Les particules cométaires sont des témoins de l’évolution du système solaire, dont les caractéristiques peuvent être estimées à partir de la lumière qu’elles diffusent et émettent. Je montre qu’un modèle de diffusion lumineuse par un nuage d’agrégats fractals et de sphéroïdes permet d’interpréter, en fonction de la distribution en taille et des matériaux constitutifs, des observations polarimétriques en angle de phase et longueur d'onde. Le modèle est en particulier appliqué à la comète Hale-Bopp, et au milieu interplanétaire en modélisant aussi les observations thermiques. Je développe des outils de diffusion lumineuse (numériques et expérimentaux) pour analyser des agrégats analogues aux particules protoplanétaires qui seront formés avec ICAPS à bord de l’ISS. De façon complémentaire, une simulation expérimentale en vol parabolique avec PROGRA2 me permet de déterminer les propriétés physiques de microparticules d’intérêt astrophysique par des mesures polarimétriques.

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Les particules cométaires sont des témoins de l'évolution du système solaire, dont les caractéristiques peuvent être estimées à partir de la lumière qu'elles diffusent et émettent.<br>Je montre qu'un modèle de diffusion lumineuse par un nuage d'agrégats fractals et de sphéroïdes permet d'interpréter, en fonction de la distribution en taille et des matériaux constitutifs, des observations polarimétriques en angle de phase et longueur d'onde. Le modèle est en particulier appliqué à la comète Hale-Bopp, et au milieu interplanétaire en modélisant aussi les observations thermiques.<br>Je développe des outils de diffusion lumineuse (numériques et expérimentaux) pour analyser des agrégats analogues aux particules protoplanétaires qui seront formés avec ICAPS à bord de l'ISS. De façon complémentaire, une simulation expérimentale en vol parabolique avec PROGRA2 me permet de déterminer les propriétés physiques de microparticules d'intérêt astrophysique par des mesures polarimétriques.

La création d 'un microsystème d'analyse biochimique, capable de livrer des diagnostics préliminaires sur la quantification d'éléments pathogènes, est un défi multidisciplinaire ayant un impact potentiel important sur la majorité des activités humaines en santé et sécurité. En effet, un dispositif intégré, peu dispendieux et livrant des résultats facilement interprétables, permettrait une vulgarisation des capacités de biodétection à travers différents domaines d'applications sociétaires et industriels. Le présent document se concentre sur l'intégration monolithique d'une méthode de biocaractérisation dans le but de générer un transducteur miniaturisé et efficace, élément central d'un microsystème de détection. Le projet de recherche ici présenté vise l'étude de l'applicabilité d'un capteur plasmonique intégré par l'entremise de nanostructures semi-conductrices aux propriétés quantiques et luminescentes. L'approche présentée est globale; c'est-à-dire qu'on vise à répondre aux questions fondamentales impliquant la compréhension des phénomènes photoniques, le développement et la fabrication des dispositifs, les méthodes de caractérisations possibles ainsi que l'application d'un transducteur SPR intégré à la biodétection. En d'autres termes : dans quelles circonstances et comment un transducteur plasmonique intégré doit-il être réalisé pour l'application à la détection délocalisée d'éléments pathogènes? Dans le but d'engendrer un instrument simple à l'échelle de l'usager, l'intégration de la connaissance à l'échelle du design est donc effectuée. Ainsi, des capteurs plasmoniques monolithiques sont conçus à l'aide de modèles théoriques ici présentés. Un instrument de mesure hyperspectrale conjuguée permettant de cartographier directement la relation de dispersion des plasmons diffractés a été construit et testé. Cet instrument est employé à la cartographie d'éléments de diffusion. Finalement, une démonstration du fonctionnement du dispositif, appliquée à la biocaractérisation d'événements simples, tels que l'albumine de sérum bovin et la détection d'une souche spécifique d'influenza A est livrée. Ceci répond donc à la question de faisabilité d'un nanosystème plasmonique applicable à la détection de pathogènes.

Prolongement central de la sclère, la cornée est la couche la plus externe de l'œil. Elle laisser pénétrer la lumière dans le globe oculaire grâce à sa propriété de transparence. Cette transparence repose sur une structure très organisée du tissu, maintenue en équilibre physiologique. Lorsque cet équilibre est rompu, notamment suite à une augmentation anormale de son taux d'hydratation et au développement d'un œdème, l'épaisseur du tissu augmente et il tend à s'opacifier. Lorsque l'œdème devient trop important, il est nécessaire de procéder à une greffe. Les cornées destinées à la greffe sont triées dans des banques de tissus, et sont en particulier soumises à une évaluation qualitative de leur transparence. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet visant à étudier les propriétés de diffusion de greffons cornéens humains, afin d'améliorer l'évaluation quantitative de leur transparence en banque des tissus ou de mieux paramétrer les lasers de découpe lors des greffes de cornées, dont les performances sont altérées à cause du phénomène de diffusion. Le comportement diffusant de la cornée est mesuré dans l'espace réfléchi, afin d'évaluer à terme la possibilité d'une caractérisation in vivo. Conjointement à la mesure de diffusion, une imagerie du volume de la cornée est réalisée grâce à un dispositif de tomographie de cohérence optique apportant une caractérisation de la structure microscopique du tissu. L'œdème et son développement sont ainsi caractérisés par l'analyse de la diffusion du tissu, de sa transparence et des hétérogénéités à l'échelle du micron. / Along with the crystalline lens, the cornea is the unique tissue being transparent in the human body. With a transmission coefficient over 90% in the visible spectrum, the main function of the cornea is to transmit the light inside the eye. This property is due to an absence of blood vessels and a very regular organization of the corneal bulk. In the case of an edema development, the cornea swells because of an abnormally high hydration. This involves a disorganization of its internal structure and an increase of the light scattering, leading to cornea haziness. When the edema is too critical, a graft is then required. In tissue banks, several criteria, such as the evaluation of the transparency, are considered in order to choose only the tissues eligible for corneal transplantation. This thesis aims to study the scattering properties of human corneal grafts in order to improve transparency evaluation in tissue banks or to lead to a better calibration of laser cuts during surgery procedure. A characterization of the scattering properties of the tissues is performed in the reflective half-space. Indeed, backscattering characterization could be used in in-situ conditions. Moreover, 3D images of the bulk of the cornea are performed using a Optical Coherence Tomography set-up. Edema developement is studied through the analysis of the scattering behaviour and of the microscopic structure of the graft. Scattering properties and microstructure are linked together through the use of an electromagnetic modelling. Maxwell's equations are solved using Born approximation, and a numerical method was adapted to perform those calculations in the case of the cornea.

L'expérience PAMPRE permet de produire des équivalents d'aérosols de l'atmosphère de Titan grâce à un plasma radio fréquence dans un mélange N2-CH4. Le premier objectif de cette thèse a été d'étudier le plasma afin de caractériser la source d'énergie permettant d'amorcer cette chimie. Des mesures de densité électronique montrent que celle-ci est plus faible dans les mélanges N2 -CH4 que dans l'azote pur. Une étude du plasma par spectroscopie optique d'émission montre que cette diminution de densité d'électrons peut être compensée par une augmentation de leur énergie pour maintenir la décharge. Le second objectif est une étude de la croissance des aérosols par des mesures ex situ et in situ Les observations d'aérosols au MEB mettent en évidence l'influence des paramètres du plasma sur la taille des poudres: pour des proportions élevées de CH4 ou des débits de gaz faibles (minimisant ainsi la force de traînée), les particules sont plus grosses, et peuvent atteindre 1 µm de diamètre. En pulsant le plasma, avec une durée d'allumage de 10 s, les aerosols obtenus ont un diamètre proche de celui des aerosols de Titan (90 nm). L'étude en mode pulsé a également permis de mesurer le temps de formation des aérosols, de quelques dizaines de secondes. Ce temps est réduit à pression élevée ou à concentration de CH4 faible. Enfin, un diagnostic de mesure de lumière diffusée a été conçu pour étudier la croissance in situ en temps réel. Les variations du degré de polarisation mesurées sont reproduites par un code de diffusion de Mie, et permettent de déduire la variation du rayondes particules au cours du temps. Les vitesses de croissance obtenues sont de l'ordre de 4 nm/ s.

De nombreux efforts fournis sur l’avancement de la technologie de dépôt afin de répondre au besoin des utilisateurs des filtres interférentiels ont donné la naissance à la nouvelle génération des composants optiques. Les progrès techniques permettent de fabriquer les filtres avec la structure particulièrement complexe et atteindre les performances spectrales remarquables, mais aussi soulèvent de nouveaux problèmes au niveau de la diffusion. Les indicatrices de diffusion de ces filtres présentent les variations extrêmement rapides en fonction de l’angle de reprise et de la longueur d’onde, ce qui amoindrit sérieusement les performances des composants. Il est donc d’essentiel d’être capable de caractériser la diffusion lumineuse angulairement et spectralement résolue. L’objectif de cette thèse a alors été de développer l’outil expérimental, déduit pour la métrologie fine de la réponse spectrale et de la diffusion lumineuse. Le travail réalisé a donné naissance au banc SALSA (pour Spectral and Angular Light Scattering characterization Apparatus), un nouveau diffusomètre spectralement et angulairement résolu. Grâce au banc SALSA nous pouvons effectuer les mesures de diffusion sur large gamme spectrale [400 nm -1000 nm] avec la dynamique de 8 décades et la précision meilleure que 1%. Par ailleurs, le banc peut être utilisé pour la mesure de la transmission avec la dynamique de 12 décades, ce qui est performance unique sur l’échèle mondiale. / Due to market demand and technical progresses, a new generation of optical components requires much more sophisticated structures with a great number of layers. These complex structures enable to achieve severe optical performances but, at the same time, enhance light scattering processes. For these reasons, it is essential to develop a metrological tool which provides an accurate quantification of the spectral and angular behavior of scattering losses, with sufficient angular and spectral resolution. In order to face this issue, new investigations were performed during this PhD thesis and led to the development of the new scatterometer SALSA (Spectral and Angular Light Scattering characterization Apparatus). The use of both a broad-band source and a tunable filter allows to accurately select the illumination wavelength and the spectral bandwidth on the whole spectral range of CCD detectivity. Set-up SALSA allows us to perform the measurements of scattering losses on a wide spectral range (400-1000 nm), with high dynamics (>8 decades), high accuracy and low detectivity (a few 10-8 sr-1). Moreover, with set-up SALSA we are able to measure the transmission of interferential filters on the same spectral range, with high accuracy (1%) and a high dynamic (>10 decades, which is a unique performance).

Nous avons développé des codes de calcul basés sur la théorie de Mie, pour prédire la réponse angulaire et spectrale de microsphères revêtues d'empilements multicouches concentriques, diélectriques ou métalliques. L'influence des paramètres est tout d'abord analysée avec précision : effet de taille, effet du revêtement, tolérance sur le rayon... L'analogie avec les fonctions optiques classiques (antireflet, miroir, filtres, séparateurs...) a retenu notre attention, et l'on montre qu'elle existe jusqu'à des rayons de l'ordre de 3 Μm, valeur critique en dessous de laquelle les résonances prédominent. Une étude colorimétrique a également permis de quantifier nombre d'effets colorés spécifiques à ces sphères multicouches.<br />La deuxième partie de notre travail a consisté en la réalisation des micro-composants. Pour cela nous avons entièrement mis au point une technologie de pulvérisation par faisceau d'ions (IBS), pour fabriquer des couches minces optiques métalliques ou diélectriques. Pour revêtir les microsphères, nous les animons d'un mouvement aléatoire conféré par une membrane vibrante. Les résultats montrent que notre procédé fonctionne très correctement pour une fabrication en série, ouvrant ainsi la porte à des poudres optiques interférentielles. Ensuite le problème de la caractérisation est traité à l'aide d'un diffusomètre laser et d'un spectro-diffusomètre, pour tenter de mesurer une sphère isolée ou des collections de microsphères.<br />De façon générale, ce travail trouve des applications dans la couleur et cosmétique, la visualisation, la furtivité et les télécom, le biomédical...

A partir d’un diffusomètre multi-sources (UV-MIR), nous avons développé au laboratoire un ellipsomètre basé sur une modulation élasto-optique de la polarisation. Le premier objectif, par comparaison au montage polariseurs/analyseurs tournants, était d’améliorer les performances du dispositif, aussi bien en terme de précision que de rapidité.<br />Les mesures sur champ spéculaire ont tout d’abord largement validé le banc et nous avons mis en oeuvre une méthode pour détecter la présence de contamination sur un composant, sans avoir besoin de la connaissance préalable son indice de réfraction.<br />Dans une deuxième étape, nous avons étendu les mesures à la détermination angulaire du déphasage polarimétrique sur champ diffus. Dans le cas de composants faiblement perturbés, pour lesquels une théorie électromagnétique au premier ordre est utilisée, cette mesure permet de discriminer sans ambiguïté l’origine, surfacique ou volumique, de la diffusion. Nous avons également mis en évidence les effets d’interférences entre ondes diffusées par les surfaces et volumes, grâce à la présence d’oscillations autour de la valeur moyenne du déphasage, et la sensibilité aux effets de décorrélation verticale dans les multicouches.<br />L’étude des composants très hétérogènes est également abordée dans le détail, en tenant compte des effets de dépolarisation. Nous montrons comment les techniques<br />précédentes permettent encore de discriminer les effets de surface et de volume. En particulier le déphasage polarimétrique mesuré dans le speckle résolu du champ diffus, constitue une véritable signature des composants. A l’aide d’une approche phénoménologique, on montre que l’amplitude des oscillations du déphasage permet d’extraire le taux de dépolarisation angulaire. De façon plus générale, la méthode d’ellipsométrie sur champ diffus permet une scrutation approfondie, tout en ouvrant la porte aux problèmes inverses et de reconstruction en champ lointain.

Les particules cométaires sont des témoins de l’évolution du système solaire, dont les caractéristiques peuvent être estimées à partir de la lumière qu’elles diffusent et émettent.<p>Je montre qu’un modèle de diffusion lumineuse par un nuage d’agrégats fractals et de sphéroïdes permet d’interpréter, en fonction de la distribution en taille et des matériaux constitutifs, des observations polarimétriques en angle de phase et longueur d'onde. Le modèle est en particulier appliqué à la comète Hale-Bopp, et au milieu interplanétaire en modélisant aussi les observations thermiques.<p>Je développe des outils de diffusion lumineuse (numériques et expérimentaux) pour analyser des agrégats analogues aux particules protoplanétaires qui seront formés avec ICAPS à bord de l’ISS. De façon complémentaire, une simulation expérimentale en vol parabolique avec PROGRA2 me permet de déterminer les propriétés physiques de microparticules d’intérêt astrophysique par des mesures polarimétriques.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished