Avec l'évolution rapide des techniques de nanofabrication et les besoins croissants d'intégration et d'utilisation à moindre coût énergétique, l'étude et la manipulation de résonances électromagnétiques d'objets de faibles dimensions représentent des enjeux cruciaux. Un des objectifs de ce travail de thèse a donc été d'approfondir nos connaissances de l'interaction entre le champ électromagnétique et la matière. Dans ce but la réalisation conjointe d'expériences en champ proche optique et le développement numérique de modèles associés nous ont permis d'étudier différentes résonances électromagnétiques basées sur l'interaction lumière-matière au sein d'objets de dimensions sub-micrométriques. Dans une première partie, ce manuscrit présente les phénomènes mis en jeu en microscopie champ proche optique et décrit le fonctionnement du microscope SNOM utilisé. La seconde partie est dédiée à l'étude de l'interaction d'une sonde champ proche avec une nano-cavité Fabry-Perot en régime non-linéaire. Dans un premier temps, on présente l'étude des non-linéarités de nano-cavités en Silicium à grand facteur de qualité et faible volume modal, démontrant ainsi l'obtention d'un régime de fonctionnement bistable pour de très faibles puissances. Dans un deuxième temps, on démontre la modulation possible via la sonde champ proche de ce régime de bistabilité. Enfin, on étudie dans la troisième partie de ce manuscrit les résonances de films minces métalliques. L'étude complète des modes propres et de l'excitation optique de cette structure a permis de connaître avec précision les modes résonants et les angles de Brewster du film mince. Cette étude a été prolongée expérimentalement par l'étude en champ proche optique des modes résonants de demi-films minces métalliques. Lors de ces deux études, les mesures expérimentales ont été systématiquement accompagnées par l'analyse théorique et le développement numérique de modèles que les expériences réalisées ont permis de valider et de discuter.

L'objectif de ce travail de thèse est de comprendre l'influence d'un courant continu traversant une vanne de spin sur la dynamique de son aimantation. Pour ce faire, un spectromètre original capable de mesurer la résonance ferromagnétique (RFM) dune nanostructure individuelle a été développé. Son caractère innovant est d'utiliser une détection mécanique, inspirée des techniques de microscopie en champ proche. Le spectre d'excitation RFM d'un nano-disque isolé de Permalloy a d'abord été mesuré. Cette étude a permis de comprendre quantitativement les modifications spectrales induites par les effets de taille finie. Ensuite, des systèmes hybrides composés de multicouches magnétiques métalliques ont été étudiés. Dans les échantillons mesurés, des effets de transfert de spin ont été observés, bien qu'ils soient dominés par ceux du champ d'oersted. Le dispositif expérimental a également permis de suivre la variation du terme de relaxation d'un système de spins ferromagnétique dans le régime haute puissance. Nos résultats montrent que l'amortissement diminue quand les effets non-linéaires entrent en jeu.

Le contexte de ce travail repose sur l'étude des instabilités de combustion au sein des moteurs-fusées à propergols liquides. Cette étude se concentre sur les effets des champs acoustiques transverses de haute amplitude sur l'injection coaxiale en conditions non-réactives. La réponse acoustique du système d'injection est dépendante des propriétés locales du champ acoustique dans la cavité d'injection. La modification du processus d'atomisation, induit par le champ acoustique, a été analysée dans des configurations simples et multiinjection. Des expériences ont été menées pour des régimes d'atomisation de faibles et hauts nombres de Weber. Trois phénomènes ont été observés: un aplatissement du jet, une amélioration du processus d'atomisation et la déviation du système liquide. La combinaison de ces trois phénomènes en configuration multi-injection résulte en un phénomène de regroupement de gouttes. En présence de combustion, un tel regroupement pourraitmener à un dégagement de chaleur non-uniforme susceptible de déclencher ou d'entretenir des instabilités de combustion. Un modèle théorique basé sur les équations d'acoustique non-linéaire a été développé pour donner les expressions générales de pression de radiation et de forces de radiations résultantes appliqué aux objets sphériques et cylindriques en champ stationnaire ou progressif. Le modèle a été utilisé pour interpréter et quantifier les observations expérimentales en configurations liquide/gaz, trans-critique/super-critique et gaz/gaz, et a permis de montrer que le nombre de Helmholtz qui caractérise le champ acoustique, et le rapport de densité qui caractérise les deux milieux, sont deux paramètres cruciaux. Les principales conclusions montrent que le phénomène observé peut être interprété comme résultant de l'acoustique non-linéaire, dont le paramètre clé étant le ratio de densité. Cela exige que la couche séparant les deux milieux, vue comme une interface, ne doive pas être réduite uniquement à une interface liquide/gaz. / The context of this work relies to high frequency combustion instabilities in Liquid Rocket Engines (LRE). The present research focuses on the effects of high amplitude transverse acoustic fields on non-reactive coaxial injection. The acoustic response of injection domes is found to be dependent on the local properties of the acoustic field in the injection cavity. The modification of the atomization process, induced by the acoustic field, has been analyzed in single and multi-injection configurations. Experiments were performed from low to high Weber number atomization regimes. Three phenomena are observed: jet flattening, improvement of the atomization process and deviation. The combination of these phenomena in multi-injection configurations leads to a droplet clustering phenomenon. In the presence of combustion, such a clustering could lead to non-uniform heat release rate which can trigger or sustain combustion instabilities. A theoretical model based on non-linear acoustics has been developed, providing general expressions of radiation pressure and resulting radiation force, for spherical and cylindrical objects in standing and progressive wave field. The model has been successfully used to interpret and quantify experimental observations in liquid/gas, trans-critical/super-critical and gas/gas configurations and showed that the Helmholtz number α characterizing the acoustic field and the density ratio η characterizing the two media are two parameters of importance. The major conclusions are that the observed phenomena can be interpreted as resulting from non-linear acoustics, the key feature being the density ratio. It is claimed that the layer separating the two media, seen as an interface, does not need to be restricted only to a liquid/gas interface.

Ce manuscrit présente une synthèse de mes activités de recherche, réalisées principalement au sein du département Minacom du laboratoire XLIM. Fortement multidisciplinaires, elles sont orientées vers la réalisation de dispositifs et systèmes originaux (intégration des matériaux innovants ou développement des dispositifs MEMS pour l'optique) dédiés à la microélectronique (basses et hautes fréquences) et au domaine de l'optique. Après une première partie résumant l'ensemble des activités de recherche et d'encadrement doctoral, la deuxième partie du manuscrit est dédiée à la présentation explicite des travaux de recherche. Tout d'abord, nous présentons le développement des composants MOEMS (ou MEMS optiques) et leur intégration (comme modulateurs actifs et, en même temps, miroirs de fond de cavité) dans des systèmes lasers à fibre. Nous montrons que l'association de ces modulateurs compacts et rapides au déclenchement de cavités lasers courtes, permet d'obtenir des impulsions laser très courtes, en régime nanoseconde. Ces microcomposants offrent un fort potentiel de miniaturisation et de réduction du coût des sources lasers impulsionnelles à fibre optique et montrent également leur capacité à atteindre des fréquences de fonctionnement supérieures au mégahertz, compatible au régime à verrouillage de modes d'une cavité laser. Leur robustesse et leur faible niveau d'activation (10 V-50 V) en font de bons candidats pour remplacer les solutions de modulations actuels (électro- ou acousto-optiques). Par la suite, nos recherches se sont étendues à l'association des sources lasers avec les propriétés remarquables des dispositifs MOEMS (compacité, faibles pertes d'insertion, achromaticité etc.) pour créer des systèmes lasers impulsionnels complexes : lasers fibrés avec des impulsions nanosecondes de forte puissance crête avec fréquences de récurrence ajustable, systèmes lasers bi- longueur d'onde, système de sélectivité spectrale en utilisant une source de continuum et une matrice de micro- miroirs, multiplexage temporel et spectral de sources lasers à MOEMS pour un fonctionnement à haute cadence etc. Les résultats obtenus permettent d'envisager des développements innovants dans des domaines comme la bio- photoniques (diagnostic ou tri cellulaire, tomographie optique cohérente), télécommunications, microscopie confocale, radar optique, etc. La suite du travail présenté dans ce mémoire concerne la conception et la fabrication de dispositifs reconfigurables pour la microélectronique basses et hautes fréquences (du DC aux fréquences THz) basés sur la transition réversible semi-conducteur- métal (Metal- Insulator Transition - MIT ou transition de Mott) d'un matériau " intelligent " : le dioxyde de vanadium, VO2. Actuellement, les matériaux intelligents font l'objet de beaucoup d'attention de la part de la communauté scientifique à cause de leurs caractères évolutifs et adaptatifs qui font d'eux des candidats potentiels pour de nombreuses applications (transmission de l'information, optoélectronique, matériaux artificiels). Nous avons utilisé les propriétés exceptionnels du matériau VO2 en couches minces pour concevoir et développer de nouveaux concepts de commutateurs et de dispositifs rapides fonctionnant dans les domaines DC, RF -micro-ondes, Térahertz et optique. Nous montrons que dans le couches minces de VO2 obtenus par ablation laser (PLD) ou par évaporation à faisceaux d'électrons, cette transition MIT est accompagnée par un changement rapide et remarquable des propriétés électriques et optiques du matériau (e.g. changement de quatre à cinq ordres de grandeur de résistivité entre les deux états). La transition MIT dans le matériau VO2 peut être initiée de différentes manières : thermiquement, électriquement ou optiquement. Dans un premier temps, nous exploitons l'important changement des propriétés électriques/ diélectriques de ce matériau soumis à un actionnement thermique et électrique pour réaliser des commutateurs micro-ondes en technologie coplanaire, et ensuite des dispositifs plus complexes comme des limiteurs de puissance large bande, des filtres micro-ondes à rejection de bande et à fréquences accordables ou encore des composants hybrides type métamatériaux accordables dans le domaine THz. Les composants intégrant le matériau VO2 présentent des propriétés intéressantes, notamment sur le plan des caractéristiques électriques ou ils montrent un comportement très large bande et de fortes isolations. Ils peuvent se positionner comme des solutions alternatives intéressantes aux technologies classiques (semi-conducteurs et dispositifs électromécaniques) utilisées dans la fabrication de composants millimétriques et submillimétriques. A un niveau plus fondamental (mais avec des applications potentiels très intéressantes), nous avons caractérisé les propriétés électriques fortement non-linéaires des couches minces de VO2 (apparition du phénomène de résistance négative différentielle (NDR) dans leurs caractéristiques courant-tension) et nous avons mis en évidence, la génération d'auto-oscillations électriques dans des dispositifs à base de films de VO2. Ces résultats nous permettent d'envisager dans un futur proche plusieurs directions de recherche innovantes basées sur l'utilisation des matériaux présentant des transitions MIT ou des transitions de phase, sous la forme de couches minces ou de nanostructures (nano-agrégats, nano-fils etc.). La dernière partie du mémoire est dédié aux perspectives de recherche à moyen et long terme en systématisant les directions de recherches que nous poursuivrons dans les prochaines années autour de l'étude et l'intégration de matériaux à propriétés accordables (couches minces ou nanostructures) dans des dispositifs innovants pour des applications comme le traitement de l'information, l'énergie ou la détection de grandeurs physiques variées.

Avec l’évolution rapide des techniques de nanofabrication et les besoins croissants d’intégration et d’utilisation à moindre cout énergétique, l’étude et la manipulation de résonances électromagnétiques d’objets de faibles dimensions représentent des enjeux cruciaux. Un des objectifs de ce travail de thèse a donc été d’approfondir nos connaissances de l’interaction entre le champ électromagnétique et la matière. Dans ce but la réalisation conjointe d’expériences en champ proche optique et le développement numérique de modèles associés nous ont permis d’étudier différentes résonances électromagnétiques basées sur l’interaction lumière-matière au sein d’objets de dimensions sub-micrométriques. Dans une première partie, ce manuscrit présente les phénomènes mis en jeu en microscopie champ proche optique et décrit le fonctionnement du microscope SNOM utilise. La seconde partie est dédiée à l’étude de l’interaction d’une sonde champ proche avec une nano-cavité Fabry-Perot en régime non-linéaire. Dans un premier temps, on présente l’étude des non-linéarités de nano-cavités en Silicium à grand facteur de qualité et faible volume modal, démontrant ainsi l’obtention d’un régime de fonctionnement bistable pour de très faibles puissances. Dans un deuxième temps, on démontre la modulation possible via la sonde champ proche de ce régime de bistabilité. Enfin, on étudie dans la troisième partie de ce manuscrit les résonances de films minces métalliques. L’étude complète des modes propres et de l’excitation optique de cette structure a permis de connaitre avec précision les modes résonants et les angles de Brewster du film mince. Cette étude a été prolongée expérimentalement par l’étude en champ proche optique des modes résonants de demi-films minces métalliques. Lors de ces deux études, les mesures expérimentales ont été systématiquement accompagnées par l’analyse théorique et le développement numérique de modèles que les expériences réalisées ont permis de valider et de discuter. / Within the quick nano-fabrication techniques evolution and the increasing needs in low space and energy opto-electronic functions on-chip integration, studies and control of electromagnetic resonances of sub-micrometric objects are crucial issues. One aim of this work was then to improve our knowledge of the light-matter interaction. To this end, optical near-field experiments and complementary numerical development of models have been performed to study electromagnetic resonances due to light-matter interaction in sub-micrometric resonators. As an introduction, the first part of the manuscript presents the main phenomena involved in near-field optical microscopy and the used SNOM operation. The second part is dedicated to nearfield tip/Fabry-Perot micro-resonator interaction in the non-linear regime. In this part, we first present the study of high-Q/small volume Silicon nano-cavity non-linearities, showing possible bistable operation at very low incident power. We then demonstrate the cavity stability modulation obtain with the near-field tip. In the third part of the manuscript, we consider thin metallic film resonances. As a beginning, we realize an exhaustive study of the film eigenmodes and then discuss the resonant optical excitation of the film as well as precise determination of Brewster angle. These theoretical studies have been extended experimentally with the optical near-field determination of the resonant modes of semi-infinite thin films. For the different studies, experimental measures have been systematically associated with theoretical analyses and numerical developments of models, which have then been confirmed or discussed in light of the experimental results.

Les résonateurs à modes de galerie sont des cavités diélectriques qui supportent des modes à très haut facteur de qualité et à faible volume qui demeurent confinés à l'interface air-diélectrique pour des durées pouvant atteindre voire dépasser la microseconde. L'intérêt de ce fort confinement des modes pour de longues durées est l'accentuation de l'interaction lumière-matière. Par conséquent, de nombreuses interactions non-linéaires telles que l'effet Kerr ou encore l'effet Brillouin à des puissances seuil inversement proportionnelles au carré voire au cube du facteur de qualité du résonateur ont lieu en son sein. Ces propriétés donnent accès à de nombreuses applications dans des domaines divers et variés tels que la spectroscopie, les télécommunications ou encore les micro-ondes. Les travaux de cette thèse ont pour but d'exploiter les non-linéarités Kerr et Brillouin dans les résonateurs à mode galerie à la longueur d'onde de 1550 nm afin de générer des micro-ondes ultra-stables à des fréquences comprises entre 5 et 30 GHz. Le premier chapitre introduit la théorie, la fabrication, le couplage et la caractérisation de résonateurs à des modes de galerie. Le second chapitre concerne la génération de micro-ondes. Nous y présentons nos résultats expérimentaux, la modélisation numérique de peignes de Kerr, ainsi que l'analyse d'instabilités oscillatoires d'origine thermique observées lors de nos travaux expérimentaux, puis nous concluons. Le dernier chapitre traite de l'interaction photons-phonons via le processus de diffusion Brillouin stimulée dans ces mêmes expérimentaux ainsi que le modèle temporel que nous avons développé pour suivre la dynamique de l'onde transmise et de celle rétrodiffusée. Le dernier chapitre conclue nos travaux. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été financé par l'European Research Council dans le cadre du projet NextPhase. / Whispering galery mode resonators are dielectric cavities that support modes with ultra-high quality factor and small volume that remain confined in their inner periphery for time duratioons that can be as long as few microseconds. The strong confinement of these modes for such long durations strongly enhances nonlinear effect suchs as Kerr effect or Brillouin effect. These resonators can therefore be used for several applications such as spectroscopy, telecommunications or microwave generation. The objective of this thesis is to use Kerr and Brillouin nonlinearities in these resonators at the laser wavelength of 1550 nm, in order to generate high spectral purity microwave signals with frequencies rangong fros 5 to 30 GHz. The first chapter oh the thesis intriduces the theory, fabrication, coupling and characterisation of whispering gallery mode resonators. The second chapter is about the generation of Kerr optical frequency combs in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental resuktsdn the numerical modelling of Kerr combs, the analysis of oscillatory instabilities (due to thermal effect) observed during our experiments, and conclue. The third chapter concerns photon-phonon interactions via stimulated Brillouin scattering in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental results and the temporal model that we developed to track the dynamics of the forward and backscattered fields. The last chapter conclude the thesis. The research presented in this thesis has benne funded by the European Research Council through the project Nextphase.

Cette thèse s’intéresse d’une part aux effets macroéconomiques des régimes de change, et d’autre part, aux récentes évolutions sur la politique budgétaire et la décentralisation. La partie I met essentiellement l’accent sur l’interaction entre les régimes de change (RC) et la politique budgétaire, monétaire et fiscale. Tout d’abord, nous mettons en évidence que les RC peuvent avoir un effet stabilisateur sur la politique budgétaire (chapitre 1). Cependant, cet effet stabilisateur des RC n’est pas automatique mais dépendrait plutôt des conséquences d’une politique budgétaire laxiste. Le chapitre 2 s’intéresse quant à lui à la causalité entre RC et crises (bancaire/financière, de change et de dette) et remet en cause la vision bipolaire qui prétendait que les RC intermédiaires sont plus vulnérables aux crises que les solutions en coin (RC fixes/flexibles). Il ressort de notre analyse que les fondamentaux macroéconomiques (la volatilité du crédit au secteur privé, le financement du déficit, et le ratio dette sur PIB) jouent un rôle considérable. Le chapitre 3 met en évidence un lien entre les RC et la politique fiscale. Les pays à RC fixes montrent une plus grande dépendance aux recettes domestiques –telles que la TVA-, comparativement aux pays en change intermédiaires/flexibles pour compenser les pertes de recettes de seigneuriage (effet de substitution). De plus, ces pays avec RC fixes collectent plus de recettes domestiques en compensation de la perte de recettes douanières, suite à la libéralisation commerciale (effet de compétitivité). Dans les trois derniers chapitres (partie II), nous mettons le focus sur la politique budgétaire et les effets de la décentralisation. Le chapitre 4 révèle une relation non-linéaire entre la politique budgétaire et le cycle économique, qui dépend du niveau de la dette publique. Lorsque celle-ci dépasse un certain seuil (87%), la politique budgétaire perd toute propriété contra-cyclique. Nous montrons par ailleurs que l’effet disciplinaire ex-ante des règles budgétaires aide à restaurer la contra-cyclicité de la politique budgétaire. A travers le chapitre 5, nous montrons que la décentralisation budgétaire, dans un cadre politico-institutionnel sein et dépourvu de corruption, améliore l’offre de biens et services publics. Le chapitre 6 conclut que la décentralisation impacte positivement le solde structurel. Cependant une asymétrie entre la décentralisation des dépenses et celle des recettes accroit la dépendance des gouvernements locaux vis-à-vis du gouvernement central en termes de transferts, et amoindrirait considérablement à l’effet positif de la décentralisation. / This thesis explored, in two parts, the macroeconomic impacts of exchange rate regimes (ERR), as well as the recent developments in fiscal policy and fiscal decentralization. Part I has reconsidered the role of ERR and its interplay with fiscal, monetary and tax policy. The first result that emerges (Chapter 1) is that fixed ERR can serve as a credible policy tool for stabilizing fiscal policy. However, this stabilizing effect is conditional upon the inter-temporal distribution of the costs of loose fiscal policy. In assessing the linkage between ERR and crises (banking/financial, currency and debt), Chapter 2 evidenced that the bipolar view is no longer valid, and that, crisis proneness rather depends on the macroeconomic fundamentals (the volatility of private sector credit, the deficit-financing mechanism, and the debt-to-GDP ratio). In Chapter 3, we unveiled a strong relationship between ERR and tax policy. Countries with pegged regimes have greater reliance on domestic taxation -such as the VAT- to make up for the loss of seigniorage revenue (substitution effect). Moreover, peggers tend to collect more VAT revenue to offset the shortfall in cross border taxes following the trade liberalization reform (competitiveness effect). Part II discussed the cyclical response of fiscal policy in high debt periods, and focused on fiscal decentralization issues. In Chapter 4, we showed that the reaction of fiscal policy to the business cycle is non-linear and conditional to the level of public debt. When the debt-to-GDP ratio goes beyond a certain threshold (87%), fiscal policy loses its counter-cyclical properties. Further, we highlighted that carefully-designed fiscal rules help maintaining counter-cyclicality through an ex ante disciplinary effect. Chapters 5 and 6 analyzed the impact of fiscal decentralization on the efficiency of public service delivery and fiscal policy performance, respectively. Chapter 5 revealed that a sufficient level of expenditure decentralization, coupled with revenue decentralization, improves the efficiency of public service delivery. However, the political and institutional environment is critical for reaping decentralization-led benefits. Lastly, Chapter 6 concluded that fiscal decentralization has destabilizing effect by reducing the counter-cyclicality of fiscal policy. In addition, we found that decentralization strengthens the structural fiscal balance; however, vertical fiscal imbalances reduce the benefits of decentralization. It is therefore critical to limit asymmetries between expenditure and revenue decentralization, so as to reduce the transfer-dependency of local governments to the central level, and thus prevent decentralization from weakening the fiscal stance at the general government level.

Les systèmes de communications optiques jouent un role important pour satisfaire la demande incessante de trafics de données. Cette demande, induite par des applications gourmandes en termes de bande passante et débit, necéssite une augmentation de la capacité des réseaux optiques d’accès et par conséquent une augmentation des capacités de réseaux de transports métropolitains et longues distances. La prochaine génération de systèmes WDM longue distance devrait opérée à des débits de 400Gbps ou 1Tbps. Cette montée en débit s’appuiera sur des nouvelles formes d’ondes avancées de type mono-porteuse (Nyquist-WDM) ou multi-porteuse (OFDM multi-bande). Ces approches sont basées sur le multipléxage de plusieurs porteuses espacées par des intervalles de garde réduits. D’autre part, pour générer ces très haut débits, des modulations multi-états sont utilisées pour chaque porteuse grâce à leur efficacité spectrale élevée. Ces types de systèmes, qui combinent à la fois les approches multi-bande et les modulations multi-états, sont extrêmement vulnérables aux effets nonlinéaires de la fibre optique. En fait, les effets nonlinéaires sont dépendants de la puissance de transmission et inversement proportionels à l’intervalle de garde. Cela rend leur compensation indispensable pour maintenir des bonnes performances des systèmes en terme de distance de transmission. Grâce à l’emploi de récepteurs à détection cohérente, des techniques de traitement du signal numérique sont utlisées pour combattre les effets nonlinéaires. Dans cette thèse, nous avons proposé des nouvelles techniques basées sur les séries de Volterra et les égaliseurs à retour de decision pour compenser respectivement les effets nonlinéaires intrabande et les interférences nonlinéaires inter-bande. / Optical communication systems have evolved since their deployment to meet the growing demand for high-speed communications. Over the past decades, the global demand for communication capacity has increased exponentially and the most of the growth has occurred in the last few years when data started dominating network traffic. In order to meet the increase of traffic demands fueled by the growth of internet services, an increase of access network capacity and consequently metro and long-haul network capacities is required. Next generation of long-haul WDM transmission systems is expected to operate at 400Gbps or 1Tbps bit rate. Superchannel approaches, such as Nyquist WDM and multi-band OFDM, allow both high spectral efficiency and small guardband which makes them promising candidates to generate these high bit rates in combination with multi-level modulations formats. Such transmission systems are strongly disturbed by fiber nonlinear effects which increase with the data rate and the small guard band. Therefore, fiber nonlinearities compensation is required to get the desired performance in terms of transmission reach. DSP based approaches such as digital back propagation and third-order Volterra based nonlinear equalizer have been already proposed to deal with intra-channel or intra-band nonlinear effects. In the context of superchannel systems, we have proposed two new compensation techniques to deal with fiber nonlinear effects. The first one, called fifth-order inverse Volterra based nonlinear equalizer, compensate for intra-band nonlinear effects. The second approach, which is the interband/ subcarrier nonlinear interference canceler, is proposed to combat the nonlinear interference insuperchannel systems.