In 2010 high harmonic generation (HHG) in solids was first observed where high order harmonics of a strong laser field's frequency were observed. HHG in solids is now a rapidly developing field that allows for exciting applications like fully solid state attosecond XUV sources and new ultrafast resolution imaging techniques for quantum dynamics in solids. HHG in solids has been explained by two mechanisms: an interband mechanism, due to polarization associated with separate energy bands, and an intraband mechanism that results from nonlinearities and population changes associated with each individual band. While interband HHG has been seen in wide bandwidth semiconductors, intraband HHG has been observed in narrow bandwidth dielectrics. There has not yet been an explanation of the alternation of mechanisms with material differences. The main goal of this thesis is to attempt to provide a better understanding of the most important mechanisms and where they prevail. Although numerical modelling of HHG requires consideration of multiple energy bands, a two-band model consisting only of a valence band and a single conduction band can explain the most important mechanisms. This model requires a given material's band gap between its valence and conduction bands as well as dipole matrix elements between the bands. In this thesis we follow the Kronig-Penney model to develop a 1D delta-function potential model of solids to obtain these properties required of the two-band model. We implement this in a Wannier quasi-classical (WQC) model of interband HHG in semiconductors that explains the dominant dynamics leading to such through quasi-classical real space electron-hole pair trajectories. Although HHG in solids can be explained to be the result of a resonant process in which an electron-hole pair is generated in the first step, there are also virtual transition processes that lack consideration. These processes do not conserve energy and correspond to transitions to conduction bands resulting from field induced distortions of the ground state. We use methodology introduced by Keldysh for optical field ionization of atoms and solids along with the 1D delta-function potential model to quantify how both resonant and virtual transitions lead to HHG in solids for wide and low bandwidth solids.

Les effets délétères sur la santé de certaines expositions professionnelles, prises indépendamment, ont été observés dans un large nombre d’études. Pourtant, la prévalence et l'impact de multi-exposition ou co-exposition à des diverses nuisances ont plus rarement été explorée, malgré le caractère ubiquitaire de nombreuses nuisances. Par conséquent, l’étude de multi-exposition/co-exposition dans le cadre professionnel est considérée comme un enjeu majeur de la recherche épidémiologique en santé au travail. Une revue systématique de la littérature concernant le secteur de l’agriculture a été réalisé en s'appuyant sur le titre, le résumé, et le texte intégral des 36.404 articles originaux grâce à 5 bases de données reconnues et 2 sources de données nord-américaines complémentaires. Les résultats des 15 articles inclus suggèrent que l’exposition aux multiples chimiques est significativement associée au risque de maladies respiratoires, de cancers, de dommages sur l’ADN et les cytogénétiques. L’exposition aux multiples physiques a été associée à une augmentation du risque de perte d'audition, tandis que la co-exposition aux facteurs physiques et biomécaniques a été associée à un risque accru de troubles musculo-squelettiques. Aucune étude n'a exploré la co-exposition professionnelle à des facteurs chimiques et physiques, ainsi qu'à la co-exposition professionnelle à des facteurs chimiques et biomécaniques. Les résultats de cette revue de la littérature indiquent la nécessité l’évaluer la prévalence de l’exposition professionnel à des multiples nuisances en France. Les multiple/co-expositions aux agents neurotoxiques chimiques(ANCs) et aux contraintes physiques intenses (CPIs) ont ainsi été analysées chez 5587 hommes ouvriers français des secteurs de l'agriculture, de l’industrie manufacturière, et de la construction à partir de l’enquête nationale transversale SUMER 2010. Environ 6% des ouvriers étaient co-exposés aux ANCs et CPIs dans les trois secteurs étudiés (p = 0,29). La multi-exposition aux CPIs était plus nettement plus fréquente (35%, p <0,001) que la multi-exposition aux ANCs (2%, p <0,001) chez les hommes de trois secteurs. Ces recherches mettent en évidence la nécessité de conduire davantage d’études liées à multi-exposition/coexposition professionnelle. Elles seront essentielles pour améliorer la sécurité au travail et permettre la surveillance et la prévention risques et des maladies professionnelles. / A wide range of studies has demonstrated the relationships between diverse types of occupational exposures,taken independently, and adverse health outcomes. Yet, the prevalence and impact of multiple occupational exposures or co-exposures have rarely been explored despite the ubiquity of numerous hazards. Therefore, multiple occupational exposures/co-exposures and their impact on health are considered as a major challenge of epidemiologic research inthe occupational health and safety area. A systematic review concerning the agriculture sector was carried out based on the titles, abstracts and fulltexts screening of 36,404 initial articles from 5 well-known databases and 2 North American complementary sources. The findings from the 15 papers finally included suggested that multiple chemical exposures were significantly associated with an increased risk of respiratory diseases, cancers, DNA and cytogenetic damages. Multiple physical exposures were shown to increase the risk of hearing loss while co-exposures to physical and biomechanical hazardswere associated with an increased risk of musculoskeletal disorders. However, no studies included in the systematic review explored either occupational co-exposures to both physical and chemical factors or occupational co-exposures to biomechanical and chemical factors.The results described in the systematic review raised the necessity to conduct further studies multipleoccupational exposures and co-exposures among workers. Therefore, multiple occupational exposures and coexposures’ prevalences to chemical neurotoxic agents (CNAs) and intense physical constraints (IPCs) were examined among 5,587 French male blue-collar workers (BCWs) in the agriculture, manufacturing, and construction sectors based on the cross-sectional and national SUMER 2010 survey. About 6% of male BCWs were co-exposed to IPCs andCNAs in these three sectors (p=0.29). Multiple exposures to IPCs was predominantly observed (35%, p <0.001), while multiple exposures to CNAs was much lower (2%, p <0.001) among male BCWs in three sectors.The findings highlight the necessity to carry out further studies on multiple occupational exposures/coexposures to diverse hazards and their impact on workers’ health. These further researches are required to improve occupational safety and the efficiency of health care surveillance and occupational disease prevention.

La génération d'harmoniques d'ordre élevé en milieu gazeux est un phénomène habituellement décrit par un modèle à trois étapes : sous l'e et d'un champ laser intense, un atome (ou une molécule) est ionisé par e et tunnel. L'électron éjecté est accéléré dans le champ laser, puis il se recombine sur son ion parent en émettant un photon XUV. Ce rayonnement XUV, émis sous la forme d'impulsions attosecondes (1 as = 10^-18 s), est un outil idéal pour sonder la structure électronique des atomes ou des molécules, avec une résolution temporelle de l'ordre de l'attoseconde. Néanmoins, l'intensité de ce rayonnement n'est en général pas su sante pour induire des e ets non-linéaires (transitions à deux photons). Au cours des travaux réalisés pendant cette thèse, nous avons développé une source harmonique capable de produire un rayonnement XUV intense qui doit permettre d'accéder à la physique non-linéaire dans cette gamme de longueur d'onde. Pour parvenir à ces résultats, un travail important sur les impulsions infrarouges génératrices a été nécessaire, aussi bien dans le domaine spatial que dans le domaine temporel. Une technique de mise en forme spatiale de faisceaux laser intenses a donc été développée, ainsi qu'une technique de post compression adaptée aux impulsions laser intenses. Ce travail de thèse se divise donc en trois étapes : - Le développement de la source harmonique haute énergie et des diagnostics associés. Cette source est basée sur l'utilisation d'une chaîne laser Titane-Saphir qui délivre des impulsions de 150 mJ pour des durées de 40 fs à une cadence de 10 Hz. De bonnes conditions d'optimisation ont été obtenues, donnant lieu à des impulsions XUV dont l'énergie est de l'ordre du J lors de la génération dans l'argon. - Le développement d'une technique de mise en forme spatiale adaptée aux faisceaux laser intenses et à la génération d'harmoniques. Le dispositif est basé sur une optique en ré exion, et sur les interférences à deux faisceaux. Il permet de produire, dans la région focale, des faisceaux dont le pro l d'intensité est radialement constant (faisceaux at top) et ainsi d'apporter un contrôle supplémentaire sur la génération d'harmoniques d'ordre élevé. - Le développement d'une technique de post compression en propagation guidée basée sur l'élargissement spectral induit par ionisation. Cette technique est adaptée pour des impulsions intenses (3.5 TW) et permet de produire des impulsions de puissance crête supérieure au Térawatt dans le domaine sub-10 fs. Cette technique fournit donc une source unique pour la génération d'harmoniques d'ordre élevé. Ces deux approches ont été testées et validées pour la génération d'harmoniques d'ordre élevé, et les résultats obtenus ouvrent d'intéressantes perspectives telles que la génération d'impulsions attosecondes isolées de haute énergie (> 100 nJ).

<p>The development of a deuterium-deuterium/ tritium-deuterium (D-D/ D-T) pulsed neutron generator based on the principle of the Plasma Immersion Ion Implantation (PI3) technique is presented, in terms of investigating development of a compact system to generate an ultra short burst of mono-energetic neutrons (of order 1010 per second) during a short period of time (&lt / 20&mu / s) at repetition rates up to 1 kHz. The system will facilitate neutron detection techniques, such as neutron back-scattering, neutron radiography and time-of-flight activation analysis.</p> <p><br /> Aspects addressed in developing the system includes (a) characterizing the neutron spectra generated as a function of the target configuration/ design to ensure a sustained intense neutron flux for long periods of time, (b) the system was also characterised as a function of power supply operating conditions such as voltage, current, gas pressure and plasma density.</p>

Les fluides à seuil ont des propriétés mécaniques étonnantes : en dessous d'une certaine contrainte, appelée contrainte seuil, le fluide se comporte comme un solide. Au-delà de la contrainte seuil, ils s'écoulent comme un gel. Ce mémoire porte sur l'étude des actions des forces magnétiques volumiques sur ces fluides. Nous étudions la possibilité de réaliser la transition solide-gel à partir des forces magnétiques volumiques créées par différents dispositifs magnétiques. Ces fluides n'ont pas de propriétés magnétiques particulières. Il est donc nécessaire de créer des champs magnétiques intenses pour agir sans contact sur ces fluides. Nous étudions différentes configurations magnétiques capables de dépasser la contrainte seuil au sein du fluide. L'influence des différents paramètres des configurations magnétiques est explorée, notamment à l'aide d'études paramétriques. Notre travail mêle des équations de magnétostatique et de mécanique des fluides non-newtoniens. Les calculs de magnétostatique sont menés de façon analytique alors que la partie mécanique et le couplage magnéto-mécanique sont traités par un logiciel de simulation numérique par la méthode des éléments finis. Les conditions magnétiques et mécaniques nécessaires à la transition solide-gel et à la modification d'écoulements de fluides à seuil sont discutées, notamment à l'aide de simulations numériques et de nombres adimensionnels / Yield stress fluids have amazing mechanical properties: below a particular shear stress, called yield stress, the fluid behaves like a solid. Once the yield stress is exceeded, they flow like a viscous fluid or a gel. This thesis deals with the effects of magnetic volume forces on these fluids. We study the opportunity of the solid-gel transition from magnetic volume forces created by various magnetic devices. These fluids have no special magnetic properties. It is therefore necessary to create intense magnetic fields to act without contact on these fluids. We study different magnetic configurations that are able to exceed the yield stress in the fluid. The influences of different parameters of the magnetic configurations is explored, including using parametric studies. Our work combine equations of magnetostatic and non-newtonian fluid mechanics. Magnetostatic calculations are carried out analytically, while the mechanical and magneto-mechanical coupling are processed by a finite element analysis software. Magnetic and mechanical conditions required to the solid-gel transition and to the modification of yield stress fluids flows are discussed, using numerical simulations and dimensionless numbers

Cette thèse présente le développement d’une méthodologie qui permet d’analyser la structure en couches du cortex cérébral, en utilisant l’imagerie par résonance magnétique en champ intense (IRM à 7 teslas). Alors que l’architecture corticale est traditionnellement étudiée par imagerie microscopique de coupes de tissu post-mortem, l’utilisation d’une technique non invasive telle que l’IRM permet d’envisager d’étudier la lamination corticale in vivo, et ainsi de dépasser les atlas architecturaux classiques comme celui de Brodmann.Deux approches ont été utilisées pour l’acquisition d’images à haute résolution. La première, développée pour l’imagerie in vivo, utilise une reconstruction super-résolue à partir de coupes épaisses acquises dans différentes géométries. La seconde, basée sur une séquence tridimensionnelle optimisée pour l’imagerie post-mortem, a permis l’acquisition d’images de pièces anatomiques.La contribution principale de cette thèse réside dans le développement d’un couple de méthodes permettant d’extraire automatiquement, en chaque point du cortex, un profil caractérisant son architecture en couches. Pour permettre l’extraction robuste de ces profils, un modèle original de l’influence de la courbure corticale a été développé et implémenté.Ces méthodes ont été testées et validées sur plusieurs pièces anatomiques. Ce travail permet d’envisager la caractérisation de l’architecture des aires corticales, voire leur délimitation automatique, en utilisant l’IRM en champ intense. / This thesis presents the development of a methodology for the analysis of the layered structure of the cerebral cortex, using high-field magnetic resonance imaging (7-tesla MRI). While cortical layers are traditionally studied using microscopic imaging of post-mortem tissue slices, the use a non-invasive technique such as MRI will enable in vivo studies, and thus allow new approaches beyond the use of classical architectural atlases such as Brodmann's.Two imaging methodologies have been used to acquire high-resolution images. First, a method based on super-resolution reconstruction from thick slices acquired in different geometries was developed for in vivo imaging. Second, a three-dimensional imaging sequence optimized for post-mortem tissue allowed imaging excised brain specimen.The main contribution of this thesis consists of a pair of methods that perform an automatic extraction of cortical profiles, which characterize the laminar architecture at any cortical location. In order to allow robust extraction of these profiles, an original model of the influence of cortical curvature was developed and implemented.These methods were tested and validated on multiple brain specimen. This work allows envisaging an automatic microarchitectural characterization of cortical areas, and even architectural parcellation, using high-field MRI.

In dieser Arbeit wurde die Ionisation einiger zweiatomiger Moleküle (H2, N2 und O2) in intensiven Laserfeldern untersucht. Hierbei wurden verschiedene Modelle zur Beschreibung der Tunnelionisation sowohl untereinander als auch mit der Lösung der zeitabhängigen Schrödingergleichung (TDSE) verglichen. Die kernabstandsabhängige Ionisationswahrscheinlichkeit wurde für verschiedene Intensitäten betrachtet und die Gültigkeit modifizierter atomarer bzw. Molekularer Modelle zur Beschreibung der Tunnelionisation analysiert. Es wurde herausgefunden, dass Modelle, die auf der quasistatischen Näherung beruhen (wo die Ionisation unabhängig von der Frequenz des Laserfeldes ist), nur in einem kleinem Frequenz- und Intensitätsbereich hinreichend genaue Ergebnisse liefern, dem Tunnelregime. Modelle mit einem frequenzabhängigen Faktor stimmen hingegen sowohl im Tunnel- als auch im Mehrphotonenregime mit den genaueren TDSE Ergebnissen überein. Weiterhin wird auch die Abweichung zur Franck-Condon Näherung verdeutlicht. Es wurde ein kleiner Einfluss auf die Revival-Zeit des im Wasserstoffmolekül-Ion gestarteten Wellenpakets gefunden. Die Berücksichtigung von Bond-Softening führt weiterhin zu einer Verringerung der Revival-Zeit mit steigender Spitzenintensität des Lasers. Außerdem wird die Anisotropie der Ionisation von H2 als Funktion der Laserintensität in linear und zirkular polarisiertem Licht mit dem molekularen Tunnelmodell MO-ADK untersucht. Gute Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen wurde gefunden, insbesondere wenn der Effekt des Fokusvolumens des Laserfeldes berücksichtigt wird. Die Anwendbarkeit des Zwei-Zentren-Modells auf größere Moleküle, N2 und O2, wird ebenfalls getestet. Es wird beobachtet, dass dies für N2 (symmetrisches HOMO) funktioniert, für O2 (asymmetrisches HOMO) jedoch nicht. / The ionization of some diatomic molecules, H2, N2, and O2, exposed to intense laser fields has been studied by comparing various molecular tunneling–ionization models with each other and with the numerical solution of the time-dependent Schrödinger equation (TDSE). The internuclear-distance dependent ionization yields over a wide range of laser peak intensities are investigated and the validity of the modified atomic and molecular tunneling models is examined. It is found that those models that depend on the quasi-static approximation, where ionization is independent on the oscillation frequency of the applied laser field, are useful for laser-induced ionization processes in only a very small region of the frequency and intensity domain of laser fields, i.e. in the tunneling regime. The models that include a frequency dependent factor are in a good agreement with the accurate TDSE calculations in both the multiphoton and the tunneling ionization regimes. Furthermore, the deviation from Franck-Condon-like distribution is also clarified. A small effect on the revival time of the vibrational wavepacket of hydrogen molecular ion, due to this deviation, has been found. Consideration of the bond-softening effect leads to a decrease in the revival time with increasing laser-peak intensity. The anisotropy of H2 as a function of laser intensity in linear and circular polarized fields using molecular tunneling model (MO-ADK) are also studied and a good agreement with the experimental observations, especially if the focal volume of the laser field is considered, has been obtained. The applicability of the two-center model for larger molecules, N2 and O2, is tested. It is found that it works with N2 (symmetric HOMO) but fails in O2 (ansymmetric HOMO).

Cette étude expérimentale concerne la caractérisation des faisceaux d'électrons et de protons d'énergie supérieure à quelques MeV produits lors de l'interaction d'un laser ultra-intense (~10^19 W.cm-2) avec une cible solide de faible épaisseur (10 µm). <br />Ce travail se place dans la perspective de l'utilisation de ces faisceaux pour des expériences de physique nucléaire. Pour cet usage, il est nécessaire de connaître quantitativement les caractéristiques des faisceaux de particules : distribution en énergie, distribution angulaire.<br />Les faisceaux obtenus par accélération laser ont des caractéristiques très différentes des faisceaux d'accélérateurs conventionnels entre autres de par leur brièveté et leur intensité mais aussi par leur distribution en énergie continue. Ces propriétés rendent complexes leur caractérisation et nous ont amenés à développer des méthodes combinant spectromètres à diodes, films radiochromiques, activation nucléaire de matériaux choisis et simulations Monte-Carlo.<br />Ces méthodes ont été utilisées sur deux installations lasers différentes (Salle Jaune au LOA de Palaiseau et JETI à l'IOQ de Jena) mais de caractéristiques proches pour l'étude des faisceaux d'électrons en fonction du matériau-cible. Une expérience a également été menée pour caractériser tir à tir le faisceau de protons produits par le laser 100 TW du LULI (Palaiseau). Cette dernière expérience a, de plus, permis de démontrer la possibilité d'induire des réactions nucléaires dans un plasma et de mesurer quantitativement le taux de réaction en vue d'une expérience de perturbation du couplage noyau-cortège électronique par un champ électromagnétique fort dû au laser.

Cette thèse présente des mesures de transport électronique dans des systèmes bi-dimensionels et uni-dimensionels à base de graphène sous champ magnétique pulsé (60T). L'objectif de ces travaux consiste à sonder la dynamique des porteurs de charge en modifiant la densité d'états du système par l'application d'un champ magnétique. Une première partie est consacrée à l'étude de l'influence des îlots électrons-trous sur les propriétés de transport du graphène au voisinage du point de neutralité de charge. Nous avons constaté l'apparition de fluctuations de la magnéto-résistance liée à la transition progressive des îlots de taille finie dans le régime quantique lorsque le champ magnétique augmente. Nous avons aussi montré que la variation de l'énergie de Fermi, liée à l'augmentation de la dégénérescence orbitale des niveaux de Landau, est directement responsable d'une modification du ratio entre électrons et trous. Dans une deuxième partie consacrée à l'étude des nanorubans de graphène, nous avons exploré deux gammes de largeur différentes. Dans les rubans larges (W>60nm), la quantification de la résistance a été observée révélant ainsi une signature évidente de la quantification du spectre énergétique en niveaux de Landau. Le confinement magnétique des porteurs de charge sur les bords des nano rubans a permis de mettre en évidence, pour la première fois, la levée de dégénérescence de vallée liée à la configuration " armchair " du ruban. Pour des rubans plus étroits (W<30nm), en présence de défauts de bord et d'impuretés chargées, la formation progressive des états de bords chiraux donne lieu à une magnéto-conductance positive quelque soit la densité de porteurs. Enfin, la dernière partie traite du magnéto-transport dans le graphene multi feuillet. En particulier, nous avons observé l'effet Hall quantique dans les systèmes tri-couches de graphène. Une étude comparative des résultats expérimentaux avec des simulations numériques a permis de déterminer l'empilement rhomboédrique des trois couches de graphène constituant l'échantillon.

Les fluides à seuil ont des propriétés mécaniques étonnantes : en dessous d'une certaine contrainte, appelée contrainte seuil, le fluide se comporte comme un solide. Au-delà de la contrainte seuil, ils s'écoulent comme un gel. Ce mémoire porte sur l'étude des actions des forces magnétiques volumiques sur ces fluides. Nous étudions la possibilité de réaliser la transition solide--gel à partir des forces magnétiques volumiques créées par différents dispositifs magnétiques. Ces fluides n'ont pas de propriétés magnétiques particulières. Il est donc nécessaire de créer des champs magnétiques intenses pour agir sans contact sur ces fluides. Nous étudions différentes configurations magnétiques capables de dépasser la contrainte seuil au sein du fluide. L'influence des différents paramètres des configurations magnétiques est explorée, notamment à l'aide d'études paramétriques. Notre travail mêle des équations de magnétostatique et de mécanique des fluides non-newtoniens. Les calculs de magnétostatique sont menés de façon analytique alors que la partie mécanique et le couplage magnéto-mécanique sont traités par un logiciel de simulation numérique par la méthode des éléments finis. Les conditions magnétiques et mécaniques nécessaires à la transition solide--gel et à la modification d'écoulements de fluides à seuil sont discutées, notamment à l'aide de simulations numériques et de nombres adimensionnels.