Ces travaux de thèse s'inscrivent à la frontière entre l'utilisation de l'interférométrie atomique pour tester un principe fondamental de physique, le principe d'équivalence faible, et le transfert des technologies développées dans ce but vers des applications industrielles, en particulier la navigation inertielle, à travers une collaboration avec l'entreprise iXBlue au sein d'un laboratoire commun (iXAtom) où nous avons travaillé à l'hybridation d'une centrale inertielle avec un accéléromètre atomique afin de corriger la dérive temporelle de la centrale.Afin de tester le prince d'équivalence faible, nous utilisons un interféromètre atomique double espèce (87Rb et 39K). Cette expérience est réalisée en laboratoire mais également en micropesanteur à bord de l'avion ZERO-G de Novespace. Cette particularité pose des contraintes sur les choix technologiques puisque le montage doit être robuste, compact et transportable. Notre système laser en est un bon exemple puisqu'il est basé des technologies télécom (1560 et 1534 nm) doublées en fréquence. Nous avons réalisé le premier test du principe d'équivalence en micropesanteur avec des atomes froids en 2015, ce qui représente une étape majeure vers la réalisation d'un instrument embarquable à bord d'un satellite.Le 39K est une espèce difficile à refroidir et à manipuler à cause de sa structure hyperfine étroite. Nous avons mis en place un refroidissement par mélasse grise pour cette espèce en ajoutant un laser résonnant avec la transition D1 du potassium. Nous avons également mis en place une préparation des atomes dans l'état non magnétique mF=0 efficace à 95%. Ces techniques ont amélioré le contraste de nos franges d'interférences d'un facteur 4 et nous a permis d'obtenir une sensibilité sur le paramètre d’Eötvös en laboratoire de 5.2x10-8 après 11500 s d'intégration. / This thesis is at the boundary of the fundamental physics with the test of the weak equivalence principle (WEP) and the transfer of the technologies developed to industrial applications such inertial navigation. We began collaboration in a joint laboratory (iXAtom) with the iXBlue company where we worked on the hybridization of an inertial unit with a cold atom accelerometer.In order to test the WEP, we use a dual-species atom interferometer (87Rb and 39K). This experiment works in the laboratory but it is designed to perform onboard the Novespace ZERO-G plane. This specificity puts constraints on the design of the setup because it needs to be robust, compact and transportable. Our laser system is a good example because it is based on Telecom technologies (1560 and 1534 nm) frequency doubled. We realized the first test of the weak equivalence principle on microgravity with cold atoms in 2015, which is a major step toward a future spatial mission.The 39K is an atomic species hard to cool and manipulate because of its narrow hyperfine structure. We implemented an other cooling method, the gray molasses, by using a laser resonant to the potassium D1 transition. We built a new sequence to prepare the atoms in the mF= 0 state. This sequence is effective at 95%. These techniques improved the contrast of our interference fringes by a factor 4 which led to the obtention of a sensitivity on the Eötvös parameter in the laboratory of 5.2x10-8 after 11500 s of integration.

Nous avons évalué les performances et limitations de différents capteurs susceptibles d’aider à orienter un déficient visuel : GPS, magnétomètre, gyroscope, accéléromètre, baromètre ainsi que la façon de les combiner pour guider efficacement les déficients visuels dans trois contextes différents : le milieu urbain, la randonnée et les intérieurs. Nous avons réalisé des prototypes se plaçant sur la hanche ou tenus à la main fournissant une information présentée sous la forme d’un cap et d’une distance au point à atteindre. Cette information se réactualise en temps réel en fonction des changements de position ou d’orientation de la personne.Nous avons montré par des tests en situation réelle sur des parcours urbains et pédestres de plusieurs kilomètres, effectués par différents déficients visuels, l’efficacité de cette approche très différente de celle du guidage automobile. Les tests ont été également effectués dans des zones où les capteurs sont perturbés : forêts denses ou rues avec des bâtiments hauts (signal GPS perturbé), à proximité des lignes électriques (magnétomètre perturbé), etc. Le cas le plus complexe est celui des intérieurs (stations du métro, centres commerciaux) où le signal GPS est absent. Notre approche ne fait appel à aucun équipement du lieu (de type bornes Bluetooth ou Wifi) et utilise uniquement une cartographie préalable ou relevée sur le site. Nous sommes parvenus à des guidages fonctionnels sur quelques centaines de mètres sous certaines conditions : entrainement de l’utilisateur afin d’assimiler les spécificités du langage de la locomotion utilisé pour le guidage et apprentissage des stratégies de déplacement évitant le disfonctionnement de la centrale inertielle. Nous sommes en mesure de proposer à l’issue de ce travail un outil pouvant être diffusé auprès des utilisateurs avec des solutions fiables pour le milieu urbain et la randonnée. Pour les intérieurs les développements complémentaires se poursuivent et ne seront proposés qu’en béta-test. Cet outil va également être proposé pour initier les déficients visuels non autonomes à des randonnées simples afin de tenter de faire naître l’envie d’améliorer son autonomie. / We have evaluated the possibilities and the limitations of different sensors able to help to the orientation of the visually impaired: GPS, magnetometer, gyroscope, accelerometers, and barometers and also the way to mix their information for guiding efficiently the visually impaired in three different contexts: urban areas, hiking and indoor areas. We have implemented some belt mounted and hand held prototypes giving the information in the way of “heading” and “distance” to the destination to reach. This information is updated in real time taking into consideration the change of the position and orientation of the person. We have shown, during real situation tests, in urban pedestrian paths and hiking circuits of many kilometers done by different visually impaired people, the efficiency of this approach which is very different to the car navigation. The tests have been run including zones where the sensors data is perturbed: dense forest or big buildings in urban areas (GPS signal perturbed), proximity to electrical lines (magnetometer data perturbed), etc. The most complicated case is the indoor navigation (metro stations and commercial centers) where the GPS signal is not available. Our approach does not require any equipment apparatus in the building (such as Bluetooth or Wi-Fi hotspots) and uses just a previous cartography or a cartography done in situ. We have achieved functional guidance in few hundred meters under certain conditions: the training of the user in order to make him understand the specific characteristics of the mobility language used for the navigation and the learning of the strategies of displacement in order to avoid the failure of the Inertial Measurement Unit (IMU). We are in position to offer, at the end of this work, one tool which can be distributed to the users with reliable solutions for the urban areas and the hiking. For the indoor navigation, complementary development is carrying on and it will be proposed just like beta-test version. This tool is also going to be proposed for initiating non-autonomous visually impaired people to easy treks in order to try to make them want to improve their autonomy.

Les déplacements à bord de véhicules de locomotion induisent souvent des stimulations sensorielles à l'origine d'illusions perceptives. Ces perceptions erronées de la position du corps ont été décrites dans la littérature sous le terme de désorientation spatiale, dont l'origine est principalement considérée comme otolithique. En effet, lors d'une accélération linéaire constante vers l'avant, le vecteur résultant de l'accélération imposée et de la gravité n'est plus aligné par rapport à la verticale gravitaire. Comme tout autre accéléromètre physique, le système otolithique ne peut différencier la gravité de toute autre accélération linéaire et va ainsi intégrer ce vecteur résultant, appelé accélération gravito-inertielle (AGI), comme la nouvelle verticale. Parmi les incidences comportementales les plus connues figurent les illusions d'élévation et oculogravique. Ces illusions se traduisent par une perception visuelle erronée de la position des objets en milieu d'hyperpesanteur. Ce travail doctoral s'intéresse i) aux sources d'informations sensorielles déterminantes dans les illusions perceptives en milieu d'hyperpesanteur, ii) aux différences inter-individuelles dans l'estimation de l'horizon visuel, et iii) au rôle des références égocentrée et exocentrée impliquées dans les illusions d'élévation et oculogravique. Nos résultats expérimentaux mettent en évidence : (1) le rôle fondamental de l'intensité gravito-inertielle dans la perception de l'horizon visuel, (2) l'effet couplé de l'orientation corporelle et de la perception visuelle égocentrée dans l'estimation de l'horizon visuel, (3) l'explication en termes otolithiques des différences inter-individuelles conséquentes à la modulation de l'intensité gravito-inertielle, (4) l'apport des informations somesthésiques, notamment pour l'illusion oculogravique. L'ensemble des travaux rapportés dans cette thèse suggère une approche sensorielle en termes otolithique et somesthésique, ainsi qu'une approche individuelle de la perception de l'horizon visuel gravitaire.

Lors de la phase d'industrialisation, l'allocation des tolérances fait partie des étapes clés qui permettront de produire des assemblages dont les performances sont conformes et homogènes à l'ensemble des exigences fonctionnelles spécifiées par le cahier des charges. Depuis toujours, l'approche traditionnelle des tolérances et de leur allocation sous la forme d'une bilimite présente certaines incohérences. En 2002, Pr M.Pillet a suggéré une solution à ces incohérences, l'inertie. Ce travail de thèse est une continuation à ceux de Pr M Pillet et de PA Adragna. Ce travail s'articule en cinq chapitres. Le premier chapitre revient sur l'apport de l'inertie et introduit les travaux développés dans la thèse. Le second propose une analyse de la performance de la carte de contrôle inertielle avec dérive et formalise les conditions d'utilisation des différentes variantes dans un contexte industriel. Le troisième chapitre aborde l'inertie dans un contexte 3D en comparant les trois définitions de l'inertie 3D proposées dans les travaux antérieurs. Le quatrième développe une nouvelle approche de tolérancement de surface, appelée inertie totale et propose en cohérence avec cette définition un outil permettant de donner les réglages optimums pour minimiser l'inertie totale d'une pièce. Le dernier chapitre conclut par une proposition de tolérancement d'un assemblage de surface par une approche inertielle statistique. Ce dernier suppose une variation rigide des défauts des surfaces, et n'intègre pas la notion de jeu de l'assemblage. Il porte explicitement sur la notion de variance et de covariance liée à la structure du mécanisme et introduit un indicateur de capabilité de dimensions n

Cette thèse est une contribution à l'étude de la dynamique des écoulements tournants de grand nombre de Reynolds. Elle vise à expliquer la déstabilisation, à nombre de swirl élevé, d'un écoulement en rotation solide se développant dans une conduite cylindrique de section constante puis contractante, et débouchant en un jet. On caractérise d'abord la turbulence qui en résulte dans le plan de sortie du jet. Des mesures par anémométrie fil chaud, effectuées en faisant varier le taux de contraction final, confirment que l'origine de cette turbulence doit être principalement recherchée dans l'écoulement de conduite et non dans le jet. On montre ensuite par une étude bibliographique que l'écoulement à l'amont de la contraction peut être fortement affecté par celle-ci lorsqu'il est s! ous-critique vis-à-vis des ondes inertielles (ou ondes de Kelvin) axisymétriques. A l'aide d'un modèle de fluide parfait axisymétrique, on étudie alors l'influence du taux de contraction et des conditions aux limites amont au régime transcritique. On montre l'apparition d'une recirculation de paroi dans la contraction. On explore ensuite l'écoulement de conduite par PIV stéréoscopique, et on compare ces mesures avec une simulation numérique axisymétrique à nombre de Reynolds modéré. En présence d'une contraction finale, on constate une dynamique nouvelle puisque la transition critique est franchie sans éclatement tourbillonnaire. On observe à la place des ondes inertielles axisymétriques stationnaires de grande amplitude. On montre finalement que des instabilités centrifuges de petite échelle ainsi qu'une instabilité global! e axisymétrique peuvent participer à la créatio! n de tur bulence.

L'application d'ultrasons sur une tumeur, où des liposomes se sont accumulés, permet potentiellement de libérer le médicament mais aussi d'en favoriser l'absorption dans les cellules. La cavitation inertielle ultrasonore est le phénomène pressenti pour la libération sous ultrasons de médicament encapsulé dans de petits liposomes solides. Elle est très dépendante des conditions expérimentales et peut-être intense et imprévisible. L'objectif principal du travail réalisé dans le cadre de cette thèse est de contrôler et quantifier la cavitation inertielle, pour induire le largage de médicaments encapsulés dans des liposomes. Dans cette optique, une dose de cavitation inertielle (DC), basée sur le filtrage du bruit large bande émis lors de ce régime de cavitation, est mise au point in vitro pour suivre le largage de médicament encapsulé. Sous divers régimes d'ultrasons pulsés, la DC a été validée en dosant chimiquement les radicaux hydroxyles générés lors de l'implosion des bulles. Les tests menés sur diverses formulations de liposomes contenant de la doxorubicine (dox) ont montrés une haute corrélation entre le taux de largage de dox et la DC permettant de conclure que la cavitation inertielle est impliquée dans ce largage. Le rôle de la température sur la production de radicaux hydroxyles et la libération de dox a également été exploré. Les expériences réalisées ont permis de sélectionner les formulations les plus sensibles aux ultrasons pour les tester sur des rats implantés avec des tumeurs prostatiques. Après plusieurs expériences in vivo menées avec différents dispositifs ultrasonores et formulations de liposomes, le bénéfice du traitement combiné a pu être démontré.

Les systèmes multi-capteurs exploitent les complémentarités des différentes sources sensorielles. Par exemple, le capteur visuo-inertiel permet d'estimer la pose à haute fréquence et avec une grande précision. Les méthodes de vision mesurent la pose à basse fréquence mais limitent la dérive causée par l'intégration des données inertielles. Les centrales inertielles mesurent des incréments du déplacement à haute fréquence, ce que permet d'initialiser la vision et de compenser la perte momentanée de celle-ci. Cette thèse analyse deux aspects du problème. Premièrement, nous étudions les méthodes visuelles directes pour l'estimation de pose, et proposons une nouvelle technique basée sur la corrélation entre des images et la pondération des régions et des pixels, avec une optimisation inspirée de la méthode de Newton. Notre technique estime la pose même en présence des changements d'illumination extrêmes. Deuxièmement, nous étudions la fusion des données a partir de la théorie de la commande. Nos résultats principaux concernent le développement d'observateurs pour l'estimation de pose, biais IMU et l'autocalibrage. Nous analysons la dynamique de rotation d'un point de vue non linéaire, et fournissons des observateurs stables dans le groupe des matrices de rotation. Par ailleurs, nous analysons la dynamique de translation en tant que système linéaire variant dans le temps, et proposons des conditions d'observabilité uniforme. Les analyses d'observabilité nous permettent de démontrer la stabilité uniforme des observateurs proposés. La méthode visuelle et les observateurs sont testés et comparés aux méthodes classiques avec des simulations et de vraies données visuo-inertielles.

Nous avons évalué les performances et limitations de différents capteurs susceptibles d'aider à orienter un déficient visuel : GPS, magnétomètre, gyroscope, accéléromètre, baromètre ainsi que la façon de les combiner pour guider efficacement les déficients visuels dans trois contextes différents : le milieu urbain, la randonnée et les intérieurs. Nous avons réalisé des prototypes se plaçant sur la hanche ou tenus à la main fournissant une information présentée sous la forme d'un cap et d'une distance au point à atteindre. Cette information se réactualise en temps réel en fonction des changements de position ou d'orientation de la personne.Nous avons montré par des tests en situation réelle sur des parcours urbains et pédestres de plusieurs kilomètres, effectués par différents déficients visuels, l'efficacité de cette approche très différente de celle du guidage automobile. Les tests ont été également effectués dans des zones où les capteurs sont perturbés : forêts denses ou rues avec des bâtiments hauts (signal GPS perturbé), à proximité des lignes électriques (magnétomètre perturbé), etc. Le cas le plus complexe est celui des intérieurs (stations du métro, centres commerciaux) où le signal GPS est absent. Notre approche ne fait appel à aucun équipement du lieu (de type bornes Bluetooth ou Wifi) et utilise uniquement une cartographie préalable ou relevée sur le site. Nous sommes parvenus à des guidages fonctionnels sur quelques centaines de mètres sous certaines conditions : entrainement de l'utilisateur afin d'assimiler les spécificités du langage de la locomotion utilisé pour le guidage et apprentissage des stratégies de déplacement évitant le disfonctionnement de la centrale inertielle. Nous sommes en mesure de proposer à l'issue de ce travail un outil pouvant être diffusé auprès des utilisateurs avec des solutions fiables pour le milieu urbain et la randonnée. Pour les intérieurs les développements complémentaires se poursuivent et ne seront proposés qu'en béta-test. Cet outil va également être proposé pour initier les déficients visuels non autonomes à des randonnées simples afin de tenter de faire naître l'envie d'améliorer son autonomie.

Dans un contexte comme celui des technologies aérospatiales, qui se caractérise non seulement par sa complexité, mais aussi par sa difficulté à régler les erreurs une fois que le véhicule est dans son environnement final, l’utilisation des simulateurs de satellite sur Terre pour le développement et la vérification de nouveaux systèmes offre une alternative intéressante aux simulations traditionnelles par ordinateur. Plus précisément, dans le cas de la commande d’attitude, la possibilité d’utiliser la dynamique réelle du satellite pendant les phases de conception et de développement présente des avantages tels que l’inclusion des systèmes difficiles à modéliser et la réduction du risque d’erreur et du temps de vérification. Cependant, cette technologie est encore récente et est de ce fait sujette à être améliorée afin d’offrir le meilleur scénario possible pour le développement des algorithmes de commande d’attitude de la prochaine génération de satellites. À cet effet, l’Université de Sherbrooke et la société NGC Aérospatiale Ltée. développent en partenariat le simulateur matériel de satellite LABSAT qui possède toutes les fonctionnalités d’un véhicule spatial incluant les actionneurs, capteurs, calculateurs embarqués et éléments flexibles. Le projet présenté dans ce document consiste à concevoir et mettre en œuvre sur le minisatellite LABSAT un premier système de navigation et commande permettant d’exécuter les manœuvres en orientation à partir d’une station de contrôle. À cette fin, les différents sous-systèmes du simulateur matériel ont été intégrés et des solutions en termes de calibration de capteurs, d’estimateur d’état et de systèmes de commande ont été analysées théoriquement et en simulation. Les techniques les plus appropriées ont été, par la suite, implémentées et évaluées sur le système final, dans le but de vérifier leur fonctionnement dans l’environnement réel.

La sonoporation, c'est-à-dire l'utilisation d'ultrasons pour augmenter la perméabilité de la membrane cellulaire et permettre le transfert de molécules dans la cellule, est une méthode de transfection alternative intéressante. Cependant, même s'il est généralement admis que la cavitation acoustique joue un rôle important dans la sonoporation, les mécanismes physiques sous-jacents à ce phénomène ne sont pas totalement compris. Pour obtenir des informations sur les interactions entre les bulles, les cellules et le milieu environnant, nous avons développé un système de sonoporation adapté à la visualisation en temps-réel sous microscope et dédié aux cellules adhérentes. Le champ acoustique dans le puits cellulaire est composé d'ondes stationnaires et possède donc des positions d'équilibres pour les bulles au fond du puits, c'est-à-dire à proximité des cellules. Après avoir confirmé que les effets biologiques sont liés à la cavitation inertielle, un système de régulation de la cavitation inertielle a été implémenté pour augmenter la reproductibilité de la sonoporation. L'utilisation de cette régulation permet de s'affranchir des problèmes d'initiation et de maintien de l'activité de cavitation ainsi que de travailler sans ajout d'agents de contraste ultrasonore. Ce système permet de sonoporer des cellules adhérentes et ceci de manière plus reproductible lors de l'utilisation de la régulation qu'à intensité acoustique fixée. L'utilisation de la régulation permet également de s'affranchir de la température du milieu (à 24 ou 37 °C). De plus, la sonoporation des cellules ne semblent pas induire d'effets négatifs sur la reprise de croissance des cellules. L'utilisation de membrane modèle (des bicouches lipidiques fluorescentes) permet l'observation des interactions bulles-membrane, principalement sous la forme de dégâts de type fissures ou impacts présents à la fois sur les ventres et nœuds de pression acoustique. Ces positions particulières sont également le siège du détachement cellulaire et de la sonoporation / Sonoporation, the use of ultrasound to increase cell membrane permeability and allow the transfer of molecules into cells, is an interesting alternative method of transfection. However, even if it is generally admitted that acoustic cavitation plays an important role in sonoporation, the physical mechanisms acting during sonication are not fully understood. To obtain information on the interaction between bubbles, cells and the _owing medium during sonication, we designed a sonoporation device adapted to real-time microscope visualization and dedicated to adherent cells. The acoustic field in the well is composed by standing waves and provides cavitation bubble equilibrium positions at the bottom of the well, near cells. After biological effects have been confirmed to be linked to inertial cavitation, a regulation device on inertial cavitation has been implemented in order to improve reproducibility of sonoporation. This regulation allows overcoming problems linked to initiation and time stability of cavitation activity without adding ultrasound contrast agents in the medium. The sonoporation device allows the sonoporation of adherent cells, and this, with more reproducible results when using regulation instead of a fixed acoustic intensity. The cavitation control allows also to obtain the same biological effects at 24 and 37 °C. Furthermore, cell sonoporation does not apparently induce negative effects on cell growth. The use of a membrane model (fluorescent lipid bilayer) allows the observation of bubbles-membrane interactions, principally in the form of damages as cracks or impacts present at both nodal and anti-nodal positions of the acoustic field. Cell detachment and sonoporation appear also at these particular locations