Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet VIPA « Véhicule Individuel Public Autonome », au cours duquel le LASMEA et ses partenaires ont mis au point des véhicules capables de naviguer automatiquement, sans aucune infrastructure extérieure dédiée, dans des zones urbaines (parkings, zones piétonnes, aéroports). Il est doté de deux caméras, l’une à l’avant, et l’autre à l’arrière. Avant son déploiement, le véhicule doit tout d’abord être étalonné et conduit manuellement afin de reconstruire la carte d’amers visuels dans laquelle il naviguera ensuite automatiquement. Les travaux de cette thèse ont pour but de développer et de mettre en oeuvre des méthodes souples permettant d’étalonner cet ensemble de caméras dont les champs de vue sont totalement disjoints. Après une étape préalable d’étalonnage intrinsèque et un état de l’art sur les systèmes multi-caméra, nous développons et mettons en oeuvre différentes méthodes d’étalonnage extrinsèque (déterminant les poses relatives des caméras à champs de vue disjoints). La première méthode présentée utilise un miroir plan pour créer un champ de vision commun aux différentes caméras. La seconde approche consiste à manoeuvrer le véhicule pendant que chaque caméra observe une scène statique composée de cibles (dont la détection est sous-pixellique). Dans la troisième approche, nous montrons que l’étalonnage extrinsèque peut être obtenu simultanément à la reconstruction 3D (par exemple lors de la phase d’apprentissage), en utilisant des points d’intérêt comme amers visuels. Pour cela un algorithme d’ajustement de faisceaux multi-caméra a été développé avec une implémentation creuse. Enfin, nous terminons par un étalonnage déterminant l’orientation du système multi-caméra par rapport au véhicule. / My research was involved in the VIPA « Automatic Electric Vehicle for Passenger Transportation » project. During which, the LASMEA and its partnerships have developed vehicles able to navigate autonomously, without any outside dedicated infrastructure in an urban environment (parking lots, pedestrian areas, airports). Two cameras are rigidly embedded on a vehicle : one at the front, another at the back. Before being available for autonomous navigation tasks, the vehicle have to be calibrated and driven manually in order to build a visual 3D map (calibration and learning steps). Then, the vehicle will use this map to localize itself and drive autonomously. The goals of this thesis are to develop and apply user friendly methods, which calibrate this set of nonoverlapping cameras. After a first step of intrinsic calibration and a state of the art on multi-camera rigs, we develop and test several methods to extrinsically calibrate non-overlapping cameras (i.e. estimate the camera relative poses). The first method uses a planar mirror to create an overlap between views of the different cameras. The second procedure consists in manoeuvring the vehicle while each camera observes a static scene (composed of a set of targets, which are detected accurately). In a third procedure, we solve the 3D reconstruction and the extrinsic calibration problems simultaneously (the learning step can be used for that purpose) relying on visual features such as interest points. To achieve this goal a multi-camera bundle adjustment is proposed and implemented with a sparse data structures. Lastly, we present a calibration of the orientation of a multi-camera rig relative to the vehicle.

La description des propriétésspectrales des plasmas hautement ionisés –comme ceux rencontrés en fusion nucléaire,en astrophysique et en expérimentationlaser-plasmas –peut nécessiter différentstypes d’interprétation, parmi lesquelsl’approche détaillée ou raie-par-raieimpliquant de la diagonalisation del’Hamiltonien du système et, l’approchestatistique basée sur la caractérisation desstructures spectrales à travers les momentsde distribution.Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier etde mettre en œuvre les méthodes statistiquestraitant des cas où de nombreuses raies seregroupent en faisceaux de transition nonrésolus (UTA pour Unresolved TransitionArray).Pour cela, des études analytique et numériqueont été menées. D’une part, les momentsd’ordre élevé de la distribution d’énergies spinorbiteont été obtenus, en utilisant lestechniques de calcul de moyennes qui fontintervenir les résultats de la secondequantification et de l’algèbre de momentangulaire. D’autre part, après avoir implémentéun programme de post-traitement des donnéesatomiques produites par le code FAC (FlexibleAtomic Code), en mode détaillée comme enmode UTA, les spectres d’émission et / The description of spectralproperties of highly ionized plasmas – asthose studied in stellar atmospheres, facilitiesfor nuclear fusion, or laser-plasmasexperiments – may require different types ofinterpretation, among which the detailed line by-line accounting which relies on Hamiltoniandiagonalization and the statistical approachbased on the characterization of spectralstructures through distribution moments.My PhD work aims at developing statisticalmethods dealing with situations whereabundant lines gather in Unresolved TransitionArrays (UTA).To this end, analytical and numerical analysishave been carried out. On one hand, high-ordermoments of spin-orbit energy have beenderived using averaging calculation techniquesbased on second quantization results andangular momentum algebra. On the other hand,after implementing a post-processing programfor both detailed and UTA computations of theFlexible Atomic Code (FAC), emission andabsorption spectra of tungsten plasmas havebeen studied in tokamak-equivalentthermodynamic conditions.Results of this thesis should hopefully stimulatefurther analysis on averages computationinvolving complex transition processes.

Dans le cadre de cette thèse, la conception, la construction et la mise en service de la plateforme de test LEETECH ont été réalisées. La performance de LEETECH, y compris le mode de fonctionnement à faible multiplicité a été démontrée. En fournissant des paquets d’électrons avec une énergie ajustable jusqu’à 3.5 MeV, une multiplicité ajustable à partir d’électrons simples et une durée des paquets jusqu’à 20ps, LEETECH prend sa place entre les faisceaux tests de hautes énergies et de coûts élevés d’un part et l’utilisation de sources radioactifs d’autre part. Dans la région, qui correspond à la particule d’ionisation minimale, la plateforme offre aux détecteurs de traces les conditions similaires aux celles de faisceaux des hautes énergies. Le mode de fonctionnement à faible multiplicité a été étudié en utilisant un détecteur diamant de grande surface. En plus une capacité d’un capteur diamant de résoudre des paquets à faible nombre des particules a été démontrée. Dans le cadre du développement de la chambre à projection temporelle (TPC) pour le projet ILC, une session de test a été dédiée à un détecteur Micromegas/InGrid de large surface. Pour la première fois les pertes d’énergie par un électron dans un mélange de gaz basée sur Helium ont été mesurées pour une énergie de quelques MeV. La résolution en dE/dx et un algorithme pour la reconstruction de traces ont été développés. Une caractérisation préliminaire du quartz barre lu par MCPPMT – un candidat pour le détecteur temps-de- vol (TOF) avec la mission de l’identification des hadrons chargés dans le futur usine tau-charm HIEPA – a été accomplie. La résolution temporelle de 50 ps obtenue pour le détecteur étudié met cette technologie prometteuse pour les études plus approfondies. / Within the present thesis the design, construction and commissioning of a new test beam facility LEETECH have been performed. Performance of the new facility, including low-multiplicity operation mode has been demonstrated. A number of interesting detector tests, including large-area diamond, Micromegas/InGrid and quartz bar detectors have been performed. Development of new detector technologies for future high-energy physics collider experiments calls for selection of versatile test beam facilities, permitting to choose or adjust beam parameters such as particles type, energy and beam intensity, are irreplaceable in characterization and tests of developed instruments. Major applications comprise generic detector R&D, conceptual design and choice of detector technologies, technical design, prototypes and full-scale detector construction and tests, detector calibration and commissioning. A new test beam facility LEETECH (Low Energy Electron TECHnique) was designed, constructed and commissioned in LAL (Orsay) as an extension of existing PHIL accelerator. Providing electron bunches of adjustable energy (up to 3.5 MeV), intensity (starting from a few particles per bunch) and bunch time duration (down to 20 ps), LEETECH fills the gap between high-cost high-energy test beam facilities and use of radioactive sources. Covering a minimum-ionization particles region (electrons of energy above 1.6 MeV), LEETECH provides for tracking detectors similar conditions as high-energy facilities. Using LEETECH as an electron source, several types of detectors were investigated in order to study their performance or applications, also providing a characterization of the LEETECH performance. First studies of the LEETECH facility were performed with a plastic scintillator coupled to the Micro-channel plate photomultiplier. A low-multiplicity mode was investigated using the diamond sensor, at the same time demonstrating its ability to resolve bunches consisting of a few particles. In framework of Time Projection Chamber development for the ILC project, a session dedicated to a large-area Micromegas/InGrid module was performed. For the first time the electron energy losses in Helium-based gas mixtures were measured for the energies of few MeV. The dE/dx resolution was obtained and track reconstruction algorithm was developed. Being a candidate for the time-of- flight detector of the BESIII upgrade and future HIEPA tau-charm factories, a preliminary characterization of the quartz bar performed. The time resolution of the detector module of 50 ps was obtained, giving a promising results for the further detector studies.

Les systèmes d'aide à la conduite et les travaux concernant le véhicule autonome ont atteint une certaine maturité durant ces dernières aimées grâce à l'utilisation de technologies avancées. Une étape fondamentale pour ces systèmes porte sur l'estimation du mouvement et de la structure de l'environnement (Structure From Motion) pour accomplir plusieurs tâches, notamment la détection d'obstacles et de marquage routier, la localisation et la cartographie. Pour estimer leurs mouvements, de tels systèmes utilisent des capteurs relativement chers. Pour être commercialisés à grande échelle, il est alors nécessaire de développer des applications avec des dispositifs bas coûts. Dans cette optique, les systèmes de vision se révèlent une bonne alternative. Une nouvelle méthode basée sur des approches 2D/2D à partir d'un réseau de caméras asynchrones est présentée afin d'obtenir le déplacement et la structure 3D à l'échelle absolue en prenant soin d'estimer les facteurs d'échelle. La méthode proposée, appelée méthode des triangles, se base sur l'utilisation de trois images formant un triangle : deux images provenant de la même caméra et une image provenant d'une caméra voisine. L'algorithme admet trois hypothèses: les caméras partagent des champs de vue communs (deux à deux), la trajectoire entre deux images consécutives provenant d'une même caméra est approximée par un segment linéaire et les caméras sont calibrées. La connaissance de la calibration extrinsèque entre deux caméras combinée avec l'hypothèse de mouvement rectiligne du système, permet d'estimer les facteurs d'échelle absolue. La méthode proposée est précise et robuste pour les trajectoires rectilignes et présente des résultats satisfaisants pour les virages. Pour affiner l'estimation initiale, certaines erreurs dues aux imprécisions dans l'estimation des facteurs d'échelle sont améliorées par une méthode d'optimisation : un ajustement de faisceaux local appliqué uniquement sur les facteurs d'échelle absolue et sur les points 3D. L'approche présentée est validée sur des séquences de scènes routières réelles et évaluée par rapport à la vérité terrain obtenue par un GPS différentiel. Une application fondamentale dans les domaines d'aide à la conduite et de la conduite automatisée est la détection de la route et d'obstacles. Pour un système asynchrone, une première approche pour traiter cette application est présentée en se basant sur des cartes de disparité éparses. / Driver assistance systems and autonomous vehicles have reached a certain maturity in recent years through the use of advanced technologies. A fundamental step for these systems is the motion and the structure estimation (Structure From Motion) that accomplish several tasks, including the detection of obstacles and road marking, localisation and mapping. To estimate their movements, such systems use relatively expensive sensors. In order to market such systems on a large scale, it is necessary to develop applications with low cost devices. In this context, vision systems is a good alternative. A new method based on 2D/2D approaches from an asynchronous multi-camera network is presented to obtain the motion and the 3D structure at the absolute scale, focusing on estimating the scale factors. The proposed method, called Triangle Method, is based on the use of three images forming a. triangle shape: two images from the same camera and an image from a neighboring camera. The algorithrn has three assumptions: the cameras share common fields of view (two by two), the path between two consecutive images from a single camera is approximated by a line segment, and the cameras are calibrated. The extrinsic calibration between two cameras combined with the assumption of rectilinear motion of the system allows to estimate the absolute scale factors. The proposed method is accurate and robust for straight trajectories and present satisfactory results for curve trajectories. To refine the initial estimation, some en-ors due to the inaccuracies of the scale estimation are improved by an optimization method: a local bundle adjustment applied only on the absolute scale factors and the 3D points. The presented approach is validated on sequences of real road scenes, and evaluated with respect to the ground truth obtained through a differential GPS. Finally, another fundamental application in the fields of driver assistance and automated driving is road and obstacles detection. A method is presented for an asynchronous system based on sparse disparity maps

Dans certains contextes, les méthodes classiques utilisées pour le calcul de champs rayonnés ou diffractés en présence d'obstacles de grande taille par rapport à la longueur d'onde, comme l'Optique Physique ou les méthodes de rayons, ne sont pas valides ou deviennent très lourdes en temps de calcul. La théorie des frames de Gabor fournit un cadre rigoureux permettant de décomposer une distribution de sources électromagnétiques, définie dans une ouverture équivalente plane, en une somme plus ou moins redondante de fenêtres gaussiennes. Cette décomposition peut servir de base à des algorithme de lancer de faisceaux gaussiens.Jusqu'à présent cette théorie était limitée à des décompositions dans un plan (rayonnement dans un demi-espace). L'objet de cette thèse est d'utiliser cette théorie pour décomposer des champs rayonnés ou diffractés dans toutes les directions de l'espace. Ce travail de thèse commence par une étude approfondie de l'influence des paramètres utilisés pour le calcul des coefficients de frame. La mise en oeuvre numérique permet de tester l'efficacité de techniques de troncation et de compression en termes de compromis précision/temps de calcul. Le coeur de la thèse consiste en une méthode originale de partitionnement spectral, utilisant des fonctions de partition de l'unité, qui permet d'utiliser le lancer de faisceaux gaussiens à partir de frames définis dans six plans, pour un rayonnement dans tout l'espace tridimensionnel. La formulation de la méthode est présentée. Elle est appliquée à la décomposition en faisceaux gaussiens du champ rayonné par des antennes théoriques omnidirectionnelles (réseau de dipôles et dipôle demi-onde). Une antenne réaliste sert enfin de cas test pour la mise en œuvre de la décomposition à partir de données expérimentales discrètes / In some contexts, conventional methods used for large problems involving radiated or diffracted field computations in the presence of obstacles, such as Physical Optics and ray based methods, become really inaccurate or prohibitively time-consuming. Gabor frame theory provides a rigorous framework for the initial decomposition of equivalent source distributions into a redundant set of Gaussian windows. Frame decomposition has been introduced as a first discretization step into Gaussian Beam Shooting (GBS) algorithms. Until now, frame decomposition has essentially been restricted to planar source distributions, radiating into one half space. The main goal of this thesis is to extend the application range of this theory to radiated or diffracted field decomposition into Gaussian beams propagating into the whole space. The thesis begins with a thorough study of influence of the parameters used for frame coefficient calculation. Numerical implementation is used to test the efficiency of truncation and compression techniques in terms of accuracy / computation time balance optimization. The core of the thesis consists of an original spectral domain partitioning method involving partition of unity functions, which allows to use Gaussian beam shooting from frames defined in six planes, for radiation into the whole three-dimensional space. The formulation of the method is presented and applied to the decomposition of fields radiated by theoretical omnidirectional antennas (dipole array and half-wave dipole) into Gaussian beams. A realistic antenna is used as a test case for the implementation of decompositions based on experimental discrete initial data

Le centre de production de faisceaux d'isotopes rares situé sur le site de TRIUMF, utilise la méthode de séparation isotopique en ligne (ISAC) pour produire des faisceaux exotiques, c'est-à-dire des faisceaux d'ion hors de la vallée de stabilité. Pour ce faire, ils utilisent un faisceau de protons, provenant du cyclotron principal, d'intensité allant jusqu'à 100 uA et d'une énergie de 500 MeV. Présentement, les faisceaux sont produits soit à l'aide d'une source d'ionisation à surface chaude, d'une source d'ionisation résonante par laser ou d'une FEBIAD (Forced Electron Beam Induced Arc Discharged). Malheureusement, ces sources d'ionisation ne sont pas adéquates pour les éléments gazeux. Un nouveau type de source est donc nécessaire. La source ECR (Electron Cyclotron Resonance) peut produire des électrons de haute énergie en superposant une onde électromagnétique haute fréquence à un confinement par champ magnétique. Ces électrons d'haute énergie sont essentiels pour l'ionisation d'éléments gazeux. Les ions sont créés à l'intérieur du plasma lorsque les électrons entre en collision avec les atomes neutres. L'absence d'une cathode chaude près de la cavité d'ionisation, permet à la source ECR de produire un faisceau intense d'éléments de forte électronégativité, tel que l'azote, l'oxygène, le fluor, le soufre, etc. Dans ISAC, le taux élevé de radiation due à la proximité de la cible prévient l'utilisation d'une source ECR conventionnelle. À cette fin, MISTIC (Monocharged Ion Source for TRIUMF and ISAC Complex), une source ECR prototype, a été construit à TRIUMF utilisant un concept similaire d'une source conçue au GANIL. Afin d'obtenir une source résistante aux radiations, des électro-aimants sont préférés à l'utilisation d'aimants permanents pour la production du champ de confinement magnétique. Les tests sur la source sont effectués sur un banc d'essai pourvu des instruments nécessaires à l'évaluation des ses performances. Les tests consistent en des mesures d'efficacité d'ionisation et d'émittance pour différentes configurations des paramètres de la source, tel que la force du champ magnétique, la fréquence des micro-ondes et leur puissance et la composition et la densité du plasma. Une sonde de Langmuir fut aussi utilisée afin de mesurer certains paramètres du plasma. Les résultats des expérimentations sur le prototype vont aider à définir les paramètres de la version en ligne de MISTIC. De plus, un travail extensif a été accompli sur une autre source plasma retrouvée à TRIUMF, la FEBIAD, afin d'améliorer ses performances et sa durabilité. Les résultats des mesures d'efficacité effectuées hors ligne vont servir à comparer les performances entre les deux sources.

Les lasers de puissance permettent depuis une dizaine d'années de produire des faisceaux de particules accélérées dans lesquels quelques 1012 électrons, protons sont accélérés en quelques ps. Nous avons simulé et développé des diagnostiques, utilisant l'activation nucléaire, pour qualifier les distributions angulaire et en énergie des faisceaux de particules générés. Les techniques de caractérisation sont présentées et illustrées à l'aide des résultats obtenus dans différentes expériences réalisées auprès des lasers de puissance. Nous envisageons d'utiliser ces faisceaux pour exciter des états nucléaires dans des environnements plasma. Celui-ci peut en effet influencer des caractéristiques intrinsèques du noyau comme la durée de vie de certains états isomériques. Dans le cadre de la préparation de telles expériences, nous avons mesuré la section efficace de la réaction (g,n) permettant de produire l'état isomérique du 84Rb à 463 keV d'énergie d'excitation, à l'aide de l'accélérateur ELSA du CEA/DIF de Bruyères-le-Châtel.

Les lasers de puissance permettent depuis une dizaine d'années de produire des faisceaux de particules accélérées dans lesquels quelques 1012 électrons, protons sont accélérés en quelques ps. Nous avons simulé et développé des diagnostiques, utilisant l'activation nucléaire, pour qualifier les distributions angulaire et en énergie des faisceaux de particules générés. Les techniques de caractérisation sont présentées et illustrées à l'aide des résultats obtenus dans différentes expériences réalisées auprès des lasers de puissance. Nous envisageons d'utiliser ces faisceaux pour exciter des états nucléaires dans des environnements plasma. Celui-ci peut en effet influencer des caractéristiques intrinsèques du noyau comme la durée de vie de certains états isomériques. Dans le cadre de la préparation de telles expériences, nous avons mesuré la section efficace de la réaction (g,n) permettant de produire l'état isomérique du 84Rb à 463 keV d'énergie d'excitation, à l'aide de l'accélérateur ELSA du CEA/DIF de Bruyères-le-Châtel. / Since the laser tens years, the Ultra High Intensity Laser offer the opportunities to produce accelerated particle beams with contain more than 1012 electrons, protons accelerated into few ps. We have simulated and developed some diagnostics based on the nuclear activation to characterize both the angular and the energy distribution of the particle beams produced with intense lasers. The characterization methods which are presented and illustrated by the means of results obtained in different experiments. We would use the particle beams produced to excite nuclear state in a plasma environment. It can modify intrinsic characteristics of the nuclei such as the half-life of some isomeric state. To prepare this kind of experiments, we have measured the nuclear reaction cross section (g,n) to produce the isomeric state of the 84Rb, which has an excitation energy around 463 keV, with the electron accelerator ELSA of CEA/DIF in Bruyères-le-Châtel.

Un faisceau de Bessel est un champ électromagnétique résistant à la diffraction. il peut se propager en préservant son profile transversal d'intensité même en régime de filamentation. Ceci est très avantageux pour les applications laser de haute puissance, en particulier parce qu’ils permettent de générer des canaux de plasma homogènes dans les diélectriques. Cependant, à haute intensité, les impulsions laser ultracourtes subissent, dans certaines conditions expérimentales (faible focalisation), des instabilités non linéaires entraînant la modulation d’intensité du lobe central au cours de la propagation, ce qui peut être néfaste pour ces applications comme l’usinage des matériaux transparents. L’objectif de cette thèse est de contrôler la génération de canaux de plasma par impulsions de Bessel via le contrôle du profil spatial de ces impulsions. Nous avons dans une première partie, développé une méthode expérimentale pour manipuler le profil d’intensité axiale en régime linéaire. La seconde partie concerne l’étude et le contrôle des instabilités non linéaires induites par l’effet Kerr. Nous avons développé un modèle théorique du mélange à quatre ondes dans les faisceaux de Bessel et avons démontré une nouvelle approche pour manipuler ces instabilités par une mise en forme appropriée de l’intensité axiale des faisceaux de Bessel. Nous avons ensuite étudié la validité des modèles de filamentation basés l’équation non linéaire de Schrödinger et le modèle de Drude. Les résultats expérimentaux de la filamentation des faisceaux de Bessel dans le verre ont montré un comportement invariant par propagation, contrairement aux modèles numériques. Nous avons testé et amendé les modèles de dynamiques de plasma et de propagation. Nos simulations sont comparées à des résultats expérimentaux. Nous montrons que les corrections que nous avons pu apporter par rapport à l’état de l’art sont insuffisantes et rendent nécessaire une autre forme de modèle. / Bessel beams are solutions of Helmholtz equation. They can propagate while conserving their transverse intensity profile in space even in filamentation regime. This feature is very advantageous in high power laser applications such as plasma waveguide generation and laser ablation because they can generate homogeneous plasma channels in dielectrics. However, for moderate to low focusing conditions, Bessel pulses can sustain nonlinear instabilities, which consist in the modulation of the central core intensity along the propagation. Such a feature can prevent efficient energy deposition which hampers the applicability of Bessel pulses. The aim of this thesis is to investigate the possibility to control laser-generated plasma channels using spatially-reshaped Bessel pulses. In a first part, we have developed an experimental method based on a spatial light modulator to modify the evolution of the on-axis intensity of Bessel beams in the linear propagation regime. To study and control Kerr-induced instabilities, we developed, in a second part, a novel model based on four wave mixing interactions in Bessel beams. We have then demonstrated a novel approach to control these instabilities via on-axis intensity shaping. Bessel filamentation models in transparent media were then studied. Most models used in literature are based on nonlinear Schrödinger equation for light propagation and Drude model for laser-matter coupling. Experimental results on Bessel filamentation in glass showed propagation-invariant features in contrast with numerical simulations. Several corrections to this model were discussed. Our results show that such models are insufficient to explain our experimental results and thus the need to develop a more suitable one.

Dans cette thèse on s'intéresse à la correspondance de Howe géométrique pour les paires duales réductives de type II (G = GL_n, H = GL_m) sur un corps local non-Archimédien F de caractéristique différente de 2, ainsi qu'à la fonctorialité de Langlands géométrique au niveau Iwahori. Notons S la représentation de Weil de G(F) × H(F) et I_H, I_G des sous groupes d'Iwahori de H(F) et G(F). On considère la version géométrique de la représentation S^(I_G×I_H) des algèbres de Hecke-Iwahori H_H et H_G sur laquelle agissent les foncteurs de Hecke. On obtient des résultats partiels sur la description géométrique de la catégorie correspondante. Nous proposons une conjecture décrivant le groupe de Grothendieck de cette catégorie comme module sur les algèbres de Hecke affines étendues de G et de H. Notre description est en termes d'un champ attaché aux groupes de Langlands duaux dans le style de l'isomorphisme de Kazhdan-Lusztig. On démontre cette conjecture pour toutes les paires (GL_1, GL_m). Plus généralement, étant donné deux groupes réductifs connexes G et H et un morphisme \check{G}× SL_2 \to \check{H} de groupes de Langlands duaux, on suggère un bimodule sur les algèbres de Hecke affines étendues de G et de H qui pourrait conjecturalement réaliser la fonctorialité de Langlands géométrique locale au niveau Iwahori.