La tomographie à faisceau conique (CBCT) est devenue la modalité de référence pour les praticiens du domaine dentaire. Sa relative nouveauté et ses spécificités impliquent que le domaine du traitement de ces images est peu développé à l’heure actuelle. En partenariat industriel avec Carestream Dental, le premier volet de la thèse a conduit à développer une méthode de segmentation semi-automatique de chaque dent, reposant sur l’utilisation de contraintes de forme et d’intensité, et formulée comme un problème de minimisation d’énergie résolu par coupure de graphe. Les résultats montrent une bonne qualité de segmentation avec un coefficient de Dice moyen de 0, 958. Une application logicielle a été réalisée pour la mise en œuvre de la méthode de segmentation auprès des praticiens, en tenant compte des contraintes techniques et temporelles imposées par le contexte clinique, ainsi que du profil des utilisateurs. Un travail préliminaire d’extension de l’approche par coupure de graphe pour segmenter simultanément plusieurs dents à été réalisé, montrant la nécessité de rendre les contraintes de formes plus adaptées aux images et de modifier la méthode d’optimisation pour atteindre des temps de calcul compatibles avec la pratique clinique. Un second volet prospectif des travaux concerne la constitution d’un modèle structurel de la région maxillo-faciale pour formaliser les connaissances a priori sur les organes et leurs interactions. Ce modèle est un graphe conceptuel où sont représentés les concepts des structures et des relations. En particulier, les relations d’alignement et “le long de” ont été modélisées en 3D dans le cadre des ensembles flous. / Cone-Beam computed tomography (CBCT) is the new standard imaging method for dental practitioners. The image processing field of CBCT data is still underdeveloped due to the novelty of the method and its specificities compared to traditional CT. With Carestream Dental as industrial partner, the first part of this work is a new semi-automatic segmentation protocol for teeth, based on shape and intensity constraints, through a graph-cut optimization of an energy formulation. Results show a good quality of segmentation with an average Dice coefficient of 0.958. A fully functional implementation of the algorithm has led to a software available for dentists, taking into account the clinical context leading to temporal and technical difficulties. A preliminary extension to multi-objects segmentation showed the necessity to get more stringent shape constraints as well as a better optimization algorithm to get acceptable computation times. The second part of this thesis, more prospective, is about the creation of a structural model of the maxillo-facial space, to formalize the a priori knowledge on organs and theirs spatial relations. This model is a conceptual graph where structures and relationships are seen as concepts. In particular, the spatial relations “Along” and “Aligned”, modeled in a fuzzy set framework, have been extended to 3D objects.

Depuis plusieurs années, les opérateurs de téléphonie mobile sont confrontés à une croissance considérable du trafic de données mobiles. Dans un tel contexte, la technologie Cloud Radio Access Network (CRAN) qui intègre les solutions de Cloud Computing aux réseaux d’accès radio est considérée comme une nouvelle architecture pour les futures générations de réseaux 5G. L’approche CRAN permet une optimisation globale des fonctions de traitement en bande de base du signal et de la gestion des ressources radio pour l’ensemble des RRH et des utilisateurs. Parallèlement, les réseaux hétérogènes (HetNets) ont été proposés pour augmenter efficacement la capacité et la couverture du réseau 5G tout en réduisant la consommation énergétique. En combinant les avantages du Cloud avec ceux des réseaux HetNets, le concept de réseaux H-CRAN (Heterogeneous Cloud Radio Access Networks) est né et est considéré comme l’une des architectures les plus prometteuses pour répondre aux exigences des futurs systèmes. Plus particulièrement, nous abordons le problème important de l’optimisation jointe de l’association utilisateur-RRH et de la solution de beamforming sur la liaison descendante d’un système H-CRAN. Nous formulons un problème de maximisation du débit total du système sous des contraintes de mobilité et d’imperfection de CSI (Channel State Information). Notre principal défi consiste à concevoir une solution capable de maximiser le débit tout en permettant, contrairement aux autres solutions de référence, de réduire la complexité de calcul, et les coûts de signalisation et de feedback CSI dans divers environnements. Notre étude commence par proposer un algorithme Hybride, qui active périodiquement des schémas de clustering dynamiques et statiques pour aboutir à un compromis satisfaisant entre optimalité et le coût en complexité et signalisation CSI et réassociation. L’originalité de l’algorithme Hybride réside aussi dans sa prise en compte de la dimension temporelle du processus d’allocation sur plusieurs trames successives plutôt que son optimalité (ou sous-optimalité) pour la seule trame d’ordonnancement courante. De plus, nous développons une analyse des coûts de l’algorithme en fonction de plusieurs critères afin de mieux appréhender le compromis entre les nombreux paramètres impliqués. La deuxième contribution de la thèse s’intéresse au problème sous la perspective de la mobilité utilisateur. Deux variantes améliorées de l’algorithme Hybride sont proposées : ABUC (Adaptive Beamforming et User Clustering), une version adaptée à la mobilité des utilisateurs et aux variations du canal radio, et MABUC (Mobility-Aware Beamforming et User Clustering), une version améliorée qui règle dynamiquement les paramètres de feedback du CSI (périodicité et type de CSI) en fonction de la vitesse de l’utilisateur. L’algorithme MABUC offre de très bonnes performances en termes de débit cible tout en réduisant efficacement la complexité et les coûts de signalisation CSI. Dans la dernière contribution de la thèse, nous approfondissons l’étude en explorant l’optimisation automatique des paramètres d’ordonnancement du CSI. Pour ce faire, nous exploitons l’outil de l’apprentissage par renforcement afin d’optimiser les paramètres de feedback CSI en fonction du profil de mobilité individuelle des utilisateurs. Plus spécifiquement, nous proposons deux modèles d’apprentissage. Le premier modèle basé sur un algorithme de type Q-learning a permis de démontrer l’efficacité de l’approche dans un scénario à taille réduite. Le second modèle, plus scalable car basé sur une approche Deep Q-learning, a été formulé sous la forme d’un processus de type POMDP (Partially observable Markov decision process). Les résultats montrent l’efficacité des solutions qui permettent de sélectionner les paramètres de feedback les plus adaptés à chaque profil de mobilité, même dans le cas complexe où chaque utilisateur possède un profil de mobilité différent et variable dans le temps. / Recently, mobile operators have been challenged by a tremendous growth in mobile data traffic. In such a context, Cloud Radio Access Network (CRAN) has been considered as a novel architecture for future wireless networks. The radio frequency signals from geographically distributed antennas are collected by Remote Radio Heads (RRHs) and transmitted to the cloud-centralized Baseband Units (BBUs) pool through fronthaul links. This centralized architecture enables a global optimization of joint baseband signal processing and radio resource management functions for all RRHs and users. At the same time, Heterogeneous Networks (HetNets) have emerged as another core feature for 5G network to enhance the capacity/coverage while saving energy consumption. Small cells deployment helps to shorten the wireless links to end-users and thereby improving the link quality in terms of spectrum efficiency (SE) as well as energy efficiency (EE). Therefore, combining both cloud computing and HetNet advantages results in the so-called Heterogeneous-Cloud Radio Access Networks (H-CRAN) which is regarded as one of the most promising network architectures to meet 5G and beyond system requirements. In this context, we address the crucial issue of beamforming and user-to-RRH association (user clustering) in the downlink of H-CRANs. We formulate this problem as a sum-rate maximization problem under the assumption of mobility and CSI (Channel State Information) imperfectness. Our main challenge is to design a framework that can achieve sum-rate maximization while, unlike other traditional reference solutions, being able to alleviate the computational complexity, CSI feedback and reassociation signaling costs under various mobility environments. Such gain helps in reducing the control and feedback overhead and in turn improve the uplink throughput. Our study begins by proposing a simple yet effective algorithm baptized Hybrid algorithm that periodically activates dynamic and static clustering schemes to balance between the optimality of the beamforming and association solutions while being aware of practical system constraints (complexity and signaling overhead). Hybrid algorithm considers time dimension of the allocation and scheduling process rather than its optimality (or suboptimality) for the sole current scheduling frame. Moreover, we provide a cost analysis of the algorithm in terms of several parameters to better comprehend the trade-off among the numerous dimensions involved in the allocation process. The second key contribution of our thesis is to tackle the beamforming and clustering problem from a mobility perspective. Two enhanced variants of the Hybrid algorithm are proposed: ABUC (Adaptve Beamforming and User Clustering), a mobility-aware version that is fit to the distinctive features of channel variations, and MABUC (Mobility-Aware Beamforming and User Clustering), an advanced version of the algorithm that tunes dynamically the feedback scheduling parameters (CSI feedback type and periodicity) in accordance with individual user velocity. MABUC algorithm achieves a targeted sum-rate performance while supporting the complexity and CSI signaling costs to a minimum. In our last contribution, we propose to go further in the optimization of the CSI feedback scheduling parameters. To do so, we take leverage of reinforcement learning (RL) tool to optimize on-the-fly the feedback scheduling parameters according to each user mobility profile. More specifically, we propose two RL models, one based on Q-learning and a second based on Deep Q-learning algorithm formulated as a POMDP (Partially observable Markov decision process). Simulation results show the effectiveness of our proposed framework, as it enables to select the best feedback parameters tailored to each user mobility profile, even in the difficult case where each user has a different mobility profile.

Depuis plus de 45 ans, les colonnes à faisceaux d'ions focalisés FIB à base de source à métal liquide (Ga) sont utilisées pour l'élaboration, la modification ou l'analyse de nanostructures. Beaucoup plus récemment, moins de 10 ans, les sources plasma sont intégrées dans les FIB afin de répondre aux besoins d'analyse de défaillance mais également de préparation d'échantillons. Ce marché des FIB plasma est en forte progression ces derniers années et s'accompagne d'une amélioration permanente des spécifications de cette technologie encore jeune. Il est donc nécessaire de caractériser au mieux ces sources afin de pouvoir améliorer l'optique associée. Dans cette thèse, nous présentons le développement d'une nouvelle colonne FIB fonctionnant avec une source d'ions plasma, dédiée à la création de centres NV, ainsi que le développement d'un outil permettant de caractériser les performances de cette source.Étant donné le contexte de ces travaux, la première partie du manuscrit est consacrée à la présentation de la technologie FIB, de son fonctionnement et de ses applications. Dans le second chapitre, nous présentons le développement d'une colonne FIB dédiée à l'implantation d'ions azote pour la création contrôlée de centres colorés NV dans des diamants. Nous commençons par introduire les propriétés uniques des centres NV ainsi que les méthodes usuelles pour leur création. Nous présentons ensuite les différentes étapes de la caractérisation de cette colonne FIB. Les implantations réalisées au cours de ce travail ont pu être utilisées pour le développement d'une nouvelle application des diamants dopés.Dans le dernier chapitre du manuscrit, nous nous intéressons à la conception d'un banc de test permettant d'obtenir les paramètres clés de la source d'ions, à savoir la dispersion en énergie et l'émittance. Les méthodes usuelles de mesure de ces paramètres sont présentées puis le fonctionnement du banc de test est entièrement décrit. Nous présentons ensuite les mesures effectuées avec des faisceaux d'ions xénon puis oxygène. Certains paramètres de la source d'ions plasma ont ainsi été obtenus. / For more than 45 years, focused ion beams FIB columns based on liquid metal ion sources (Ga) have been used for the development, modification or analysis of nanostructures. Much more recently, less than 10 years ago, plasma sources are integrated in FIBs to meet the needs of failure analysis as well as sample preparation. This plasma FIB market has grown strongly in recent years and is accompanied by a permanent improvement of the specifications of this young technology. Therefore, it is necessary to characterize these sources in order to improve the associated optics. In this thesis, we present the development of a new FIB column working with a plasma ion source, dedicated to the creation of NV centers, as well as the development of a system dedicated to the characterization of the performances of this source.Given the context of this work, the first part of the manuscript is dedicated to the presentation of FIB technology, its operation and its applications. In the second chapter, we present the development of a FIB column dedicated to the implantation of nitrogen ions for the controlled creation of NV color centers in diamonds. We begin by introducing the unique properties of NV centers as well as the usual methods for their creation. Then we present the different steps of the characterization of this FIB column. The implantations carried out during this work have been used for the development of a new application of doped diamonds.In the last chapter of the thesis, we are interested in designing a test bench to obtain the key parameters of the ion source, namely energy dispersion and emittance. The usual methods for measuring these parameters are presented and the operation of the test bench is fully described. Then we then present the measurements made with beams of xenon ions and oxygen ions. Some parameters of the plasma ion source have thus been obtained.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les observations des neutrinos atmosphériques dans les détecteurs Kamiokande (Japon) et Irvine-Michigan-Brookhaven (1MB, Etats-Unis) font preuve d'une anomalie dans le rapport v^/Ve- Le phénomène d'osciUations de neutrinos v^-^Vx est une explication possible de cette anomalie. Le projet d'expérience E889 à l'AGS de Brookhaven avait pour objet la recherche des oscillations de neutrinos à longue distance en utilisant un faisceau de neutrinos muoniques ayant une énergie moyenne Ey ^ l GeV. <J La masse des neutrinos et le mélange entre les saveurs sont les deux caractéristiques qui définissent les oscillations entre saveurs de neutrinos. L'observation des oscillations aurait d'importantes conséquences en physique des particules, en astrophysique et en cosmologie. Dans la proposition de l'expérience E889, quatre énormes détecteurs Cerenkov à eau sont utilisés pour observer le faisceau de neutrinos, jusqu'à une distance de 68 km. Pour comprendre le signal Cerenkov produit par des particules chargées dans ces détecteurs, une étude par simulation Monte-Carlo de l'éinission Cerenkov par des inuons, électrons et des rayons gamina est présentée. Cette étude identifie quelques différences significatives entre la distribution de l'éimssion Cerenkov de ces particules. On peut envisager la possibilité de discriminer entre les gerbes électromagnétiques induites par un électron ou par un rayon gamma: la predominance de la production de paires (7-«-e+e-) par les rayons gamma de haute énergie (E^ ^ 25 MeV) conduit à une intensité de lumière Cerenkov plus élevée pendant les premières longueurs de radiation. Deux geometries pour les détecteurs sont étudiées: la première ayant 3562 phototubes de 8 pouces de diamètre par détecteur, et la deiixièine ayant 946 phototubes de 20 pouces de diamètre (configuration similaire au détecteur Kamiokande). Quant à la reconstruction des particules (vertex de l'interaction, impulsions des particules secondaires et identification des particules), les deux géoinétries ont une perforinance similaire. IV Les interactions à courant neutre (CN) peuvent servir à la norinalisation du flux total de neutrinos. La production de pions neutres par une interaction neutrino-nucléon à courant neutre fournit un signal clair dans un détecteur ôerenkov à eau, grâce aux deiix anneaux provenant des gerbes électromagnétiques dans la désintégration 7r°-^77. Une analyse d'événements CN(7r°) est présentée qui tient compte de plusieurs sources de contamination venant d autres types d'interactions produisant égaleinent deux anneaux. Cette analyse démontre que ce mode est clairement identifiable, et peut être utilisé pour la normalisation du taux d événements quasi-élastiques v^n-^p,~p, ou comme signal de disparition dans le cas des oscillations vers un état stérile v^-^v,. Dans le cas des osciUations v^,-^Ve,ri la sensibilité est assez bonne pour couvrir entièrement la portion du plan (Am2,sin 28) qui correspond à l'anomalie atmosphérique. La sensibilité est moins bonne pour les oscillations v^^-v,, et une prise de données plus longué que prévue serait nécessaire pour augmenter le nombre d'événements CN(7T°) observes.

L’exploration d’une nouvelle physique à l’échelle d’énergie des « Tera electron Volt » (TeV) nécessite de collisionner des leptons dans de grands accélérateurs linéaires à grande luminosité. Ces collisionneurs linéaires requiert une taille de faisceau à l’echelle nanométrique au Point d’Interaction (IP).Parmi les multiples effets participant à la degradation de la luminosité, la correction de la chromaticité, l’effet du rayonnement synchrotronique et la correction des erreurs dans la ligne sont parmi les trois effets à maîtriser afin de réduire la taille du faisceau dans la Section Finale de Focalisation (FFS).Cette these propose un nouveau schéma de correction de la chromaticitè que l’on appelera “non-entrelacé”, appliqué ici au projet CLIC. Lors de l’implementation de cette nouvelle methode, il a été mis en evidence que le probléme principal est la dispersion de deuxième ordre au Doublet Final (FD), qui traverse un sextupole utilisé pour annuler les composantes géometriques restantes.L’effet du rayonnement peut être evalué par méthode de tracking des particules ou par des approximations analytiques. Afin d’inclure ces effets du rayonnement et les paramétres optiques de la ligne pendant la conception et le processus d’optimisation, l’effet Oide et le rayonnement dû aux aimants dipolaires ont été etudiés.Le résultat analytique du rayonnement synchrotronique dans les aimants dipolaires fut generalisé dans les cas avec alpha et dispersion non-nulles à l’IP. Cette généralisation est utilisée pour améliorer le code de simulation PLACET.Le rayonnement dans les aimants quadripolaires finaux imposent une limite à la taille verticale minimale du faiceau, connu comme l’effet Oide. Celui-ci est uniquement important à 3 TeV, donc deux possibilités sont explorées pour atténuer sa contribution dans la taille du faisceau : doubler la longueur et réduire le gradient du dernièr quadripole (QD0), ou integrer une paire d’aimants octupolaires, un en amont et un en aval du QD0.Une partie des exigences du FFS pour les nouveaux collisionneurs linéaire à leptons est testée expérimentalement dans l’« Accelerator Test Facility » (ATF). La réduction de la taille du faisceau d’électrons en utilisant le schéma local de correction de la chromaticité est explorée dans une extension de la ligne originale, appellé ATF2, oú deux buts furent fixés : atteindre 37 nm de taille verticale du faisceau à l’IP, et stabiliser de l’ordre du nanomètre la position verticale du faisceau à l’IP. Depuis 2014, une taille de 44 nm avec un nombre de particules d’environ 0.1 × 10^10 par paquet est atteint de manière regulière.Des cavités radio-frequence seront utilisées pour la stabilisation du faisceau, et également pour détecter le déplacement/les fluctuations du faisceau au dehors la marge tolerable pour le systéme de mesure, ainsi que des erreurs non detectées dans l’optique.Un set de trois cavités furent installées et sont utilisées pour mesurer la trajectoire du faiceau dans la région de l’IP, fournissant ainsi des informations pour reconstruire la position et l’angle à l’IP. Les specifications pour l’optique nominale d’ATF2, i.e. 1 nm de résolution sur 10 μm de gamme dynamique à un nombre de particules de 1.0 × 10^10 par paquet, n’ont pas encore été atteint.La meilleur résolution atteinte jusqu’ici correspond à 50 nm pour 0.4 × 10^10 particules par paquet, où le bruit de l’éléctronique impose une limite de 10 nm par cavité sur la résolution. La gamme dynamique est de 10 μm à 0.4 × 10^10 particules par paquet et 10 dB d’attenuation du signal des cavités, nécéssitant de mettre l’électronique à niveau. Le test du système d’asservissement pour stabiliser le faisceau a atteint une réduction de la fluctuation jusqu’a 67 nm, compatible avec la résolution des cavités. / The exploration of new physics in the “Tera electron-Volt” (TeV) scale with precision measurements requires lepton colliders providing high luminosities to obtain enough statistics for the particle interaction analysis. In order to achieve design luminosity values, linear colliders feature nanometer beam spot sizes at the Interaction Point (IP).Three main issues to achieve the beam size demagnification in the Final Focus Section (FFS) of the accelerator are the chromaticity correction, the synchrotron radiation effects and the correction of the lattice errors.This thesis considers two aspects for linear colliders: push the limits of linear colliders design, in particular the chromaticity correction and the radiation effects at 3 TeV, and the instrumentation and experimental work on beam stabilization in a test facility.A new chromaticity correction scheme, called non-interleaved, is proposed to the local and non-local chromaticity corrections for CLIC. This lattice is designed and diagnosed, where the main issue in the current state of lattice design is the non-zero second order dispersion in the Final Doublet (FD) region where a strong sextupole is used to correct the remaining geometrical components.The radiation effect can be evaluated by tracking particles through the lattice or by analytical approximations during the design stage of the lattices. In order to include both, radiation and optic parameters, during the design optimization process, two particular radiation phenomena are reviewed: the Oide effect and the radiation caused by bending magnets .The analytical result of the radiation in bending magnets in was generalized to the case with non-zero alpha and non-zero dispersion at the IP, required during the design and luminosity optimization process. The closed solution for one dipole and one dipole with a drift is compared with the tracking code PLACET, resulting in the improvement of the tracking code results.The Oide effect sets a limit on the vertical beamsize due to the radiation in the final quadrupole. Only for CLIC 3 TeV this limit is significant, therefore two possibilities are explored to mitigate its contribution to beam size: double the length and reduce the QD0 gradient, or the integration of a pair of octupoles before and after QD0.Part of the requirements of the FFS for new linear accelerators are tested in The Accelerator Test Facility (ATF). The beam size reduction using the local chromaticity correction is explored by an extension of the original design, called ATF2 with two goals: achieve 37 nm of vertical beam size at the IP, and the stabilization of the IP beam position at the level of few nanometres. Since 2014 beam size of 44 nm are achieved as a regular basis at charges of about 0.1 × 10^10 particules per bunch.A set of three cavities (IPA, IPB and IPC), two upstream and one downstream of the nominal IP and on top of separate blocks of piezo-electric movers, were installed and are used to measure the beam trajectory in the IP region, thus providing enough information to reconstruct the bunch position and angle at the IP. These will be used to for beam stabilization and could detect beam drift/jitter beyond the tolerable margin and undetected optics mismatch affecting the beam size measurements. The specifications required of 1 nm resolution over 10 μm dynamic range at 1.0 × 10 10 particules per bunch with the ATF2 nominal optics have not been yet achieved.The minimum resolution achieved is just below 50 nm at 0.4 × 10^10 particules per bunch with a set of electronics impossing a noise limit on resolution of 10 nm per cavity. The dynamic range is 10 μm at 10 dB attenuation and 0.4 × 10^10 particules per bunch, indicating the need to upgrade theelectronics. The integration to the ATF tuning instruments is ongoing. Nonetheless, feedback has been tested resulting in reduction of beam jitterdown to 67 nm, compatible with resolution.

L’objectif principal de ce travail est d’optimise la tomographie par coupe sériée dans un microscope ‘FIB’, en utilisant soit l’imagerie électronique du microscope à balayage (tomographie FIB-MEB), soit la diffraction des électrons rétrodiffusés (tomographie dite EBSD 3D). Dans les 2 cas, des couches successives de l’objet d’étude sont abrasées à l’aide du faisceau ionique, et les images MEB ou EBSD ainsi acquises séquentiellement sont utilisées pour reconstruire le volume du matériau. A cause de différentes sources de perturbation incontrôlées, des dérives sont généralement présentes durant l'acquisition en tomographie FIB-MEB. Nous avons ainsi développé une procédure in situ de correction des dérives afin de garder automatiquement la zone d'intérêt (ROI) dans le champ de vue. Afin de reconstruction le volume exploré, un alignement post-mortem aussi précis que possible est requis. Les méthodes actuelles utilisant la corrélation-croisée, pour robuste que soit cette technique numérique, présente de sévères limitations car il est difficile, sinon parfois impossible de se fier à une référence absolue. Ceci a été démontré par des expériences spécifiques ; nous proposons ainsi 2 méthodes alternatives qui permettent un bon alignement. Concernant la tomographie EBSD 3D, les difficultés techniques liées au pilotage de la sonde ionique pour l'abrasion précise et au repositionnement géométrique correct de l’échantillon entre les positions d'abrasion et d’EBSD conduisent à une limitation importante de la résolution spatiale avec les systèmes commerciaux (environ 50 nm)3. L’EBSD 3D souffre par ailleurs de limites théoriques (grand volume d'interaction électrons-solide et effets d'abrasion. Une nouvelle approche, qui couple l'imagerie MEB de bonne résolution en basse tension, et la cartographie d'orientation cristalline en EBSD avec des tensions élevées de MEB est proposée. Elle a nécessité le développement de scripts informatiques permettant de piloter à la fois les opérations d’abrasion par FIB et l’acquisition des images MEB et des cartes EBSD. L’intérêt et la faisabilité de notre approche est démontrée sur un cas concret (superalliage de nickel). En dernier lieu, s’agissant de cartographie d’orientation cristalline, une méthode alternative à l’EBSD a été testée, qui repose sur l’influence des effets de canalisation (ions ou électrons) sur les contrastes en imagerie d’électrons secondaires. Cette méthode corrèle à des simulations la variation d’intensité de chaque grain dans une série d’images expérimentales obtenues en inclinant et/ou tournant l’échantillon sous le faisceau primaire. Là encore, la méthode est testée sur un cas réel (polycritsal de TiN) et montre, par comparaison avec une cartographie EBSD, une désorientation maximale d'environ 4° pour les angles d’Euler. Les perspectives d’application de cette approche, potentiellement beaucoup plus rapide que l’EBSD, sont évoquées. / The aim of current work is to optimize the serial-sectioning based tomography in a dual-beam focused ion beam (FIB) microscope, either by imaging in scanning electron microscopy (so-called FIB-SEM tomography), or by electron backscatter diffraction (so-called 3D-EBSD tomography). In both two cases, successive layers of studying object are eroded with the help of ion beam, and sequentially acquired SEM or EBSD images are utilized to reconstruct material volume. Because of different uncontrolled disruptions, drifts are generally presented during the acquisition of FIB-SEM tomography. We have developed thus a live drift correction procedure to keep automatically the region of interest (ROI) in the field of view. For the reconstruction of investigated volume, a highly precise post-mortem alignment is desired. Current methods using the cross-correlation, expected to be robust as this digital technique, show severe limitations as it is difficult, even impossible sometimes to trust an absolute reference. This has been demonstrated by specially-prepared experiments; we suggest therefore two alternative methods, which allow good-quality alignment and lie respectively on obtaining the surface topography by a stereoscopic approach, independent of the acquisition of FIB-SEM tomography, and realisation of a crossed ‘hole’ thanks to the ion beam. As for 3D-EBSD tomography, technical problems, linked to the driving the ion beam for accurate machining and correct geometrical repositioning of the sample between milling and EBSD position, lead to an important limitation of spatial resolution in commercial softwares (~ 50 nm)3. Moreover, 3D EBSD suffers from theoretical limits (large electron-solid interaction volume for EBSD and FIB milling effects), and seems so fastidious because of very long time to implement. A new approach, coupling SEM imaging of good resolution (a few nanometres for X and Y directions) at low SEM voltage and crystal orientation mapping with EBSD at high SEM voltage, is proposed. This method requested the development of computer scripts, which allow to drive the milling of FIB, the acquisition of SEM images and EBSD maps. The interest and feasibility of our approaches are demonstrated by a concrete case (nickel super-alloy). Finally, as regards crystal orientation mapping, an alternative way to EBSD has been tested; which works on the influence of channelling effects (ions or electrons) on the imaging contrast of secondary electrons. This new method correlates the simulations with the intensity variation of each grain within an experimental image series obtained by tilting and/or rotating the sample under the primary beam. This routine is applied again on a real case (polycrystal TiN), and shows a max misorientation of about 4° for Euler angles, compared to an EBSD map. The application perspectives of this approach, potentially faster than EBSD, are also evoked.

Dans les systèmes optiques modernes, l'importance des composants holographiques ne cesse d'augmenter. Parmi les matériaux holographiques disponibles, la gélatine bichromatée se distingue par la très bonne qualité des hologrammes obtenus. Cette thèse décrit la mise au point de techniques de fabrication et de caractérisation de composants holographiques en gélatine bichromatée. L'interprétation des mesures de caractérisation s'appuie sur une modélisation approfondie de la diffraction par des structures périodiques: une nouvelle méthode de résolution de la théorie d'ondes couplées, plus stable numériquement que les précédentes, est proposée. De plus, la théorie de la diffraction par des réseaux est étendue a des cas importants de restitution en lumière quasi-monochromatique. Les dispositifs expérimentaux développés ont permis l'étude et la réalisation de quatre nouveaux types d'hologrammes: réseaux pour la compression temporelle d'impulsions ultra brèves, hologramme synthétique séparateur et uniformiseur de faisceau laser, lentille holographique pour diode laser infrarouge et hologramme en ligne pour la réplication globale de disques compacts.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la localisation de défauts de type «soft» dans les Circuits Intégrés (CI) analogiques et mixtes à l’aide des techniques dynamiques de stimulation laser en faible perturbation. Les résultats obtenus à l’aide de ces techniques sont très complexes à analyser dans le cas des CI analogiques et mixtes. Ce travail porte ainsi particulièrement sur le développement d’une méthodologie facilitant l’analyse des cartographies laser. Cette méthodologie est basée sur la comparaison de résultats de simulations électriques de l’interaction faisceau laser-CI avec des résultats expérimentaux (cartographies laser). L’influence des phénomènes thermique et photoélectrique sur les CI (niveau transistor) a été modélisée et simulée. La méthodologie a été validée tout d’abord sur des structures de tests simples avant d’être utilisée sur des CI complexes que l’on trouve dans le commerce. / This thesis deals with Soft failure localization in the analog and mixed mode Integrated Circuits (ICs) by means of Dynamic Laser Stimulation techniques (DLS). The results obtained using these techniques are very complex to analyze in the case of analog and mixed ICs. In this work we develop a methodology which facilitates the analysis of the laser mapping. This methodology consists on combining the experimental results (laser mapping) with the electrical simulations of laser stimulation impact on the device. The influence of photoelectric and thermal phenomena on the IC (transistor level) has been modeled and simulated. The methodology has been validated primarily on test structures before being used on complex Freescale ICs existing in commerce.

Dans ce travail nous avons résolu deux problèmes principaux de la mise en forme topologique de faisceau paraxial pour les composants plans : la modalité et le polychromatisme.Nous les résolvons en introduisant de nouveaux concepts d’éléments optiques à interaction spin orbite,à savoir la “q-plate modale” et la “q-plate Bragg-Berry”. D’un côté, la q-plate modale convertit un faisceau gaussien incident en un faisceau de Laguerre-Gauss pour un indice radial et un indice d’azimut donnés, ce qui par conséquent dépasse les capacités des q-plates conventionnelles qui ne modifient que le degré de liberté azimutal, c.à.d. le moment orbital angulaire de la lumière. À des fins expérimentales, deux approches ont été développées : une basée sur des lames de verres nanostructurées artificiellement, l’autre sur des défauts topologiques de cristaux liquides auto-organisés naturellement. D’un autre côté, la q-plate Bragg-Berry consiste en une fine couche inhomogène de cristaux liquides chiraux (cholestériques) devant un miroir, ce qui fournit une mise en forme de faisceau spin-orbite pleinement efficace sur une large bande spectrale du faisceau incident, contrairement au q-plates conventionnelles qui ne sont fabriqués que pour une longueur d’onde donnée. Par ailleurs, nous obtenons une mise en forme de faisceau spin-orbite ultra-large bande en induisant une modulation de la structure supramoléculaire torsadée des cristaux liquides cholestériques selon la direction de propagation de la lumière. Nous montrons également que la présence du miroir derrière permet un puissant contrôle spatio-temporel des propriétés vectorielles de la polarisation du champ lumineux générées par la q-plate Bragg-Berry. / It is well-known that paraxial coherent electromagnetic fields can be completelycharacterized in terms of their radial and azimuthal spatial degrees of freedom in the transverse planethat add to the polarization degree of freedom and wavelength. In this work we address two mainissues of paraxial beam shaping that are the modality and the polychromaticity in the context of flatopticsthat we address by introducing novel concepts of spin-orbit optical elements. Namely, the‘modal q-plate’ and the ‘Bragg-Berry q-plate’. On the one hand, modal q-plate converts an incidentfundamental Gaussian beam into a Laguerre-Gaussian beam of given radial and azimuthal indices,hence going beyond the capabilities of conventional q-plates that only control the azimuthal degreeof freedom, i.e. the orbital angular momentum content of light. Towards experimental realization ofmodal q-plates, two approaches are developed: one based on artificially nanostructured glasses andanother based on naturally self-organized liquid crystal topological defects. On the other hand,Bragg-Berry q-plate consist of mirror-backed inhomogeneous thin film of chiral liquid crystal(cholesteric) that provides fully efficient spin-orbit beam shaping over broad spectral range of theincident beam, in contrast to the conventional q-plates that are designed for single wavelength.Furthermore, ultra-broadband spin-orbit beam shaping is achieved by inducing an extra modulationof the supramolecular twisted structure of the cholesteric liquid crystal along the propagationdirection. We also show that the presence of a back-mirror allows a powerful spatio-temporal controlof the polarization vectorial properties of the light fields generated by Bragg-Berry q-plate.

L'ablation laser Infra Rouge femtoseconde couplée à la spectrométrie de masse est un puissant outil d'analyse in-situ d'échantillons géologiques. Cependant, les impacts liés à ce type d'ablation sont encore mal définis. La Microscopie Electronique en Transmission (MET) couplée à l'abrasion par faisceau d'ions focalisés (FIB) permet la caractérisation directe des dommages d'ablation et des particules. Ainsi, l'ablation laser IR-femtoseconde peut être considérée comme stœchiométrique et essentiellement photo-mécanique. Les particules sont issues de coalescence et d'agglomération de condensats dans le plasma de matière. La ségrégation chimique des éléments visible à la mesure est donc restreinte à ces processus dépendant de la composition de la cible. Le potentiel d'amélioration des mesures est conséquent, en termes de paramétrages et de conception de systèmes laser dédiés au LA-ICP-MS.