Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

À l'extrémité du spectre électromagnétique observé, l'astrophysique gamma étudie les traces des phénomènes les plus violents de notre univers. Grâce aux instruments toujours plus perfectionnés, la recherche dans cette branche de l'astronomie est entrée dans un âge d'or, où les résultats quantitatifs et prédictifs ont succédé aux découvertes pionnières. Néanmoins, les techniques actuellement utilisées semblent avoir atteint leur limites avec la dernière génération de satellites d'observation. De nouveaux instruments gamma doivent donc être développés afin d'atteindre les résolutions angulaires et les sensibilités nécessaires à la confrontation des observations avec les prédictions théoriques. <br />Afin de franchir cette nouvelle étape, la focalisation des rayonnements gamma offre une voie aujourd'hui prometteuse. Dans cette optique, le projet CLAIRE a pour objectif de démontrer la faisabilité d'une lentille gamma pour l'astrophysique nucléaire, ainsi que de quantifier les performances d'un tel instrument et les comparer aux principes théoriques.<br />À partir des lois de la diffraction des rayons dans les cristaux, une lentille a donc été développée et mise au point au CESR. Cette intrument, focalisant une bande énergétique de quelques keV centrée sur 170 keV, est constituée d'environ 560 cristaux de germanium disposés sur 8 anneaux concentriques, dont le réglage en laboratoire a nécessité la mise en place de procédures et systèmes spécifiques. D'autre part, les mesures récoltées lors de ce réglage ont permis de déterminer différents paramètres cristallins, servant ensuite d'initialisation aux simulations numériques.<br />La validité du principe de lentille gamma a alors été testée par des mesures au sol ainsi que par une observation effectuée sur la nébuleuse du Crabe sous ballon stratosphérique. Les mesures sol ont permis de déterminer l'efficacité de diffraction de la lentille ainsi que sa réponse hors axe. Ces résultats valident les principes à la base de la lentille gamma. <br />D'autre part, le 14 juin 2001, la lentille gamma a été embarquée sous ballon stratosphérique, à 41 km d'altitude. Suite au traitement des données, le signal diffracté a pu être mis en évidence avec un niveau de confiance de 3 sigmas, correspondant à une détection d'environ 33 photons pendant une observation effective d'1h12.<br />Les différentes expériences, tant au sol que pendant le vol stratosphérique, s'accordent sur une efficacité de 10% à 170 keV. Conformes aux prédictions, ces résultats valident le concept de lentille pour l'astrophysique et ouvrent la voie au développement d'un instrument spatial.

Une des frontières actuelles de la cosmologie observationnelle est celle de la réionisation, époque au cours de laquelle la formation des premières étoiles et galaxies a marqué la fin des « Âges Sombres » et la réionisation du milieu intergalactique. La nature et l'époque de formation de ces sources sont encore mal déterminées, et constituent les éléments clé pour un grand nombre de futurs projets instrumentaux (JWST, EMIR/GTC, KMOS/VLT, ...) dont les développements font l'objet d'études de faisabilité poussées.<br /><br />Ce travail de thèse regroupe différents programmes visant à contraindre les propriétés physiques des objets astrophysiques parmi les plus distants connus. Les contraintes sur la détection et l'étude de telles sources à l'aide des instruments actuels ont amené à l'utilisation des amas de galaxies comme lentilles gravitationnelles, pour bénéficier de l'effet d'amplification.<br /><br />Une première partie introduit les différentes notions associées à ce sujet de thèse : le contexte cosmologique, les propriétés de l'Univers distant et les lentilles gravitationnelles. Sont ensuite présentés les trois principaux projets observationnels sur lesquels se fonde ce travail : <br /><br />· Une recherche d'émetteurs Lyman-alpha par de la spectroscopie systématique au sein des régions les plus amplifiées d'un ensemble d'amas de galaxies. L'échantillon de sources obtenu permet de contraindre la fonction de luminosité Lyman-alpha à des luminosités bien plus faibles que d'autres projets du même type.<br />· Une étude détaillée d'une galaxie très distante observée par les télescopes spatiaux HST et Spitzer. Les propriétés photométriques de cette source suggèrent la présence d'une population stellaire relativement évoluée à cette époque. <br />· Un projet de recherche photométrique dans le proche-infrarouge d'objets très distants, effectué à l'aide du VLT. L'accent est porté sur les détails de l'analyse photométrique et les résultat spectroscopiques obtenus pour plusieurs candidats. L'échantillon étudié dans son ensemble permet de donner des contraintes sur la fonction de luminosité dans l'ultraviolet et le taux de formation stellaire à cette époque.<br /><br />L'ensemble de ces résultats apporte des éléments complémentaires pour une description plus générale de l'époque de la réionisation, que l'on peut confronter aux prédictions des modèles théoriques.<br />Enfin, une dernière partie présente les perspectives de ce travail de thèse et les futurs projets instrumentaux attendus dans ce domaine de recherche.

Ce travail de thèse repose sur l'analyse de trios projets observationnels destines à la détection et l'étude de sources astrophysiques extrêmement distantes. Les champs considérés ont été centrés sur des amas de galaxies utilisés comme télescopes gravitationnels, permettant ainsi de bénéficier de l'effet d'amplification. Après avoir introduit le contexte cosmologique de cette thèse et l'effet de lentille gravitationnelle, je présente tout d'abord une recherche d'émetteurs Lyman-a par de la spectroscopie des régions les plus amplifiées d'un ensemble d'amas. Je décris ensuite l'étude du cas particulier d'une galaxie à z~7 observée par HST et Spitzer, pour laquelle nous avons dérivé des contraintes sur les propriétés physiques. Enfin, je donne les résultats d'un projet de recherche effectué à l'aide du télescope VLT. Il est possible d'obtenir des contraintes sur la fonction de luminosité UV et le taux de formation stellaire à très grand z.

Thèse d'exercice : Médecine. Ophtalmologie : Paris 12 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 67-75.

En 2010, une nouvelle méthode de production de verres de chalcogénure transparents dans l'infrarouge a été brevetée, alliant la mécanosynthèse au frittage Spark Plasma Sintering. Ce travail de thèse intègre le transfert de technologie vers la société Diafir dans le cadre d'un projet RAPID, financé par la DGA. Il a pour but un travail d'optimisation des procédés de synthèse et de mise en forme a été mené afin de permettre d'adapter cette technologie innovante à un volume industriel. Les verres de composition Ge28Sb12Se60, 80GeSe2-20Ga2Se3, Te20As30Se50, As2Se3 et As2S3 ont été synthétisés par fusion-trempe, broyés finement puis frittés par SPS. Des disques avec des transmissions comparables au verre obtenu par voie classique ont été obtenus. Des traitements antireflets ont été déposés avec succès à leur surface. Le développement de moules spécifiques au SPS a conduit à la production de lentilles sphériques adaptables à des dispositifs optiques. Ces compositions vitreuses ont ensuite été synthétisées par mécanosynthèse puis frittées par SPS. Les disques obtenus présentant des phénomènes de diffusion récurrents. Les principales causes de diffusion ont été analysées afin d'optimiser le procédé de synthèse par voie mécanique. / In 2010, a new method of production of chalcogenide glasses, transparent in the infrared, has been patented. It combines mechanosynthesis to Spark Plasma Sintering. In this thesis work, there is the technology transfer to the Diafir society included in the RAPID project, founded by the DGA. The aim is to optimize the processes of synthesis and forming in order to adapt this innovating technology to an industrial scale. The glasses of composition Ge28Sb12Se60, 80GeSe2-20Ga2Se3, Te20As30Se50, As2Se3 and As2S3 have been synthetized by melt-quench method then crushedfinely before to be sintered by SPS.

L'orientation des lentilles sclérales devient extrêmement importante pour maximiser la stabilité et la vision chez des patients qui portent des lentilles ayant une face antérieure torique. Les techniques cliniques actuelles pour déterminer la rotation d'une lentille sclérale impliquent l'utilisation de lentilles diagnostiques; cependant, ces méthodes nécessitent beaucoup de temps de chaise pour obtenir un ajustement optimal. Des appareils novateurs existent maintenant pour évaluer la forme de la surface oculaire et peuvent s’avérer utiles pour prédire la rotation des lentilles sclérales et augmenter l'efficacité globale des ajustements. Le but de cette étude comparative et randomisée était d'évaluer la rotation des lentilles sclérales en se basant sur des valeurs fournies par deux topographes. Quinze participants ont été recrutés et leurs deux yeux ont été imagés à l'aide de deux topographes: le Eye Surface Profiler (ESP) et le Cornea Sclera Profile (CSP). Les participants ont ensuite été ajustés avec la lentille OneFit MED dans un oeil et la Zenlens dans l'autre. La rotation de chaque lentille a été évaluée à l’aide de la lampe à fente et comparée à l’axe le plus cambré de l’astigmatisme conjonctival identifié par chaque topographe. Bien que les rotations des deux instruments ne soient pas comparables, l'ESP a prédit une rotation à moins de 15° de l'observation à la lampe à fente, ce qui la rend cliniquement acceptable pour les lentilles avec de faibles valeurs de puissance cylindrique. L'acuité visuelle des patients portant des lentilles avec des quantités élevées de toricité pouvant être plus affectée par la quantité de rotation, les ajustements empiriques semblent, à ce stade, être déconseillés pour ces cas. / Scleral lens orientation becomes extremely important to maximize vision and lens stability in patients who are fitted in front-toric lenses. Current clinical techniques to determine the rotation of a scleral lens involve the use of diagnostic lenses; however, these methods require a substantial amount of chair time to achieve an optimal fit. Contemporary equipment exists to evaluate ocular surface shape, which could be useful in predicting scleral lens rotation and increasing the overall efficiency of scleral lens adjustments. The goal of this comparative and randomized study was to evaluate scleral lens rotation based on the values provided by two scleral topographers. Fifteen participants were recruited and both eyes were imaged using two scleral topographers: the Eye Surface Profiler (ESP) and the Cornea Sclera Profile (CSP). Participants were fitted with the OneFit MED on one eye and the Zenlens on the other. Each lens’s rotation was evaluated at the slit lamp and compared to the steep axis of conjunctival astigmatism identified by each topographer. While the rotations from both instruments are not comparable, the ESP predicted rotation within 15˚ from slit lamp observation, which makes it clinically acceptable for lenses with low values of cylindrical power. The visual acuity of patients wearing lenses with a high amount of toricity may be affected by the amount of rotation and are not suitable for empirical fittings at this point in time.

L'astrophysique gamma nucléaire, situé à l'extrémité du spectre électromagnétique, est un domaine très riche scientifiquement. Il contient l'information capable, entre autres, de révéler la nucléosynthèse des éléments lourds au sein des supernovae ou l'origine de l'antimatière dans la galaxie. Ce domaine est longtemps resté inaccessible jusqu'aux années 60 à cause de l'absorption de l'atmosphère dans cette gamme d'énergies. Les observations sont ensuite restées handicapées par le rayonnement cosmique, qui noie le faible signal des sources sous un intense bruit de fond. De plus, l'énergie des photons gamma rend inefficaces les techniques classiques de focalisation, rendant plus complexe le développement des instruments d'observation. Malgré toutes ces difficultés, des observatoires comme CGRO et INTEGRAL ont réussi à révolutionner l'astrophysique nucléaire, grâce à l'utilisation de télescope Compton et de masques codés. Toutefois, ces techniques semblent aujourd'hui atteindre leurs limites, où des instruments plus grands ne sont pas forcément plus performants. Depuis une quinzaine d'années, une technique innovante est développée au CESR, capable d'améliorer la sensibilité de détection par un facteur 10-100, par rapport aux instruments existants. Cette technique nommée lentille de Laue, et dont le principe a été démontré par la mission ballon CLAIRE, est capable de concentrer les rayonnements gamma nucléaires à l'aide de la diffraction de Bragg, au sein de cristaux répartis en anneaux concentriques. Mon travail a consisté à poursuivre le développement de la lentille de Laue en améliorant et en validant les briques technologiques nécessaire pour qu'elle soit utilisée sur un observatoire spatial. La première partie de mon travail de thèse a consisté à améliorer les performances des cristaux diffractant, qui constituent le cœur de la lentille. Ces améliorations ont nécessité de modéliser et comparer les capacités de diffraction d'un grand nombre de cristaux, puis de confirmer les performances des meilleurs candidats au cours de session de mesures sur des faisceaux X-gamma. Ces mesures ont été effectuées au synchrotron européen de Grenoble (ESRF) et au réacteur nucléaire scientifique de l'ILL. Elles ont permis, entre autres, de mettre en avant les excellentes performances des cristaux d'or et d'argent. La seconde partie de mon travail a consisté à concevoir, réaliser et tester un prototype de segment de lentille spatialisable, en collaboration avec le CNES et Thales Alenia Space. Ce prototype a permis de valider les procédés de fixation et d'orientation des cristaux et de s'assurer qu'il résiste aux tests de vibrations et de cyclage thermique.

Ce manuscrit de thèse traite de l’étude de verres ophtalmiques microstructurés et plus particulièrement pixellisés, ces derniers pouvant présenter un intérêt particulier en optique active pour la correction de la presbytie. Une étude théorique est proposée, permettant d’analyser les performances optiques d’une lentille pixellisée en termes de transport d’image et d’identifier les paramètres qui ont un impact direct sur ces performances. Après validation expérimentale des résultats obtenus, nous constatons puis expliquons l’effet sur l’observation d’une scène de l’excentrement de l’œil par rapport à la fonction de phase du verre. Nous étudions l’effet du repliement de phase inhérent aux limites des technologies de fabrication, qui vient ajouter un chromatisme axial aux défauts visuels engendrés par la pixellisation. Nous nous intéressons ensuite aux applications possibles de la pixellisation en optique passive. Nous prouvons que pour une application visée, des lentilles binaires non pixellisées, dont nous optimisons la qualité optique, conduisent à de meilleurs résultats que les lentilles pixellisées. L’impact sur l’acuité visuelle des phénomènes diffractifs parasites induits par la pixellisation est évalué au moyen d’un banc de mesure utilisant la simulation de certaines images telles qu’elles seraient vues au travers de verres ophtalmiques pixellisés. Enfin, nous menons une étude de l’aspect esthétique d’un verre pixellisé vu par un observateur externe, à partir de modèles de calcul hybrides mêlant optique géométrique et optique de Fourier. / This thesis investigates microstructured and more particularly pixelated ophthalmic glasses, the latter raising some hope for the active correction of presbyopia. A theoretical study is developed for the analysis of the optical performances of a pixelated lens in terms of image transport and leads to the identification of the parameters which have an impact on these performances. After experimental validation of the results obtained, we note and then explain the effect on the observation of a scene of eye displacement with respect to the optical function of the eyeglass. We study the effect of phase wrapping, which is inherent in the limits of the technologies implied in the manufacturing process and adds an axial chromatism effect to the visual defects generated by pixelation. We are also interested in the potential applications of pixelation in the field of passive optics. We prove that for a given application, non pixelated binary lenses, the optical quality of which we optimize, lead to better results than pixelated lenses. The impact on visual acuity of the parasitic diffractive phenomena induced by pixelation is evaluated with an optical bench using the simulation of test images seen through pixelated lenses. Finally, we study the aesthetic aspect of a pixelated component as seen by an external observer, using hybrid calculation models based on both geometrical and Fourier optics.

Cette thèse présente les premiers travaux réalisés autour d’un nouveau dispositif expérimental de piégeage d’atomes individuels utilisant une unique lentille asphérique de grande ouverture numérique. Au cours de cette thèse, nous avons testé les propriétés optiques de la lentille et démontré la formation d’un col laser de 1 µm ainsi qu’un champ transverse sur lequel la lentille est limitée par diffraction de plus ou moins 25 µm. Après avoir démontré la capacité de ce système à piéger des atomes uniques, les caractérisations usuelles des conditions de piégeage ont été conduites: durée de vie, taux de chauffage, polarisation de la lumière de fluorescence, fréquences d’oscillations. Cette thèse s’est intéressée spécifiquement à la distribution d’énergie des atomes uniques piégés. La technique de lâcher et recapture combinée à une étude spectroscopique de l’occupation du piège par les atomes a conduit à la vérification du caractère thermique de la distribution d’énergie des atomes. Par un refroidissement laser combiné à un refroidissement adiabatique, une température minimale de 1,75 µK sans pertes d’atomes est obtenue avec un niveau vibrationnel moyen occupé égal à 4. Ces résultats sont très encourageants dans le contexte de l’information quantique où la température est souvent la principale limite physique à la durée de vie des cohérences d’un bit quantique. La dernière partie de cette thèse revient sur la problématique de la manipulation spatiale d’atomes uniques. Envisagé dans le cadre de la réalisation d’un calculateur quantique, le transfert d’un bit quantique et son déplacement dans l’espace sur une échelle compatible avec les caractéristiques d’un calculateur sont successivement étudiés. Ces travaux ont montré que ni l’état externe des atomes (au travers de leur température) ni leur état interne (à travers la durée de vie des cohérences d’un bit quantique) sont affectés par ce type de manipulations. / This thesis presents the early work done on a new setup that we have developped for trapping single atoms in an optical tweezer using only one diffraction limited large numerical aperture aspheric lens. Together with an experimental optical measurement of a 1µm laser beam waist created by such an aspheric lens, we showed that the diffraction limited transverse field of the lens is about plus or minus 25 µm. The ability of this new setup to trap single atoms is demonstrated and some crucial parameters are then determined : survival time in the dark, heating rate, fluorescence light polarisation, oscillation frequencies. During this PhD, we did focus our attention especially on determining the energy distribution of the single trapped atoms. A release and recapture technique along with the spectroscopic study of the energy levels occupation helped us show a termal behavior of a succession of single atoms in an optical twezer. By using common laser cooling techniques associated with adiabatic down ramping cooling, we showed that a reduction by a factor 100 of the mean energy corresponding to a mean vibrationnal energy level of about 4 and a minimum temperature of 1,75 µK. Spatial manipulation of single atoms and qubits was also studied. Using a tip-tilt platform, a second trap is set on the experiment and the transfer from one trap to the other, as well as the displacement of one trap with help of the platform, are experimentally studied. Both the temperature of the atoms and the qubit lifetime are showed to be insensitive to these manipulations.