L'importante augmentation de fluage des plaques de plâtre en milieu humide est un vieux problème dans l'industrie du bâtiment, dont l'origine n'est pas encore établie. Afin d'en comprendre le mécanisme une étude à trois échelles (macro : réponse mécanique, micro : cinétique de dissolution et nano : observation atomique) a été réalisée. Une corrélation forte existe entre le fluage du plâtre en immersion et la cinétique de dissolution du gypse. La concordance de cette corrélation avec une loi de déformation par dissolution sous contrainte, très utilisés en géologie, permet de proposer la dissolution sous contrainte comme un des mécanismes responsables du fluage du plâtre en immersion. L'évolution de la topographie de la surface du cristal de gypse immergé dans une solution aqueuse de gypse est observée par microscopie à force atomique (AFM). La cinétique de migration des marches atomiques est très dépendante de la sous-saturation de la solution, de la force d'appui de la pointe de l'AFM ainsi que des additifs utilisés. L'étude de l'influence de la force d'appui sur les vitesses des marches met en évidence la présence de deux mécanismes complètement différents. A fortes forces (_ 15 nN) on observe un mécanisme d'usure de la surface, tandis qu'à faibles forces (_ 10 nN) le mécanisme observé semble être la dissolution sous contrainte. L'évolution des vitesses des marches atomiques avec la force appliquée par la pointe est concordante avec une loi connue de dissolution sous contrainte.

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L'objectif est de développer un guillochage de photographie inspiré de l'holographie numérique en ligne, capable d'encoder la signature issue d'un hachage robuste de l'image (méthode de Mihçak et Venkatesan). Une telle combinaison peut permettre l'authentification de l'image guillochée dans le domaine numérique, le cas échéant après impression. Cette approche contraint le hachage à être robuste au guillochage. La signature est codée en un nuage de formes que l'on fait virtuellement diffracter pour former la marque à insérer (guilloches dites de Fresnel) dans l'image originale. Image dense, cette marque est insérée de façon peu, voire non visible afin de ne pas gêner la perception du contenu de la photographie mais de façon à pouvoir ultérieurement lire la signature encodée en vue de la comparer à la signature de la photographie à vérifier. L'impression-lecture rend la tâche plus difficile. Le guillochage de Fresnel et l'authentification associée sont testés sur une banque (réduite) d'images

Les lasers et amplificateurs à base de fibres optiques dopées constituent aujourd'hui une alternative sérieuse aux milieux cristallins traditionnellement utilisés pour la réalisation d'amplificateurs laser de puissance de par leur faible sensibilité aux problèmes thermiques et leur rendement optique-optique élevé. Les performances des fibres restent néanmoins limitées en régime impulsionnel du fait de l'apparition d'effets non-linéaires. Une solution pour passer outre ces limitations consiste à distribuer l'amplification sur plusieurs fibres monomodes distinctes et à les mettre en phase de manière à réaliser une combinaison cohérente. Ces systèmes nécessitent un contrôle précis de la phase optique des différentes voies et sont relativement difficiles à mettre en œuvre lorsque le nombre de voies augmente. Dans ce manuscrit de thèse, une solution originale de combinaison cohérente en architecture intégrée est présentée. Une mise en phase des modes d'une fibre multimode et des cœurs d'une fibre multi-cœurs est ainsi réalisée à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Plusieurs techniques de mise en phase ont été étudiées : mise en phase par holographie numérique dynamique, utilisation d'une boucle de contre-réaction par algorithme évolutionnaire, mesure directe du contenu modal en sortie de fibre multimode à l'aide d'un analyseur de front d'onde. Ces techniques ont permis de produire des faisceaux amplifiés en régime impulsionnel proches de la limite de diffraction. Des modélisations numériques d'amplification dans des fibres multimodes et de correction par algorithme évolutionnaire dans ces mêmes fibres ont également été développées.

Cette thèse a pour ambition de caractériser la transparence et la perte de transparence du tissu cornéen humain sain et pathologique par différents procédés optique ainsi que l'étude de certains aspects de l'interaction non-linéaire entre une impulsion laser femtoseconde. Le tissu cornéen est principalement constitué de fibrilles de collagène de diamètre d'une trentaine de nanomètres et d'indice de réfraction supérieur à celui du milieu interstitiel environnant. Ces fibrilles de collagène agissent comme des diffuseurs de la lumière dans la cornée. Dans le cas d'une cornée saine, ces fibrilles de collagène présentent un certain ordre expliquant la transparence du tissu. La présence d'un oedème provoque une perturbation de cet ordre ainsi que l'apparition de structures micrométriques à l'origine d'un niveau de diffusion supplémentaire. Cette thèse a permis d'identifier d'une part les structures à l'origine de ces différents types de diffusion selon le degré d'oedème, ainsi que la caractérisation de la diffusion résultante. Un dispositif d'holographie numérique hors-axe a été conçu et mis en place dans le cadre de ces travaux pour la réalisation des mesures expérimentales. Ce dispositif permet la mesure de la perte de cohérence d'un faisceau induite par la propagation dans le tissu et l'établissement de liens entre les modifications de la structure cornéenne au niveau micrométrique et nanométrique et la diffusion optique. En outre, certains aspects de l'interaction laser-tissu ont été étudié à l'aide d'un dispositif d'holographie numérique en ligne réalisé par une équipe partenaire.

Les éléments optiques diffractifs (EODs) sont des composants largement utilisés pour la mise en forme de faisceaux laser et le stockage d'information. L'objectif de cette étude est la fabrication d'EODs, qui soient performants et répondent aux besoins actuels des industriels, selon un procédé simple à mettre en 'uvre, reproductible et pour un coût raisonnable. Une première approche a porté sur l'enregistrement holographique de réseaux dans des matériaux photopolymérisables où le système photo-amorceur est un système à trois composants. Ce dernier étant plus performant d'un point de vue photochimique (vitesse et taux de polymérisation élevés), l'optimisation de ces matériaux a conduit à des rendements de diffraction corrigés dans l'ordre 1 supérieurs à 90%. La seconde approche correspond à la fabrication d'EODs dans un matériau sol-gel hybride de la famille des ORMOCER®s, qui est plus performant (transparence, stabilités thermique, chimique et mécanique) que la photorésine initialement mise en 'uvre. L'élément final est créé par moulage à partir d'un EOD en photorésine obtenu par photolithographie à écriture directe parallèle à 436 nm. Ce procédé a été mis en place, optimisé et validé grâce à de nombreuses caractérisations structurelles et fonctionnelles, ce qui conduit à une nouvelle génération d'EODs présentant des efficacités de diffraction à l'ordre 0 inférieures à 1%. Ainsi, cette méthode de fabrication a pu être utilisée pour fabriquer des composants en petites séries ou pour le prototypage, sur des substrats de tailles et de matériaux différents (silicium, verre, silice, céramique et plastique), afin d'étendre le champ d'applications des EODs.

De nombreux procédés de la recherche et de l'industrie utilisent l'extraction liquide-liquide, technique qui permet la séparation sélective de produits au sein d'un mélange. À cet effet, deux liquides non miscibles sont mis en contact : une phase aqueuse et une phase organique, l'une contenant généralement une molécule extractante capable de transférer les éléments désirés à l'autre. Le transfert se produit à la surface de contact entre les deux phases. Après le transfert, les deux phases sont séparées par décantation. Dans la pratique, ces opérations sont effectuées dans des appareils industriels. Pour optimiser et comprendre le fonctionnement de ces dispositifs, il est important de déterminer les caractéristiques fondamentales de l'émulsion. Il s'agit notamment des paramètres liés à la vitesse des écoulements ainsi que ceux liés au mélange des fluides comme l'aire interfaciale, le taux de rétention, ou la distribution en taille de la population de gouttes. Plusieurs techniques d'imagerie peuvent être utilisées pour les mesurer. L'une d'elles, l'holographie numérique, est bien connue pour permettre la reconstruction complète en 3D d'un écoulement à partir d'une seule acquisition. Ce travail de thèse traite d'une application de l'holographie numérique en ligne directement sur des gouttes en mouvement dans une phase liquide continue. La taille des gouttes a imposé l'exploration d'un régime de diffraction peu étudié à ce jour. Dans ce domaine, le modèle du disque opaque classiquement employé n'est pas valide et un meilleur accord est obtenu avec un modèle mixte lui associant une lentille mince. La focalisation des hologrammes est réalisée via une méthode dédiée et automatique qui a été établie à partir d'une étude complète de la littérature. Dans un deuxième temps, afin de mesurer des rétentions plus élevées, elle est complétée par une approche inverse permettant de corriger les mauvais positionnements et de restituer les gouttes non détectées. Ce traitement a été appliqué à des résultats expérimentaux, sur un dispositif de référence produisant des gouttes calibrées, et comparé à des mesures indépendantes. Ces essais ont validé la pertinence de l'holographie pour la caractérisation des émulsions. / Several processes used in research and industry are based on liquid-liquid extraction, a method designed for selective separation of products in a mixture. In liquid-liquid extraction, two immiscible liquids are contacted: an aqueous phase and an organic phase, one of which generally contains an extractant molecule capable of transferring the desired elements to the other phase. The transfer occurs at the contact surface between the two phases. After transfer, both phases are separated by settling. In practice, these operations are performed in industrial apparatus. In order to optimize the operation of these devices, it's important to determine the fundamental characteristics of the emulsion. These include parameters related to the fluid flow velocity as well as parameters related to fluid mixing such as the interfacial area, hold-up, and size distribution of the droplets population. Numerous imaging techniques can be used to measure these parameters. One of them, digital holography, is well-known for allowing complete reconstruction of information about a 3D flow in a single shot. This PhD work deals with a direct application of digital in line holography to droplets rising in a continuous liquid phase. The droplet size imposes a regime of intermediate-field diffraction hardly explored to date. Acquired diffraction patterns show that the usual dark disk model is not valid and that good agreement is obtained with a mixed model coupling thin lens with opaque disk. Hologram focusing is nevertheless performed with a dedicated automated method. A literature review has been conducted to identify the sharpest autofocus function for our application. In a second step, in order to measure high retention rates, an inverse problem approach is applied on all the outliers and missing droplets. This hologram restitution treatment has been applied to experimental results with a comparison to independent measurements. The main results obtained with calibrated droplets are presented detailing the test device and instrumentation. They have validated the relevance of holography for the characterization of emulsions.

L’ Holographie acoustique de champ proche (NAH) est une méthode d’imagerie acoustique robuste, mais son application en écoulement peut être limitée par l’utilisation de mesures intrusives de pression ou de vitesse acoustique. Dans cette étude, une procédure holographique applicable en écoulement utilisant des mesures de vitesse non-intrusives est proposée. Cette méthode est basée sur le théorème intégral de Kirchhoff-Helmholtz convecté. La fonction de Green convectée est alors utilisée pour déterminer des propagateurs spatiaux convectés définis dans l’espace réel et incluant l’effet d’un écoulement subsonique uniforme. Les transformées de Fourier discrètes de ces propagateurs permettent alors d’évaluer les champs acoustiques à partir de la mesure du champ de pression ou de vitesse acoustique normale. Le but étant de développer une méthode de caractérisation de sources aéroacoustiques à partir de mesures de vitesse non-intrusives, cette étude se concentre essentiellement sur les propagateurs réels convectés basés sur la mesure de vitesse acoustique. Afin de valider cette procédure,des simulations ont été menées dans le cas de combinaisons de sources monopolaires et dipolaires convectées corrélées ou non. La procédure holographique développée donne de bons résultats par comparaison aux champs acoustiques théoriques. Une comparaison des résultats obtenus par les propagateurs convectés réels, développés dans cette thèse, avec ceux obtenus par leurs formes spectrales, développés par Kwon et al. fin 2010 pour des mesures de pression acoustique, montre l’intérêt d’utiliser la forme réelle pour la reconstruction de la pression acoustique à partir de la mesure de vitesse acoustique normale. L’efficacité de la procédure développée est confirmée par une campagne de mesure en soufflerie avec un haut-parleur affleurant rayonnant au sein d’un écoulement à Mach 0.22, et des mesures non-intrusives effectuées par Vélocimétrie Laser Doppler (LDV). Les champs de vitesse acoustique utilisés pour la procédure holographique sont dans ce cas extraits des mesures LDV par corrélation avec un microphone de référence. La faisabilité de prendre en compte des variations de l’écoulement dans la direction de reconstruction holographique est également vérifiée. / Nearfield Acoustic Holography (NAH) is a powerful acoustic imaging method but its application in flow can be limited by intrusive measurements of acoustic pressure or velocity. In this work, a moving fluid medium NAH procedure using non-intrusive velocity measurements is proposed. This method is based on the convective Kirchhoff-Helmholtz integral formula. The convective Green’s function is then used to derive convective realspace propagators including uniform subsonic airflow effects. Discrete Fourier transforms of these propagators allow then the assessment of acoustic fields from acoustic pressure or normal acoustic velocity measurements. As the aim is to derive an aeroacoustic sources characterisation method from non-inrusive velocity measurements, this study is especially focused on real convective velocity-based propagators. In order to validate this procedure, simulations in the case of combinations of monopolar and dipolar sources correlated or not, radiating invarious uniform subsonic flows, have been performed. NAH provides very favorable results when compared to the theoretical fields. A comparison of results obtained by real convective propagators, developed in this work, and those obtained by the spectral ones, developed by Kwon et al. at the end of 2010 for acoustic pressure measurements, shows the interest of using the real-form for NAH acoustic pressure reconstruction from normal acoustic velocity measurements. The efficiency of the developed procedure is confirmed by a wind tunnel campaign with a flush-mounted loudspeaker radiating in a flow at Mach 0.22 and non-intrusive Laser Doppler Velocimetry (LDV) measurements. Acoustic velocity fields used for the NAH procedure are in this case extracted from LDV measurements by correlation with a reference microphone. The feasibility of taking into account mean flow variations in the direction of NAH reconstruction is also checked.

Cette thèse est centrée sur le développement d’outils expérimentaux permettant de mieux caractériser l’étude du couplage entre l’évaporation de gouttelettes et un écoulement turbulent gazeux environnant. Dans notre étude on cherche à se placer dans un régime de couplage fort entre les gouttelettes évaporantes et la turbulence. Dans ce régime peu renseigné dans la littérature, les gouttelettes se trouvent dans un régime intermédiaire entre le régime de traceur et le régime inertiel. Dans un premier temps nous présentons un dispositif expérimental capable de générer une turbulence homogène isotrope avec de fortes fluctuations de vitesse, ainsi que la réalisation de l’injection de gouttelettes initialement monodisperses. Puis, l’instrumentation Lagrangienne développée (en collaboration avec le laboratoire Hubert Curien de St Etienne) : l’holographie numérique en ligne, est ensuite testée et validée pour un fluide non évaporant. Une méthode de tracking des gouttelettes a été mise au point afin de reconstruire les trajectoires des gouttelettes dans le volume turbulent homogène isotrope. La précision obtenue sur les diamètres (2% pour des gouttes de 60 μm) vient complètement valider cette métrologie pour l’étude de l’évaporation. Les premiers résultats obtenus avec des gouttelettes évaporantes de fréon R114 font apparaître la visualisation, à notre connaissance inédite, des sillages évaporants. Une première reconstruction de trajectoire avec l’évolution du diamètre de la goutte au cours du temps est enfin présentée. / This experimental thesis is based on the developpement of experimental tools in order to better understand the coupling between evaporation process and turbulent flow. Our studies focuses on evaporating droplets with strong interaction with turbulent flow, i.e. droplets between fluid particles behaviour and inertial behaviour. This pecular situation is hardly studied regarding to scientific litterature. We first present experimental set up generating homogeneous isotropic turbulence with high Reynolds number and strong fluctuations. Then we present injection process of initially monodisperse droplets in the turbulent flow. Lagrangian instrumentation consists of the use of digital in-line holography (in collaboration with Laboratoire Hubert Curien à St Etienne). This metrology is definitely validated regarding to the accuracy on the droplet diameter measurements. Tracking algorithm is then proposed in order to reconstruct Lagrangian droplet trajectories. First results obtained with evaporating droplets are finally presented like evaporating trails, and time evolution of the diameter of a freon droplet.

Digital Holography Microscopy (DHM) is a new 3D measurement technique that exists since Charge Coupled Devices (or CCD cameras) allow to record numerically high resolution images. That opens a new door to the theory of holography discovered in 1949 by Gabor: the door that masked the world of digital hologram processing. A hologram is a usual image but that contains the complex amplitude of the light coded into intensities recorded by the camera. The complex amplitude of the light can be seen as the combination of the energy information (squared amplitude modulus) with the information of the propagation angle of the light (phase of the amplitude) for each point of the image. When the hologram is digital, this dual information associated with a diffractive model of the light propagation permits to numerically investigate back and front planes to the recorded plane of the imaging system. We understand that 3D information can be recorded by a CCD camera and the acquisition rate of this volume information is only limited by the acquisition rate of the unique camera. For each digital hologram, the numerical investigation of front and back regions to the recorded plane is a tool to numerically refocus objects appearing unfocused in the original plane acquired by the CCD.<p>This thesis aims to develop general and robust algorithms that are devoted to automate the analysis process in the 3D space and in time of objects present in a volume studied by a specific imaging system that permits to record holograms. Indeed, the manual processing of a huge amount of holograms is not realistic and has to be automated by software implementing precise algorithms. In this thesis, the imaging system that records holograms is a Mach-Zehnder interferometer working in transmission and studied objects are either of biological nature (crystals, vesicles, cancer cells) or latex particles. We propose and test focus criteria, based on an identical focus metric, for both amplitude and phase objects. These criteria allow the determination of the best focus plane of an object when the numerical investigation is performed. The precision of the best focus plane is lower than the depth of field of the microscope. From this refocus theory, we develop object detection algorithms that build a synthetic image where objects are bright on a dark background. This detection map of objects is the first step to a fully automatic analysis of objects present in one hologram. The combination of the detection algorithm and the focus criteria allow the precise measurement of the 3D position of the objects, and of other relevant characteristics like the object surface in its focus plane, or its convexity or whatever. These extra relevant measures are carried out with a segmentation algorithm adapted to the studied objects of this thesis (opaque objects, and transparent objects in a uniform refractive index environment). The last algorithm investigated in this research work is the data association in time of objects from hologram to hologram in order to extract 3D trajectories by using the predictive Kalman filtering theory. <p>These algorithms are the abstract bricks of two software: DHM Object Detection and Analysis software, and Kalman Tracking software. The first software is designed for both opaque and transparent objects. The term object is not defined by one other characteristic in this work, and as a consequence, the developed algorithms are very general and can be applied on various objects studied in transmission by DHM. The tracking software is adapted to the dynamic applications of the thesis, which are flows of objects. Performance and results are exposed in a specific chapter. <p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished