optiques de cet instrument développé par EADS/Astrium pour l'Agence Spatiale Européenne (ESA).<br />Notre étude se concentre sur la qualité d'image, la distorsion et l'efficacité totale de NIRSpec.<br />Ces calculs de performances reposent sur un code d'optique de Fourier développé durant cette thèse. Dans ce manuscrit, nous discutons les hypothèses et les limites de notre approche et nous présentons les résultats obtenus par l'étude de la distorsion et des effets de la diffraction. Ces résultats ont été utilisés pour vérifier des points clefs de la conception de NIRSpec. La complexité de NIRSpec nous a également amenés à développer un simulateur complet de l'optique et des détecteurs. Nous décrivons les algorithmes mis au point pour ces simulations ainsi que les éléments importants de leur implémentation (optimisation des temps de calculs). Les poses ainsi crées sont actuellement utilisées pour tester les futurs logiciels de traitement des données NIRSpec.

Cette thèse présente des modèles mathématiques pour la perception visuelle et s'occupe des phénomènes où on reconnait une brèche entre ce qui est représenté et ce qui est perçu. La complétion amodale consiste en percevoir un complètement d'un object qui est partiellement occlus, en opposition avec la complétion modale, dans laquelle on perçoit un object même si ses contours ne sont pas présents dans l'image [Gestalt, 99]. Ces contours, appelés illusoires, sont reconstruits par notre système visuelle et ils sont traités par les cortex visuels primaires (V1/V2) [93]. Des modèles géométriques de l'architecture fonctionnelle de V1 on le retrouve dans le travail de Hoffman [86]. Dans [139] Petitot propose un modèle pour le complètement de contours, équivalent neurale du modèle proposé par Mumford [125]. Dans cet environnement Citti et Sarti introduisent un modèle basé sur l'architecture fonctionnelle de la cortex visuel [28], qui justifie les illusions à un niveau neurale et envisage un modèle neuro-géometrique pour V1. Une autre classe sont les illusions d'optique géométriques (GOI), découvertes dans le XIX siècle [83, 190], qui apparaissent en présence d'une incompatibilité entre ce qui est présent dans l'espace object et le percept. L'idée fondamentale développée ici est que les GOIs se produisent suite à une polarisation de la connectivité de V1/V2, responsable de l'illusion. A partir de [28], où la connectivité qui construit les contours en V1 est modelée avec une métrique sub-Riemannian, on étend cela en disant que pour le GOIs la réponse corticale du stimule initial module la connectivité, en devenant un coefficient pour la métrique. GOIs seront testés avec ce modèle. / This thesis presents mathematical models for visual perception and deals with such phenomena in which there is a visible gap between what is represented and what we perceive. A phenomenon which drew the interest most is amodal completion, consisting in perceiving a completion of a partially occluded object, in contrast with the modal completion, where we perceive an object even though its boundaries are not present [Gestalt theory, 99]. Such boundaries reconstructed by our visual system are called illusory contours, and their neural processing is performed by the primary visual cortices (V1/V2), [93]. Geometric models of the functional architecture of primary visual areas date back to Hoffman [86]. In [139] Petitot proposed a model of single boundaries completion through constraint minimization, neural counterpart of the model of Mumford [125]. In this setting Citti and Sarti introduced a cortical based model [28], which justifies the illusions at a neural level and provides a neurogeometrical model for V1. Another class of phenomena are Geometric optical illusions (GOIs), discovered in the XIX century [83, 190], arising in presence of a mismatch of geometrical properties between an item in object space and its associated percept. The fundamental idea developed here is these phenomena arise due to a polarization of the connectivity of V1/V2, responsible for the misperception. Starting from [28] in which the connectivity building contours in V1 is modeled as a sub-Riemannian metric, we extend it claiming that in GOIs the cortical response to the stimulus modulates the connectivity of the cortex, becoming a coefficient for the metric. GOIs will be tested through this model.

L'objectif était d'utiliser le cytomètre en flux (Cytosense, CytoBuoy b.v., NL) afin de comprendre l'influence des paramètres structurels et morphologiques des cellules phytoplanctoniques sur la rétrodiffusion. Nous avons analysé les propriétés optiques des cellules sur différentes phases de croissance. Une expérience en microcosme a été réalisée sur deux espèces (Thalassiosira pseudonana et Chlamydomonas Concordia) durant 20 jours. Les efficacités de diffusion avant et de côté de Thalassiosira pseudonana étaient respectivement 2,2 et 1,6 fois plus importantes que celles de Chlamydomonas Concordia. Les variations intra- et inter-espèces ont été expliquées par des simulations théoriques et des mesures in situ (biogéochimiques et observations au microscope à balayage électronique). Les mesures in situ ont permis d'obtenur des informations sur la structure des cellules (e.g. épaisseur de la frustule). L'efficacité de diffusion avant est impactée par l'agrégation et la taille des cellules. L'indice de réfraction réel du chloroplaste est un paramètre clé pouvant expliquer les variations de l'efficacité de côté. À l'avenir, nous recommandons d'utiliser un modèle à deux couches (cytoplasmes-chloroplaste) pour simuler les propriétés optiques des cellules phytoplanctoniques. Une analyse de la relation entre la concentration en carbone organique particulaire (POC) et le coefficient de rétrodiffusion a été effectuée. Des relations linéaires fortes ont été observées uniquement durant la phase exponentielle. Une reconstruction du coefficient de rétrodiffusion a permis de mettre en évidence que le POC était d'origine phytoplanctonique pour une espèce et d'origine bactérienne pour l'autre. / The objective was to use the flow cytometer (Cytosense, CityBuoy B.V., NL) to understand the influence of structural and morphological parameters of phytoplankton cells on the backscattering. We have analyzed the optical properties of the cells over different growth phases. A microcosm experiment was performed on two species (Thalassiosira pseudonana and Chlamydomonas Concordia) during 20 days. The forward and sideward efficiencies of Thalassiosira pseudonana were, respectively, 2.2 and 1.6 times higher than the efficiencies Chlamydomonas Concordia. The inter- and intra-species variations were explained by theoretical simulations and in situ measurements (biogeochemical and observations from scanning electron microscope). In situ measurements were used to obtain informations about the cell structure (e.g. thickness of the frustule). The forward efficiency was impacted by the aggregation and the cell size. The real refractive index of the chloroplast is a key parameter that could explain variations of the sideward efficiency. In the future, we recommend to use a two-layered sphere model (cytoplasm-chloroplast) to simulate the optical properties of phytoplankton cells. An analysis of the relationship between the particulate organic carbon concentration (POC) and the backscattering coefficient was performed. Strong linear relationships were observed only during the exponential phase. A reconstruction of the backscattering coefficient permitted to highlight that the POC was from phytoplankton cells origin for a species and bacterial origin for the other one.

La montée exponentielle du trafic de données liée au développement de l’interconnexion entre objets et personnes sur la toile nécessite de nouvelles technologies. Au cours de la dernière décennie, les peignes de fréquences optiques ont révolutionné le secteur des télécommunications, ouvrant la voie à une transmission de données à un débit de données auparavant inaccessible. Mis à part le domaine des télécommunications, les peignes de fréquences optiques ont été avantageusement exploités dans d’autres domaines comme la détection optique, la détection chimique, les horloges optiques… L'efficacité du phénomène de mélange à quatre ondes, qui sous-tend la génération des peignes de fréquences, dépend de manière significative des pertes par propagation dans les guides d’ondes optiques et, par conséquent, de la rugosité de ces derniers. De plus, l'absorption intrinsèque du matériau réduit l'efficacité des phénomènes non linéaires tout en contribuant à l’atténuation du signal lumineux dans le milieu optique de propagation. Grâce à la maturité des procédés de fabrication dits CMOS, la rugosité peut être réduite en optimisant la gravure, tandis que l’absorption peut être réduite par des traitements thermiques. L'utilisation d'un matériau CMOS permet donc une fabrication à faible coût et la co-intégration avec d’autres dispositifs optoélectroniques sur la même puce. Le nitrure de silicium sur isolant est une plateforme prometteuse pour la génération de peignes de fréquences optiques grâce à la faible absorption à deux photons dans ce matériau par rapport au silicium cristallin. Cependant, le nitrure présente une absorption dans la bande des télécommunications relié à la présence des liens moléculaires N-H. Tandis que des recuits à haute température ont été utilisés pour réduire le contenu en hydrogène du film et démontrer avec succès la génération de peignes de fréquence, ces procédés rendent la co-intégration monolithique de ces dispositifs en nitrure de silicium avec une optoélectronique à base de silicium très difficile, réduisant ainsi considérablement sa compatibilité avec les autres matériaux CMOS. Dans cette thèse, nous décrivons la conception, la fabrication et les caractérisations de circuits photoniques non-linéaires en nitrure de silicium sans recuit. En particulier, nous avons mis au point un procédé de fabrication de films de Si3N4 d'une épaisseur de 740 nm, sans utilisation de recuit et avec une maitrise de la gestion des contraintes typiquement associées à ce type de matériau pour l’optique non linéaire. Cette approche offre une compatibilité de fabrication technologique avec la photonique sur silicium. Des preuves expérimentales montrent que les micro-résonateurs utilisant de tels films de nitrure de silicium sans recuit sont capables de générer un peigne de fréquence s'étendant sur 1300-2100 nm via une oscillation paramétrique optique basée sur du mélange à quatre ondes. En allant encore plus loin, nous présentons également les travaux d’optimisation technologique portant sur des microrésonateurs en nitrure de silicium recuits avec des guides d’onde à fort confinement modal, qui nous ont permis d’atteindre des pertes de propagation record. Ces résultats ont été rendus possible grâce à une optimisation fine des étapes de gravure des guides d’onde ainsi qu’à l'utilisation de traitements thermiques-chimiques efficaces. Cette nouvelle approche nous a permis de démontrer par ailleurs des sources de peignes de fréquences intégrées sur puce utilisant des résonateurs en nitrure de silicium couplés par aboutement à un laser III-V DFB utilisé comme une pompe. Cette preuve de concept prouve la validité de notre plateforme de circuits photoniques non-linéaires en Si3N4 pour la réalisation de peignes de fréquences optiques ultra-compacts à faible consommation. / The data traffic need for ultra-high definition videos as well as for the mobile data continues to grow. Within the last decade, optical frequency combs have revolutionized the telecommunications field and paved the way for groundbreaking data transmission demonstrations at previously unattainable data rates. Beside the telecommunications field, optical frequency combs brought benefits also for many other applications such as precision spectroscopy, chemical and bio sensing, optical clocks, and quantum optics. The efficiency of the four-wave mixing phenomenon from which the optical frequency comb arises critically depends on the propagation losses and consequently on the device roughness induced by the lithography and the etching processes. In addition, the bulk material absorption reduces the efficiency of the nonlinear phenomena. By using state-of-the-art complementary metal oxide semiconductor processes, the roughness can be reduced thanks to the maturity of the manufacturing, while the material bulk absorption can be reduced by thermal treatments. In addition, using a CMOS material enables a low-cost fabrication and the co-integration with electronic devices into the same chip. Silicon-nitride-on-insulator is an attractive CMOS-compatible platform for optical frequency comb generation in the telecommunication band because of the low two-photon absorption of silicon nitride when compared with crystalline silicon. However, the as deposited silicon nitride has a hydrogen related absorption in the telecommunication band. Although high-temperature annealing has been traditionally used to reduce the hydrogen content and successfully demonstrate silicon nitride-based frequency combs, this approach made the co-integration with silicon-based optoelectronics elusive, thus reducing dramatically its effective complementary metal oxide semiconductor compatibility. In this thesis, we report on the fabrication and test of annealing-free silicon nitride nonlinear photonic circuits. In particular, we have developed a process to fabricate low-loss, annealing-free and crack–free Si3N4 740-nm-thick films for Kerr-based nonlinear photonics, featuring a full process compatibility with front-end silicon photonics. Experimental evidence shows that micro-resonators using such annealing-free silicon nitride films are able to generate a frequency comb spanning 1300-2100 nm via optical parametrical oscillation based on four-wave mixing. In addition, we present the further optimized technological process related to annealed silicon nitride optical devices using high-confinement waveguides, allowing us to achieve record-low losses. This was enabled via a carefully tailored patterning etching process and an annealing treatment particularly efficient due to the already low hydrogen content in our as-deposited silicon nitride. Such improved Si3N4 platform allowed us to demonstrate on-chip integrated Kerr frequency comb sources using silicon nitride resonators that were butt-coupled to a III-V DFB laser used as a pump source. This proof of concept proves the validity of our approach for realizing fully packaged compact optical frequency combs.

La génération de seconde harmonique magnétique (mSHG pour magnetic Second Harmonic Generation) est un phénomène physique très sensible apparaissant grâce aux brisures de symétrie aux niveaux des surfaces et interfaces des structures métalliques magnétiques. Elle constitue donc un outil puissant pour explorer ce type d'interfaces et des nanostructures. Dans ce travail, nous nous intéressons aux couplages et interactions entre la mSHG et les ondes électromagnétiques pouvant se propager en surface des matériaux. Un intérêt spécifique est porté sur l’ excitation de (i) plasmon polaritons de surfaces (SPP) dans des films métalliques en structures multicouches, (ii) d'anomalies de diffraction (dîtes de Wood) dans des nanostructures métalliques périodiques. Pour étudier l'influence de l'excitation linéaire et non-linéaire des SPP sur la mSHG, l'intensité du signal réfléchi par génération de seconde harmonique (SH) et le contraste magnétique lié à ce signal ont été mesurés par la technique de l'effet Kerr magnéto-optique transverse (MOKE) en fonction de l'angle d'incidence. Via l'utilisation de sources lasers femtosecondes émettant dans le proche infrarouge, domaine spectral où les variations de la dispersion des SPP et du coefficient d'amortissement sont significatives, nous avons pu distinguer les différentes contributions linéaires et non-linéaires aux processus d'excitation. Ce travail de thèse a ainsi permis de montrer que l’accord de phase entre la mSHG et les ondes électromagnétiques de surface peuvent contribuer très efficacement à l'augmentation des signaux SH et de contraste magnétique associé. / Owing to surface and interface sensitivity, the magnetic Second Harmonic Generation (mSHG) represents a useful tool to probe magnetic interfaces and nanostructures. This work investigates the coupling and interaction of the mSHG with electromagnetic waves propagating along the surface. Two types of surface waves have been studied: (i) surface plasmon polaritons (SPP) at surfaces of metallic thin films and multilayers, and (ii) the diffraction anomaly at the surface of periodically arranged metallic nanostructures. To study influence of linear and nonlinear excitation of surface waves on the mSHG, the reflected second harmonic (SH) intensity and the magnetic SH contrast in the transverse magneto-optical geometry were measured as a function of the angle of incidence. The use of different femtosecond light sources in the near-infrared optical range, where the SPP dispersion and damping exhibit significant variations, made it possible to disentangle linear and nonlinear contributions to the excitation of surface waves. In this thesis, it is proven that phase-matching of the mSHG and surface electromagnetic waves can lead to the enhancement of both the SH yield and the nonlinear magneto-optical signal. These results are important for controlling of the nonlinear magneto-optical response and could impact the development of magnetic storage devices, label-free biosensors and nonlinear magneto-optical switches.