Afin d'étudier la contribution des non-linéarités à l'endommagement laser ou de prévoir l'évolution d'une impulsion courte, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est importante. Plusieurs bancs de mesure, reposant sur la méthode de Z-scan, sensibles à de faibles indices de réfraction non-linéaire ont été développés afin d'étudier la contribution des différents mécanismes. <br />Nous avons développé un modèle numérique permettant d'étudier le signal. Nous montrons que le profil spatial du faisceau avait une grande importance sur la mesure. Ensuite la réalisation expérimentale des bancs comprenant tous les moyens de caractérisation nécessaires à une mesure absolue est détaillée. <br />Enfin, une étude de l'indice de réfraction non-linéaire de la silice est entreprise pour différents régimes temporels. Une grande dépendance avec la durée des impulsions et l'absence d'effets thermiques sont constatées ainsi qu'une contribution non négligeable de l'électrostriction en nanoseconde.

Nous avons mis au point une nouvelle technique optique de détection en temps réel des bioaérosols parmi un ensemble d'aérosols de fond, dont en particulier les suies de combustion. Cette technique repose sur l'excitation ultra-brève multi-impulsionnelle des fluorophores intrisèques des bioaérosols. Des signatures spécifiques aux bactéries et aux hydrocarbures ont ainsi été mises en évidence, alors que les spectres de fluorescence de ces espèces sont indiscernables. <br /><br />La spectroscopie pompe-sonde a aussi été mise en oeuvre pour sonder la dynamique de propagation d'une impulsion femtoseconde dans une microcavité 2D de forme spirale. Nous avons réalisé un dispositif d'imagerie de corrélation afin de suivre, avec une résolution temporelle, la propagation d'un paquet d'onde laser. Des simulations FDTD ont permis d'interpréter les observations et de mettre en évidence un processus original de couplage de sortie, impliquant la réflexion de l'onde évanescente sur la discontinuité de la spirale.

Les harmoniques d'ordres élevés, produites lors de l'interaction entre un laser impulsionnel intense et un milieu gazeux, sont émises dans le domaine temporel sous forme d'un train d'impulsions attosecondes espacées d'une demi période optique du champ laser. La production d'une seule impulsion attoseconde permettrait d'accéder à des résolutions temporelles jusqu'ici inaccessibles pour des études résolues en temps. D'après les simulations, une des solutions pour atteindre cet objectif est de confiner la génération d'harmoniques sur moins d'un cycle optique du laser fondamental. Dans ce manuscrit, nous présentons une méthode qui permettrait de restreindre l'émission harmonique à une seule impulsion. Elle repose sur l'extrême sensibilité de la génération d'harmoniques à la polarisation. Nous avons développé une technique originale permettant de moduler temporellement la polarisation d'une impulsion laser infra-rouge. Dans un premier temps, nous avons étudié les modifications spectrales des harmoniques générées par cette impulsion modulée en polarisation. Dans un second temps, nous avons réalisé une mesure directe des impulsions harmoniques obtenues en modulant temporellement l'état de polarisation de l'impulsion laser. Nous avons observé clairement un confinement de la génération d'harmoniques. Ce travail a permis de fixer à environ 10 fs la durée maximale que l'impulsion infrarouge doit avoir pour obtenir une seule impulsion attoseconde. Dans ce cadre, nous avons développé au laboratoire une technique originale de post-compression d'impulsion laser pour obtenir des impulsions haute énergie sub-10 fs.

L'alignement de molécules linéaires est induit efficacement par des impulsions laser intenses polarisées linéairement. Si ces impulsions sont de courtes durées par rapport à la rotation des molécules, un alignement périodique apparaît après l'extinction du champ. Ce manuscrit présente trois méthodes permettant de le quantifier à l'aide de la grandeur sans pour autant détruire les molécules ni modifier l'alignement initial. Elles nécessitent une impulsion de faible intensité décalée temporellement dont les caractéristiques vont être modifiées par les propriétés optiques du milieu liées à l'alignement moléculaire. La première technique mesure une dépolarisation due à la biréfringence du milieu. La seconde s'appuie sur la défocalisation qui s'explique par une variation spatiale de l'alignement, donc un gradient de l'indice de réfraction. La dernière passe par la création d'un réseau d'indice à l'intersection de deux impulsions intenses, qui va provoquer la diffraction de la sonde.

L'interaction entre un échantillon moléculaire gazeux et une impulsion laser ultra-brève intense conduit, après le passage de l'impulsion, à des réalignements transitoires et périodiques des molécules. Cette thèse se rapporte à la mesure et aux applications liées à cet effet. Le degré d'alignement moléculaire est déterminé à travers la variation d'indice de réfraction induite par le réarrangement des dipôles moléculaires. Une technique d'imagerie bidimensionnelle permettant de mesurer sur une base monocoup l'alignement des molécules est reportée dans ce manuscrit. L'alignement est ensuite utilisé comme un outil de mesure pour évaluer des quantités physiques, difficilement accessibles par d'autres méthodes. La "technique de défocalisation croisée" a été tout d'abord employée pour mesurer les probabilités d'ionisation de gaz atomiques et moléculaires en régime femtoseconde. La "technique de polarisation 1D" a été ensuite appliquée pour obtenir une mesure de l'indice Kerr électronique calibré à travers l'alignement moléculaire. Il a été trouvé que l'effet Kerr électronique produit une variation d'indice qui change de signe aux alentours des 30 TW.cm-2 pour les principaux gaz qui constituent l'atmosphère. Cet effet a été interprété de manière phénoménologique par des termes Kerr d'ordres supérieurs (de n4 à n10). L'impact important de ces résultats sur la compréhension du mécanisme de filamentation est discuté.

Ce travail, qui se place dans le cadre général de l'étude de la dynamique primaire des protéines, concerne les protéines à rétinal, protéines impliquées en particulier dans la vision. La protéine bactérienne modèle utilisée est la bactériorhodopsine, dont le rôle est la conversion de l'énergie lumineuse en un gradient de protons. L'interaction photon-rétinal induit initialement deux phénomènes, dont le rôle et la chronologie sont encore incertains: isomérisation du rétinal en quelques centaines de femtosecondes et établissement d'une polarisation ultrarapide au niveau du système rétinal/protéine. La méthode spectroscopique femtoseconde utilisée permet de détecter et quantifier des déplacements de charges avec une résolution temporelle de 13 fs, et ainsi de séparer temporellement ces deux phénomènes. Elle est basée sur un phénomène non linéaire du deuxième ordre, le redressement optique: l'excitation avec un champ électrique oscillant d'un matériau non centrosymétrique va créer une polarisation pointant toujours dans le même sens. Ce matériau consiste de multicouches anhydres orientées de membranes pourpres contenant la bactériohodopsine. Le champ infrarouge émis suite à l'établissement de cette polarisation est détecté en le faisant interférer avec un signal infrarouge de référence, généré par redressement optique dans un cristal non linéaire (GaAs ou AgGaS2). Le champ infrarouge émis par la bactériorhodopsine reflète directement la différence entre les moments dipolaires de l'état fondamental et de l'état excité. En plus de la réponse électronique instantanée de l'échantillon, une émission infrarouge est détectée qui dure sur plusieurs picosecondes, caractéristique des mouvements de charges associés aux mouvements vibrationnels du système rétinal/protéine. La séparation des deux types de réponse et la description d'etaillée, en fréquence et en phase, de l'ensemble du signal complexe nécessitent l'utilisation concertée de plusieurs méthodes d'analyse. Nous avons ainsi pu montrer qu'un déplacement de charges transmembranaire photoinduit ultrarapide (<13 fs) apparaît dans la bactériorhodopsine. Le changement de moment dipolaire du rétinal (30 D) est augmenté d'un facteur proche de 1.5 par rapport au cas du rétinal en solution: il est donc favorisé par la présence du complexe protéique. La détection simultanée des réponses électronique et vibrationnelle ouvre des pistes sur la détermination du rôle fonctionnel de la polarisation initiale pour la dynamique structurale qui lui est subséquente.

Cette thèse constitue une étude théorique et numérique sur l'accélération d'ions à haute énergie dans l'expansion d'un plasma créé par laser. Les faisceaux d'ions émis en face arrière d'une cible irradiée présentent des caractéristiques (laminarité, faible divergence, largeur des spectres) qui les distinguent de ceux provenant de la face avant. Ces caractéristiques ouvrent la voie à de nombreuses applications telles que la protonthérapie ou la radiographie de protons. L'accélération des ions s'effectue via un champ électrostatique auto-consistant résultant de la séparation de charges entre les ions et les électrons chauds. La première partie du mémoire présente le modèle théorique fluide ainsi que le code de simulation hybride décrivant l'expansion du plasma. La modélisation numérique d'une récente expérience de sondage du champ d'expansion par faisceaux de protons permet de valider le modèle exposé. L'influence d'un gradient initial de densité sur l'efficacité de l'accélération est abordée dans le seconde partie. Nous établissons un modèle qui retrace la dynamique du plasma et plus particulièrement le déferlement du flot ionique. Les réseaux de courbes qui prévoient une nette dégradation de l'énergie maximale des protons pour de grandes longueurs de gradient sont en accord avec les résultats expérimentaux. L'hypothèse d'un équilibre de Boltzmann électronique, supposé dans le modèle guide, est remise en cause dans la troisième partie où les électrons suivent une description cinétique. La nouvelle version du code permet d'évaluer l'écart à la loi de Boltzmann, qui ne modifie pas cependant de manière significative l'énergie maximale acquise par les ions.

Cette thèse porte sur l'élaboration et l'utilisation de structures semi-conductrices à émission laser par la surface en cavité externe (VECSEL) en pompage optique pour la réalisation de sources d'impulsions brèves à haut taux de répétition émettant à 1550nm. Ces sources ouvrent la voie à des applications intéressantes dans les télécommunications optiques pour réaliser des émetteurs à très haut débit ou pour l'échantillonnage optique linéaire ultra-rapide. Les objectifs de ce travail de thèse étaient, dans un premier temps, de développer et réaliser des structures VECSEL, qui contiennent une zone active formée par des puits quantiques GaAlInAs/InP localisés aux maxima du champ électrique résonant, positionnée sur un miroir de Bragg, le tout étant reporté par brasure sur un substrat de bonne conductivité thermique. Pour cela, nous avons conçu des structures permettant d'accélérer l'évacuation de la chaleur accumulée dans la zone active, ce qui a permis d'améliorer les performances du VECSEL, notamment la puissance de sortie. Les performances des VECSEL ont été évaluées dans une cavité simple à deux miroirs (plan-concave). Le second point était de développer et réaliser des structures SESAMs, qui permettent, par leur comportement non linéaire, d'obtenir un fonctionnement en verrouillage de modes passif. Les structures, contenant des puits quantiques InGaAsN/GaAs, ont pour paramètres : le nombre de puits quantique, la résonance de la structure. Les caractérisations optiques en régime linéaire et non linéaire ont permis d'optimiser les structures SESAM et d'estimer leurs performances. Enfin, la compatibilité entre les structures de VECSEL et de SESAM en terme de profondeur de modulation et de longueur d'onde de résonance, a permis d'obtenir un verrouillage de mode passif dans une cavité à quatre miroirs. Les impulsions obtenues présentent deux comportements différents suivant les propriétés de dispersion des structures. La réalisation d'une faible dispersion a permis d'obtenir la première démonstration d'un VECSEL en verrouillage de modes passif fonctionnant à 1550 nm et à température ambiante. Un dispositif d'échantillonnage tout optique mettant en oeuvre l'échantillonnage optique linéaire basé sur l'utilisation d'une source d'impulsions brèves, a été réalisé et testé. Ce dispositif permettra d'obtenir des diagrammes de l'oeil et diagrammes de constellation avec une sensibilité attendue de l'ordre de -20dBm de puissance moyenne, sur des signaux porteurs de données à 10Gbit/s, voire 40 Gb/s. Les tests effectués ont permis de visualiser l'acquisition à très haut débit (40Gb/s).

Poor athletic performance of racehorses is a major and significant problem in the racing industry. Determining the definitive reason for poor-performance is however a real diagnostic challenge since many of the causative conditions are multifactorial and may only be manifested during exercise. A retrospective study, including various breeds of horses, confirmed musculoskeletal, cardiovascular and upper respiratory tract clinical problems to be the most frequently implicated in reducing athletic performance. Evaluation of the lower respiratory tract was though not performed in this study. The aim of the first part of this work were thus to determine the prevalence of different sub-clinical diseases in a population of poorly-performing Standardbred trotters, and to evaluate the sportive repercussions by comparing their physiological response to exercise with control horses. Fifty horses underwent thorough clinical and ancillary examinations, including haematological et biochemical evaluation, Doppler echocardiography, standardised exercise tests on treadmill et racetrack, treadmill video-endoscopy et collection of respiratory fluids. Most of the poorly-performing horses exhibited many concomitant diseases. The most frequently diagnosed sub-clinical problems involved the lower and upper respiratory tract. Poor-performers also exhibited higher values of blood lactate and heart rate, as well as lower values of haematological parameters and anti-oxidants, compared to control horses. Inflammatory airway disease being mostly present in poorly-performing horses, the second part of this work will mainly focus on this syndrome. The negative impact of inflammatory airway disease, as diagnosed by cytological evaluation of bronchoalveolar lavage fluid, has previously been described on respiratory function using either forced expiration or forced oscillations techniques. Sedation or bronchoprovocation were however usually required. On the other hand, the clinical significance of tracheal inflammation remains currently controversial. The aim was therefore to exhibit and define the respiratory dysfunctions present in horses subclinically suffering from inflammatory airway disease. Respiratory function was evaluated at rest by IOS in 34 Standardbred trotters, whereas tracheal mucus score, and both tracheal and bronchoalveolar lavages were performed 60 min post-exercise. According to the cytology of bronchoalveolar lavage fluid, the inflammatory group included 19 horses and 15 horses were used as control. A significant correlation was found between both cytological evaluations concerning neutrophil counts, whereas no association was found between tracheal mucus and any cytology. A significant increase of respiratory resistance at the lower frequencies (1 10 Hz) as well as a significant decrease of respiratory reactance beyond 5 Hz was observed in inflammatory compared to control horses. Both parameters were also significantly different between inspiration and expiration in the inflammatory group only. Both eosinophil and mast cell counts of the bronchoalveolar lavage fluid were significantly correlated with respectively respiratory resistance and reactance. The present work involved intensive clinical and functional evaluation of control and asymptomatic poorly-performing horses. The different studies allowed establishing the prevalence of medical subclinical diseases in these latter and evaluating its sportive impact considering the associated physiological responses to exercise. The presence of respiratory dysfunctions in horses with lower airway inflammation, the major trouble associated with disappointing performance, were also exhibited by impulse oscillometry./ La contre-performance est un problème majeur dans lindustrie des courses. En déterminer la cause exacte reste néanmoins un défi diagnostic puisque la plupart des affections présentes sont souvent subcliniques, multifactorielles et peuvent ne se manifester que pendant lexercice. Une étude rétrospective, incluant des chevaux de différentes races et disciplines, a ainsi confirmé les affections cliniques des voies respiratoires supérieures, musculo-squelettiques et cardiovasculaires comme étant les plus fréquemment impliquées dans la réduction des performances athlétiques. Cependant, lévaluation des voies respiratoires profondes navait pas été effectuée chez ces différents chevaux. Lobjectif de la première partie de ce travail était donc de déterminer la prévalence des différentes affections sub-cliniques induisant une contre-performance chez des Trotteurs Français, et den évaluer les répercussions sportives par la comparaison des réponses physiologiques à lexercice avec celle de chevaux contrôles. Cinquante chevaux ont respectivement été soumis à un examen clinique complet, une prise de sang pour analyse hémato-biochimique au repos et 60 minutes après chaque test deffort, une échocardiographie Doppler, des tests deffort standardisés sur piste et tapis roulant, une endoscopie à leffort, une évaluation locomotrice à grande vitesse, ainsi quun lavage trachéal et broncho-alvéolaire réalisés 60 minutes post-effort. La plupart des chevaux contre-performants ou intolérants à leffort présentaient plusieurs affections concomitantes. Les troubles sub-cliniques les plus fréquemment diagnostiqués concernaient respectivement les voies respiratoires profondes et supérieures. Ces chevaux présentaient par ailleurs des paramètres hématologiques (taux dhémoglobine et volume globulaire moyen) et anti-oxydants significativement inférieurs, et des paramètres pro-oxydants significativement supérieurs aux chevaux contrôles. De plus, les valeurs de fréquence cardiaque et lactatémie étaient, lors des différents tests deffort, significativement supérieures à celles des chevaux contrôles, Linflammation des voies respiratoires profondes étant majoritairement présente chez ces chevaux présentant des performances décevantes, la deuxième partie de ce travail se concentre plus spécifiquement sur ce syndrome. Limpact négatif sur la fonction respiratoire de cette affection, telle que diagnostiquée par lévaluation cytologique du liquide de lavage broncho-alvéolaire, a précédemment été décrite à laide de techniques dexpiration forcée ou doscillations forcées. Une sédation ou une bronchoprovocation étaient cependant généralement requises pour la réalisation de ces tests. Parallèlement, la signification clinique de linflammation trachéale reste actuellement controversée. Lobjectif était ainsi de mettre en évidence et définir les dysfonctions respiratoires présentes chez des chevaux souffrant sub-cliniquement de maladie inflammatoire des voies respiratoires. La fonction respiratoire a été évaluée au repos par oscillométrie à impulsions chez 34 Trotteurs Français asymptomatiques, alors que le score de mucus trachéal et les différents lavages ont été évalués 60 minutes post-effort. Sur base de la cytologie broncho-alvéolaire, le groupe inflammatoire comprenait 19 chevaux et 15 ont été utilisés comme contrôles. Une corrélation significative était observée entre les cytologies concernant le taux de neutrophiles, alors quaucune association nétait présente entre score de mucus trachéal et cytologies des différents lavages. Une augmentation significative de la résistance respiratoire aux faibles fréquences (1 à 10 Hz) et une diminution de la réactance respiratoire au-delà de 5Hz a été observée chez les chevaux inflammatoires comparativement aux contrôles. Ces deux paramètres étaient également significativement différents entre inspiration et expiration dans le groupe inflammatoire uniquement. La résistance et la réactance respiratoire étaient par ailleurs respectivement corrélées aux taux déosinophiles et de mastocytes du lavage broncho-alvéolaire. Ce travail comprenait une évaluation clinique et fonctionnelle intensive chez des chevaux contrôles et des chevaux contre-performants. Les études menées ont permis détablir la prévalence des affections médicales sub-cliniques chez ces derniers et den évaluer limpact sportif par lintermédiaire des réponses physiologiques à lexercice. La présence de dysfonctions respiratoires chez les chevaux avec inflammation des voies respiratoires profondes, premier trouble associé à des performances décevantes, a également pu être mise en évidence à laide de loscillométrie à impulsion.

La compréhension des réactions biochimiques qui se déroulent au sein des protéines est un enjeu fondamental de la biologie actuelle. Dans ce travail, nous nous sommes principalement intéressés aux premières étapes de ces réactions, qui se produisent à l'échelle de la centaine de femtosecondes. Traditionnellement, l'étude de ces premières étapes se fait à l'aide d'impulsions ultracourtes dans le domaine visible ou ultraviolet : ces impulsions font passer la molécule sur un état électronique excité, ce qui permet de déclencher la réaction étudiée de manière ultrarapide et très efficace.<br />Dans ce travail, nous avons exploré une nouvelle voie d'excitation des molécules biologiques : nous avons utilisé des impulsions infrarouges, de manière à placer l'énergie directement dans les vibrations de la molécule. Cette technique permet théoriquement d'explorer la surface de potentiel de la protéine loin de sa région harmonique, et même d'approcher l'état de transition de la réaction catalysée par la protéine. Pour communiquer le plus d'énergie possible à la molécule, nous avons utilisé des impulsions infrarouges intenses et à dérive de fréquence qui permettent de gravir efficacement l'échelle vibrationnelle considérée.<br /><br />Dans une première étape, nous avons engendré des impulsions infrarouges intenses dont l'énergie est de quelques microjoules et le spectre s'étend sur 170 cm-1 environ. Nous avons ensuite caractérisé ces impulsions par diverses méthodes : nous avons notamment mesuré leur phase spectrale au moyen d'une technique de HOT SPIDER temporel, ce qui constitue la première mesure de phase spectrale autoréférencée pour des impulsions centrées autour de 10 µm. <br /><br />Dans une seconde étape, nous avons utilisé ces impulsions infrarouges pour exciter la vibration d'une molécule de CO liée à la myoglobine, puis à l'hémoglobine. Dans ce dernier cas, nous avons démontré l'ascension vibrationnelle de la molécule de CO jusqu'au 7ème niveau excité : nous avons ainsi réalisé la première expérience d'ascension vibrationnelle dans une molécule biologique ou plus généralement dans une macromolécule. Cette technique d'excitation nous a permis d'obtenir des données spectroscopiques nouvelles sur la carboxy-hémoglobine telles que la position et la largeur des raies d'absorption des différentes transitions vibrationnelles, les temps de vie des niveaux excités ainsi que la présence d'une anharmonicité électrique importante.