Suite au développement récent des méthodes de production, les lentilles à forme libre sont de plus en plus utilisées dans les designs optiques. Néanmoins, leurs définitions mathématiques et leurs formes particulières rendent leur tolérancement et leurs réactions aux perturbations d’alignement difficilement prévisibles. Par conséquent, les outils à la portée des concepteurs optiques, tels que les logiciels de conception optique, ne sont pas toujours en mesure de fournir l’aide nécessaire. Dans ce mémoire, nous présentons d’abord les concepts théoriques et les récents développements relatifs à ces notions. Par la suite, l’analyse d’une lentille panomorphe dont la première surface est une lentille à forme libre nous révèle nombres de comportements particuliers mettant en évidence des relations entre l’empreinte du faisceau et la courbure de champ. Finalement, une nouvelle technique de tolérancement est présentée. Via une analyse en perturbative nécessitant peu de temps de calcul, il est possible de réduire les marges d’erreur allouées sur certaines variables, tout en maximisant l’effet sur la qualité d’image. Cette technique s’est avérée particulièrement efficace dans le cas où l’ajustement de la mise au point (mise au foyer) est limité spatialement. / In light of the new development of the production methods, free-form lens are used more frequently in optical design. However, their mathematical definitions as well as their specific shapes tend to make their tolerancing and reactions to perturbations hardly predictable. In consequence, the tools used by optical designers, like optical design programs, are not always able to help as they should. First, this document presents the recent developments and the theoretical concepts concerning these subjects. Thereafter, the analysis of a panomorph lens which has a free-form lens as a first surface reveals numbers of particular behavior showing relations between the field curvature and the footprint. Finally, a new tolerancing technique is presented. Using a perturbative analysis requiring a minimum of computing power, it is possible to reduce the allowed margins of error of certain variables while maximising the gain in image quality. This technique was particularly efficient in cases where the adjustment of the focus was spatially limited.

Ce projet vise à tester la faisabilité de l’incorporation de lentilles quadripolaires dans la source ionique LDTD pour la focalisation de faisceau d’ions créé par celle-ci. Puisque les sources ioniques fonctionnent à pression atmosphérique, il est donc nécessaire de tester si ce type de lentilles électrostatiques pourrait être adapté pour fonctionner dans un tel environnement. Il faut aussi tenir compte de l’espace restreint dans lequel ces lentilles seraient introduites. Des simulations avec le programme SIMION et le sous-programme SDS ont été réalisées afin de trouver une configuration de lentilles et de potentiels qui permet d’obtenir une focalisation d’ions sous ces conditions. Un prototype a été réalisé afin de caractériser le pouvoir de focalisation des lentilles et leur effet sur la décharge couronne dans une configuration pointe-plan. Les résultats obtenus démontrent que le prototype focalise effectivement les ions, mais qu’une tension source supérieure est nécessaire afin d’obtenir la décharge couronne. / The purpose of this project was to test the possibility of incorporating a system of quadrupole lenses into the ion source LDTD with the aim of focusing the ion beam created by the source. Since this kind of ion source operates under atmospheric pressure and the space in which the electrostatic lenses would be incorporated is fairly small, it was necessary to test if this type of lenses would be able to properly work with these restrictions. The first step was to obtain a proof of concept by simulating the lenses with the program SIMION and the user program SDS which allow us to simulate ions moving through a gas and different electric fields. We then created and characterized them by trying different configurations. All configurations succeeded in focusing the ion beam, but at the expense of an increase in the voltage needed to create the corona discharge.

Les systèmes hétérogènes issus de sources végétales tendent à être valorisés pour une utilisation comme ingrédients « naturels », communément appelés *clean label*, dans les produits alimentaires ; dans ce contexte, il est nécessaire de comprendre leur structure en lien avec leur fonctionnalité. Les purées de légumineuses ont un potentiel innovant : en plus de leur haute valeur nutritionnelle, elles diffèrent des ingrédients à base de légumineuses par les traitements de cuisson et broyage appliqués lors de leur préparation. Comme démontré dans des fruits et légumes, les purées sont des matrices complexes, composées d'une pulpe dispersée dans un sérum, et chacune des phases impacte les propriétés rhéologiques de la purée. Cependant, à ce jour très peu de travaux ont porté sur les purées de légumineuses dans une optique d'utilisation comme ingrédient alimentaire. Dans cette thèse, un modèle de purée à base de lentilles rouges a été développé pour comprendre les facteurs structuraux déterminant leurs propriétés rhéologiques, et ensuite étudier l'impact de l'incorporation de ces purées dans une application de type sauce mayonnaise en remplacement de l'huile. Les deux premiers volets de la thèse ont consisté à étudier la purée sur la base des particules cellulaires composant la pulpe d'une part, et de la phase sérum d'autre part. En premier lieu, la purée a été fractionnée pour séparer la pulpe sur la base de la taille des particules, et obtenir ainsi quatre fractions représentant respectivement : 1) des fragments cellulaires, 2) des cellules isolées, 3) des amas cellulaires et 4) une fraction mixte. Les travaux ont démontré l'implication des propriétés morphologiques des particules et de la localisation de l'amidon sur les propriétés rhéologiques des fractions. Les cellules isolées et les amas cellulaires, de taille importante et aux parois cellulaires faiblement brisées, étaient constitués d'amidon intracellulaire, contribuant à l'élasticité élevée du réseau. Les fragments, agrégés dans une matrice extracellulaire riche en amidon, permettaient plutôt de maintenir la stabilité face à la sédimentation lors de la dilution. Le rôle des particules sur les propriétés rhéologiques de la purée a donc été mis en lumière dans un premier temps, et le deuxième volet du projet s'est concentré sur l'impact de la mobilité de l'eau des purées et de la composition du sérum sur l'évolution de leurs propriétés rhéologiques et texturales. Pour ce faire, des purées à différentes teneurs en solides (15 à 25% p/p) et valeurs de pH (4.0 et 6.5) ont été réalisées, et entreposées jusqu'à 4 jours pour étudier l'effet de l'entreposage également. Une organisation structurale extracellulaire, impliquant la formation d'un réseau de protéines et d'amidon sous l'effet combiné du pH et du temps d'entreposage, a été proposé. À pH acide et lors d'un entreposage prolongé, la formation d'agrégats protéiques en combinaison avec la rétrogradation de l'amidon accentueraient le resserrement du réseau, générant une perte d'eau par synérèse et l'augmentation de fermeté des purées. Ces résultats ont donc démontré que la pulpe et le sérum de la purée contribuaient de manière complémentaire à ses propriétés rhéologiques, la pulpe étant composée de différentes particules cellulaires générant un système viscoélastique renforcé par le réseau extracellulaire, lui-même modulé par la composition du sérum. Les deux volets suivants consistaient à développer une application alimentaire concrète, soit une sauce mayonnaise allégée, dans laquelle les purées étaient utilisées comme substitut de l'huile à des fins de stabilisation techno-fonctionnelle. D'abord, les purées de lentilles rouges aux mêmes teneurs en solides qu'étudiées précédemment (15 à 25% p/p) ont été incorporées dans les sauces mayonnaises pour réduire la teneur en huile de 80% p/p (témoin) à 60, 40 et 20% p/p. Les purées ont démontré un effet stabilisateur sur les mayonnaises, en donnant lieu à des propriétés rhéologiques variables selon la teneur en huile. L'étude a révélé la transition entre un renforcement du réseau de gouttelettes d'huile entassées par la purée à 60% p/p d'huile, jusqu'à la formation d'un réseau élastique issu des particules de purées à 20% p/p d'huile, en passant par une étape intermédiaire transitionnelle provoquant une perte d'élasticité à 40% p/p. L'augmentation de la quantité de purée dans la mayonnaise (réduction d'huile) ainsi que l'augmentation de la teneur en solides totaux de la purée ont contribué à renforcer le réseau, probablement par effet stérique lié aux particules générant une augmentation des interactions extracellulaires. Dans la dernière partie de la thèse, les propriétés sensorielles des sauces mayonnaises, aux teneurs en huile préalablement étudiées, ont été analysées selon une méthode sensorielle de type « *Sorted Napping/Ultra Flash Profiling* » en utilisant trois types de purées de légumineuses (lentilles rouges, lentilles noires et pois jaune) comme substituts de l'huile. A travers l'expertise culinaire de chefs cuisiniers, les différences sensorielles des mayonnaises ont révélé un effet de la teneur en huile, en distinguant principalement les mayonnaises sur la base de leur texture et de leur acidité. L'utilisation de différents types de légumineuses a démontré que chacune conférait des propriétés sensorielles spécifiques selon la teneur en huile, élargissant ainsi le potentiel d'utilisation des purées dans des sauces. Ainsi, ce projet de thèse constitue une preuve de concept systématique de l'utilisation de nouveaux ingrédients complexes, nutritionnels et peu transformés, tels que des purées de légumineuses, pour pallier les défis fonctionnels rencontrés lors de l'enrichissement nutritionnel de produits alimentaires. La compréhension des mécanismes impliqués permet ainsi d'expliquer ensuite la fonctionnalité de ces ingrédients afin de les valoriser pleinement dans différents produits. / Heterogeneous systems derived from plant-based raw materials are valued for their use as clean label ingredients in food products. In this context, understanding their structure in relation to their functionality is crucial. Pulse purees hold innovative potential as they originate from a high-nutritional-value source, differing from legume-based ingredients due to the processing methods (cooking and grinding) used for their preparation. As demonstrated based on fruits and vegetables, purees are complex matrices composed of a pulp phase dispersed in serum, and each phase influences the rheological properties of the puree. However, very few studies have explored the potential of using pulse purees as food ingredients. In this thesis, a puree model based on red lentils was developed to understand the structural factors that determine its rheological properties. It was followed by the study of the puree addition impact into a mayonnaise sauce as a fat replacer. The first two parts of the thesis focused on studying the puree based on cellular particles composing the pulp on one hand, and serum phase on the other hand. First, the puree was fractionated to separate the pulp based on the particle size, resulting in fractions of: 1) cell fragments, 2) single cells, 3) cell clusters, and 4) a mixed fraction. The work demonstrated the involvement of particle morphological properties and starch localization on the rheological properties of the fractions. Single cells and cell clusters of large size and made of weakly disrupted cell walls contained intracellular starch and contributed to the high elasticity of the network. Cell fragments, aggregated in a starch-rich extracellular matrix, helped to maintain the network stability by limiting sedimentation upon dilution. The role of particles on the rheological properties of the puree was thus highlighted, and the second part of the project focused on the impact of water mobility in the puree and the serum composition on the evolution of their rheological and textural properties. To achieve this, purees with different total solid contents (15 to 25%) and pH values (4.0 and 6.5) were prepared and stored for up to 4 days to study the effect of storage time as well. An extracellular structural organization involving the formation of a specific network of starch and protein under the combined effects of pH and storage time was proposed. At acidic pH and extended storage, the formation of protein aggregates combined with starch retrogradation would tighten the network, leading to water loss through syneresis and increased firmness of the purees. These results demonstrated that the particles and the serum phase contributed in a complementary way to the purees rheological properties, the pulp being composed of various cellular particles generating a significant viscoelastic system reinforced by the extracellular network, modulated itself by the serum composition. The last two parts of the project aimed to develop a food application, a light mayonnaise sauce, in which purees were used as an oil substitute for techno-functional stabilization. Red lentil purees with the same solid contents as previously studied (15 to 25%) were incorporated into mayonnaise sauces to reduce the oil content from 80% (control) to 60, 40, and 20%. The purees demonstrated a stabilizing effect on mayonnaises, resulting in variable rheological properties depending on the oil content. A structural transition was suggested, from the reinforcement of the close-packed oil droplets network by puree components at 60% oil to the formation of an elastic network based on puree particles at 20% oil, while an intermediate transitional stage caused an elasticity drop at 40%. The increase of puree content in mayonnaises (oil reduction) and of puree solid contents both contributed to strengthen the network by steric hindrance from the puree particles, increasing extracellular interactions. In the final part of the thesis, the sensory properties of mayonnaise sauces made with the previously studied oil contents were analyzed using a « *Sorted Napping/Ultra Flash Profiling* » sensory method using three types of pulse purees (red lentils, black lentils, and yellow peas) as oil substitutes. Through the culinary expertise of chefs, sensory differences in mayonnaises revealed a main effect of the oil content, distinguishing the sauces based mainly on their texture and acidity. Each type of puree conferred specific sensory properties based on the mayonnaise oil content, thereby expanding their potential as fat replacers. Thus, this thesis project constitutes a systematic proof of concept for the use of novel, complex, nutritive and minimally processed ingredients such as pulse purees, to address the functional challenges encountered during the nutritional enrichment of food products. Understanding the mechanisms clarifies the role of these ingredients' functionality, enabling their upcoming valorization in various products.

Certaines lentilles inhomogènes à gradient d'indice présentent de nombreuses propriétés intéressantes (focalisation, dépointage, comportement large bande, etc.). <br />Parmi celles-ci, la lentille hémisphérique "Half Maxwell Fish-Eye" (HMFE) a rarement été étudiée auparavant. Cette thèse a pour but d'approfondir les connaissances sur cette lentille. Des outils de conception et d'analyse ont ainsi été développés.<br />Une méthode d'optimisation de la discrétisation du gradient d'indice a été proposée et appliquée aux lentilles HMFE et de Luneburg. Elle permet de choisir les paramètres des lentilles stratifiées et est généralisable à tout type de loi à dépendance radiale tant diélectrique que magnétique.<br />La majeure partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de deux codes de calcul utilisant la technique de raccordement des modes basée sur les fonctions d'ondes sphériques.<br />Le premier code permet l'analyse rapide des lentilles stratifiées de forme sphérique et hémisphérique de toute taille associées à une source réelle. Le second est formulé pour prendre en compte des structures stratifiées de forme arbitraire avec la possibilité d'introduire du métal. Cette méthode est appliquée à l'étude d'objets diffractants de révolution.<br />D'un point de vue applicatif, les performances en focalisation des antennes lentilles HMFE sont analysées et comparées à celles des lentilles de Luneburg. Les capacités de dépointage de cette lentille sont aussi quantifiées et une antenne lentille HMFE reconfigurable est présentée.<br />Ces performances sont validées par des mesures d'antennes lentilles HMFE en ondes millimétriques.

Les supernovae de Type Ia sont devenues un outil essentiel dans la cosmologie observationnelle moderne. En étudiant la relation distance-redshift d'un grand nombre de supernovae, la nature de l'énergie noire peut être contrainte. Les distances au SNe de Type Ia sont néanmoins affectées par l'effet de lentilles gravitationnelles qui pourrait induire des effets systématiques dans les mesures de cosmologie. La plupart des supernovae sont faiblement demagnifiées et une petite fraction sont magnifiées de manière importante du fait de la distribution de masse dans la ligne de visée. Ceci induit naturellement une dispersion supplementaire dans les magnitudes observées. Il existe 2 façons d'estimer l'amplification des SNe Ia. Une première méthode consiste à comparer la luminosité de la supernova, qui est mesuré avec une précision typique de 15% , à la moyenne des luminosités de SNe au même redshift. Une autre estimation peut être obtenue en prédisant l'amplification induit par la densité de matière en avant-plan modelée en se basant sur les mesures de la luminosité des galaxies avec un à priori initial sur la relation de masse-luminosité des galaxies. La corrélation entre ces 2 estimateurs permet d'accorder la relation de masse-luminosité utilisée initialement pour obtenir une mesure indépendante fondée sur la luminosité des SNe Ia. Bien évidemment, cette mesure nécessite dans un premier temps la détection de cette corrélation et cette thèse a été dédiée à la mesure de la corrélation dans l'échantillon de SNLS 3 ans. Les supernovae de Type Ia sont devenues un outil essentiel dans la cosmologie observationnelle moderne. En étudiant la relation distance-redshift d'un grand nombre de supernovae, la nature de l'énergie noire peut être contrainte. Les distances au SNe de Type Ia sont néanmoins affectées par l'effet de lentilles gravitationnelles qui pourrait induire des effets systématiques dans les mesures de cosmologie. La plupart des supernovae sont faiblement demagnifiées et une petite fraction sont magnifiées de manière importante du fait de la distribution de masse dans la ligne de visée. Ceci induit naturellement une dispersion supplementaire dans les magnitudes observées. Il existe 2 façons d'estimer l'amplification des SNe Ia. Une première méthode consiste à comparer la luminosité de la supernova, qui est mesuré avec une précision typique de 15% , à la moyenne des luminosités de SNe au même redshift. Une autre estimation peut être obtenue en prédisant l'amplification induit par la densité de matière en avant-plan modelée en se basant sur les mesures de la luminosité des galaxies avec un à priori initial sur la relation de masse-luminosité des galaxies. La corrélation entre ces 2 estimateurs permet d'accorder la relation de masse-luminosité utilisée initialement pour obtenir une mesure indépendante fondée sur la luminosité des SNe Ia. Bien évidemment, cette mesure nécessite dans un premier temps la détection de cette corrélation et cette thèse a été dédiée à la mesure de la corrélation dans l'échantillon de SNLS 3 ans.

La présente thèse porte sur quatre aspects différents de l’astronomie des hautes énergies.La première partie de ma thèse est dédiée à un développement instrumental pour les télescopes Cherenkov imageurs, le système de déclenchement de niveau 2 du télescope de 28 mètres du réseau H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). Mon travail s’est focalisé sur l’invention d’algorithmes et les simulations Monte-Carlo du système de déclenchement, ainsi que la comparaison de la reconstruction au niveau de la carte de déclenchement à la reconstruction ”hors-ligne” (Moudden,Barnacka, Glicenstein et al. 2011a; Moudden, Venault, Barnacka et al. 2011b). Je décris le système et j’évalue ses performances.Le réseau H.E.S.S. a observé le blazar PKS1510-089. La deuxième partie de ma thèse traite de l’analyse des données et la modélisation de l’émission large bande de ce blazar. C’est un exemple de quasar radio à spectre plat (FSRQ), pour lequel il n’est attendu aucune émission aux très hautes énergiesJ’ai modélisé les données observées pendant un "flare” de PKS1510-089. Ce modèle est basé sur un scénario de choc interne à une zone.Le troisième chapitre de ma thèse est une étude d’un autre phénomène affectant potentiellement les blazars observés par FERMI-LAT: l’effet de lentille gravitationnelle fort. Cette partie de ma thèse montre le premier indice de présence d’un effet de lentille gravitationnelle dans le domaine des photons de haute énergie. Cet indice provient de l’observation d’un écho dans la courbe de lumière du blazar distant PKS1830-211, qui est une lentille gravitationnelle connue. Les méthodes d’estimation des retards temporels dans les systèmes de lentille gravitationnelles reposent sur la corrélation croisée des courbes de lumière individuelles. Dans l’analyse présentée dans cette thèse, j’ai utilisé des photons de 300 MeV à 30 GeV détectés par l’instrument FERMI-LAT. L’instrument FERMI-LAT ne peut pas séparer spatialement les images des lentilles gravitationnelles fortes connues. La courbe de lumière observée est donc la superposition des courbes de lumière des images individuelles. Les données du FERMI-LAT ont l’avantage d’être des séries temporelles régulièrement espacées,avec un bruit de photons très bas. Cela permet d’utiliser directement les méthodes de transformées de Fourier. Un retard temporel entre les images compactes de PKS1830-211 a été recherché par deux méthodes : une méthode d’auto-corrélation et la méthode du ”double spectre”. La méthode du double spectre fournit un signal de 27 ± 0.6jours (statistique) avec une significativité de 4.2 σ. Ce résultat est compatible avec ceux de Lovell et al (1998) et Wiklind et Combes (2001).La dernière partie de ma thèse est consacrée à un effet de lentille différent, le ”femtolensing”. La recherche d’effets de femtolensing a été utlisée pour obtenir des limites sur l’abondance de trous noirs primordiaux. Celle-ci a été contrainte de manière significative dans un large domaine de masses. Les limites les moins contraignantes ont été établies pour les objets de faible masse, pour lesquels la détection représente un défi expérimental. J’ai utilisé les sursauts gamma de redshift connus d´etectés par le Fermi Gamma Ray Burst Monitor (GBM) pour rechercher d’éventuels effets de femtolensing produits par des objets compacts sur la ligne de visée. L’absence de ces effets de femtolensing montre que des trous noirs primordiaux de masse comprises entre 5×10^17 et 10^20 g ne constituent pas une fraction importante de la matière noire. J’ai effectué mes études de thèse en co-tutelle entre le Centre Astronomique Nicolaus Copernicus de l’académie des sciences polonaise, à Varsovie et l’Institut de Recherches sur les Lois fondamentales de l’Univers du CNRS à Saclay, en France. / This thesis presents the study of four aspects of high energy astronomy.The first part of my thesis is dedicated to an aspect of instrument development for imaging atmospheric Cherenkov telescopes, namely the Level 2 trigger system of the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.). My work on the project focused on the algorithm development and the Monte Carlo simulations of the trigger system and overall instrument (Moudden, Barnacka, Glicenstein et al. 2011a; Moudden, Venault, Barnacka et al. 2011b). The hardware implementation of the system is described andits expected performances are then evaluated. The H.E.S.S. array has been used to observe the blazar PKS 1510-089.The second part of my thesis deals with the data analysis and modeling of broad-band emission of this particular blazar. In part II of my thesis, I am presenting the analysis of the H.E.S.S. data: the light curve and spectrum of PKS 1510-089, together with the FERMI data and a collection of multi-wavelength data obtained with various instruments. I am presenting the model of PKS 1510-089 observations carried out during a flare recorded by H.E.S.S.. The model is based on a single zone internal shock scenario.The third part of my thesis deals with blazars observed by the FERMI-LAT, but from the point of view of other phenomena: a strong gravitational lensing. This part of my thesis shows the first evidence for gravitational lensing phenomena in high energy gamma-rays. This evidence comes from the observation of a gravitational lens system induced echo in the light curve of the distant blazar PKS 1830-211. Traditionalmethods for the estimation of time delays in gravitational lensing systems rely on the cross-correlation of the light curves from individual images. In my thesis, I used 300 MeV-30 GeV photons detected by the Fermi-LAT instrument. The FERMI-LAT instrument cannot separate the images of known lenses. The observed light curve is thus the superposition of individual image light curves. The FERMI-LAT instrument has the advantage of providing long, evenly spaced, time series with very low photonnoise. This allows to use directly Fourier transform methods. A time delay between the two compact images of PKS 1830-211 has been searchedfor both by the autocorrelation method and a new method: the “double power spectrum”. The double power spectrum shows a 4.2 σ evidence for a time delay of 27.1±0.6 days (Barnacka et al. 2011), consistent with the results from Lovell et al. (1998) and Wiklind & Combes (2001).The last part of my thesis concentrates on another lensing phenomena called ”femtolensing”. The search for femtolensing effects has been used to derive limits on the primordial black holes abundance. The abundance of primordial black holes is currently significantly constrained in a wide range of masses. The weakest limits are established for the small mass objects, where the small intensity of the associated physical phenomenon provides a challenge for current experiments. I have usedgamma-ray bursts with known redshifts detected by the FERMI Gamma-ray Burst Monitor (GBM) to search for the femtolensing effects caused by compact objects. The lack of femtolensing detection in the GBM data provides new evidence that primordial black holes in the mass range 5 × 10^17 – 10^20 g do not constitute a major fraction of dark matter (Barnacka et al. 2012). My Ph.D. studies have been carried out jointly between the Nicolaus Copernicus Astronomical Center of the Polish Academy of Sciences, in Warsaw in Poland and the IRFU institute of the Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives(CEA) Saclay in France.

La thèse porte sur un nouveau concept pour les afficheurs de réalité augmentée placés près de l’œil, notamment pour améliorer les champs de vision. Deux guides d'ondes sont empilés avec un petit espace d'air entre eux. La lumière couplée dans le premier guide d'ondes par le coupleur d’entrée se propage par réflexion interne totale jusqu'à atteindre un miroir cylindrique à l'extrémité du guide. Puis, la lumière réfléchie est couplée dans le second guide d'ondes avant d'atteindre le coupleur de sortie. Un système similaire basé sur des micro-prismes est aussi décrit. Les conceptions ont été simulées avec le logiciel Zemax. Les champs de vision horizontal et vertical obtenus sont respectivement de 30° et 60°. La Fonction de Transfert de Modulation pour tous les champs objets est supérieure à 30% pour 33 npl/mm, ce qui est suffisant pour un système visuel. De plus, un grand volume de déplacement admissible pour l’œil (Eye-box) d'environ 10×8 mm a été obtenu. / We propose a new concept to improve notably the fields-of-view (FOV) of the near to eye displays (NEDs) for augmented reality. Two waveguides are stacked with a small air gap between them. The light coupled in the first waveguide by the in-coupler propagates by total internal reflection until it reaches a cylindrical mirror at the end of the guide. Then, the reflected light is coupled in the second waveguide before to reach the out-coupler. A similar system based on micro-prisms is also described. The designs were simulated with Zemax software. The obtained horizontal and vertical FOV are respectively 30° and 60°. The Modulation Transfer Function for all object fields is greater than 30% for 33 npl/mm, which is sufficient for a visual system. In addition, a large Eye-box of approximately 10 × 8 mm was obtained.

Le procédé d’imprégnation en milieu supercritique est une alternative « propre » à l’imprégnation par voie liquide. Entre autres applications, les procédés d’imprégnation peuvent être utilisés pour l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments appliqués aux domaines pharmaceutique et médical. Cette étude porte sur l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments en utilisant l'imprégnation supercritique des principes actifs sur deux types de supports : des matrices polymériques (lentilles intraoculaires) et des matrices poreuses (silices mésoporeuses). Dans le premier cas, des lentilles polymériques intraoculaires (IOLs), utilisées pour la chirurgie de la cataracte, ont été imprégnées par des principes actifs : un anti-inflammatoire (Dexaméthasone 21-phosphate disodium: DXP) et un antibiotique (Ciprofloxacine: CIP). Plus particulièrement, deux types de lentilles ont été étudiés : des IOLs rigides à base de PMMA et des IOLs souples à base de P-HEMA. Les expériences d'imprégnation supercritique ont été effectuées en mode batch et les taux d'imprégnation ont été déterminés par des études de cinétique de relargage des principes actifs. L’influence des conditions opératoires sur l’efficacité de l’imprégnation a été étudiée en réalisant des expériences d’imprégnation préliminaires suivies par des plans d’expériences par la suite. Dans le second cas, une silice mésoporeuse a été utilisée comme support d’imprégnation pour un médicament faiblement hydrosoluble (Fénofibrate), afin d’augmenter sa cinétique de dissolution. L’imprégnation supercritique a été effectuée avec le CO2 pur en faisant varier la pression et le taux de dépressurisation (rapide et lent). / Supercritical impregnation is an attractive “clean” alternative to conventional impregnation processes using generally liquid organic solvents. Among other applications, the impregnation process can be used for the development of controlled drug delivery systems applied to the pharmaceutical and medical fields. This work focuses on the preparation of controlled drug delivery systems using supercritical impregnation of drugs in two kinds of impregnation supports: polymeric matrices (intraocular lenses) and porous supports (mesoporous silica). Firstly, the supercritical impregnation of polymeric intraocular lenses (IOLs), used in cataract surgery, by an anti-inflammatory drug (Dexamethasone 21-phosphate disodium: DXP) and an antibiotic (Ciprofloxacin: CIP), is studied. More particularly, two polymeric IOLs were tested: rigid intraocular lenses made from derivative of PMMA and foldable intraocular lenses made from derivative of P-HEMA. Supercritical impregnations were carried out in a batch mode and the impregnation yields were determined through drug release kinetics studies in a solution simulating the aqueous humor. The influence of operating conditions on impregnation was studied by performing preliminary impregnation experiments followed by experimental designs. The second part of this work deals with the loading of a poorly water-soluble drug (Fenofibrate) in a mesoporous silica for improving drug dissolution kinetics. Supercritical impregnations were carried out with pure CO2 at different pressures (100 to 200 bar) and depressurization rates (rapid and slow).

Dans un contexte de vieillissement de la population, et donc d’augmentation du nombre de presbytes, l’amélioration des optiques destinées à la correction de ce défaut visuel est un enjeu crucial. Nous avons cherché à optimiser le design des optiques bifocales, qui ne présentent que deux puissances différentes: une pour la vision de loin et une pour la vision de près. Pour cela, nous avons simulé des images telles qu’elles seraient vues à travers nos designs, et les avons fait noter par des sujets. La première étude s’est penchée sur le ratio d’aire optimisant la vision au loin comme au près. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour un ratio de 40% de vision de près au centre, même si des valeurs de 20 à 50% étaient satisfaisantes. Cependant, ces optiques à deux zones concentriques ont un défaut : elles sont très sensibles au changement de diamètre pupillaire, qui est très fréquent. Un changement de taille de pupille entrainant une modification du ratio d’aires, la solution consiste à utiliser plusieurs zones concentriques alternant entre correction de loin et de près. La seconde étude s’est focalisée sur l’optimisation du nombre de zones concentriques dans ces optiques bifocales par la même méthode. Lorsque le nombre de zones est augmenté suffisamment, des interférences permettent d’augmenter également la qualité de vision intermédiaire, nos profils étant disposés comme des réseaux de Fresnel. Les profils à 5 zones permettent une bonne vision de loin et de près en redonnant une légère vision intermédiaire, et les profils à 8 zones donnent une qualité de vision similaire au loin, en intermédiaire et au près. Ces profils ont ensuite été évalués dans des conditions plus réalistes, en présence d’aberrations, de décentrement, de différents diamètres pupillaires par deux populations d’âge différent. L’âge des sujets n’influence pas leur évaluation des optiques. Les aberrations ont plus d’impact sur la qualité visuelle que le décentrement. Le diamètre pupillaire a une influence plus forte sur les profils possédant moins de zones. Enfin, nous avons comparé nos profils optimisés avec des lentilles de contact disponibles sur le marché. Du point de vue de la qualité visuelle comme de la profondeur de champ, nos profils étaient meilleurs que les lentilles du marché. Il serait donc intéressant d’en créer des prototypes pour effectuer des tests au porté. Les designs développés dans cette thèse pourraient servir à effectuer une personnalisation de la correction optique des presbytes. Différents designs pourraient être proposés pour chaque oeil, permettant de combiner deux profils par sujets. De nombreuses variations inter-individuelles, également observées dans les études précédentes, restent toujours imprévisibles. Elles pourraient être dues à des différences de sensibilité au contraste ou de tolérance au flou. Il serait donc intéressant de développer un test optométrique, consistant à faire évaluer des images floues par le sujet, de façon à prédire s’il s’agit d’un bon candidat au port de lentilles bifocales. / Giving the aging of the population, and therefore the augmentation of presbyopes, the improvement of optics used to compensate for this visual impairment are at stake. We optimized bifocal optics designs, which only have two powers: one dedicated to distance vision and one dedicated to near vision. For this, we simulated images as they would appear through our designed optics, and asked subjects to grade the quality of these simulated images. First study dealt with the ratio of area optimizing visual quality at distance and at near. The best results were obtained for a ratio of 40% of central near vision, even if values from 20 to 50% gave quite comparable satisfying results. However, these 2 zone optics have a drawback they are very sensitive to the change of pupil diameter, which happens very often. A change in pupil size leads to a change of ratio of areas, the solution consists in using several concentric zones alternating between distance and near correction. The second study was about the optimization of the number of concentric zones in these bifocal optics using the same method. When the number of zones is increased enough, interferences allow to improve intermediate visual quality, as our profiles are built as Fresnel networks. Five zone profiles give a good distance and near vision with a little intermediate vision, and 8 zone profiles give an acceptable quality of vision from far to near. These profiles were evaluated in more realistic conditions, in presence of aberrations, decentration and different pupil diameters by two populations with different age. The age of subjects did not influence their evaluation of the optics. Aberrations had more impact on visual quality than decentration. Pupil diameter had a stronger influence on the optics with less number of zones. Eventually, we compared our optimized profiles with actual contact lenses available on the market. When looking at visual quality and depth-of-focus, our profiles were better than the ones available on the market. Therefore, it would be interesting to make prototypes to try them on real subjects. The designs developed in this work could be used to personalize presbyopes optical compensation. Different designs could be tried on each eye, allowing to combine two profiles per subject. A lot of inter-individual variations, also observed in previous studies, remain unpredictable. They could be linked to differences in contrast sensitivity or tolerance to blur. It would be interesting to create a visual test consisting in evaluating blurred images, in order to predict of a subject is a good candidate to fit with bifocal optics.

L’implantation de lentilles intraoculaires est le traitement substitutif standard de la cataracte toutes origines confondues. L’implantation est faite à la suite de l’extraction du cristallin par phacoémulsification. Les implants souples, en acrylates hydrophobes, à bord carrés et « 1 pièce » sont recommandés pour prévenir la survenue de complications post-opératoires telles que l’opacification capsulaire postérieure. Cette complication multifactorielle est associée à un défaut de biocompatibilité. L’acte chirurgical, la physiopathologie du patient ainsi que la forme de la lentille intraoculaire modifient l’incidence. Malgré plusieurs mesures préventives, l’incidence n’est pas nulle et la prévalence continue d’augmenter avec le temps. Des cas tardifs d’opacifications surviennent jusqu’à 9 ans après la chirurgie. Un de nos objectifs dans le cadre de ce travail était de relier cette complication tardive au mécanisme de vieillissement des implants intraoculaires. Les résultats obtenus après hydrolyse et photo-oxydation, ont montré une altération des caractéristiques du polymère avec formation de composés néoformés de faibles masses moléculaires, qui diffusent au travers du polymère et migrent vers la surface en fonction de leur polarité et leur masse moléculaire. Il en résulte la création d’un gradient de concentrations de composés hydrophiles en surface et de composés hydrophobes dans les couches inférieures de l’implant. La vitesse du mécanisme de vieillissement est directement liée aux conditions (température, intensité de photo-oxydation). Par ailleurs, nous avons démontré l’existence d’une variation inter et intra lots des caractéristiques physico-chimiques de ces implants. Ces modifications de propriétés de surface constituent une explication à la survenue des complications tardives qui est liées à une modification de la biocompatibilité des implants intraoculaires, après vieillissement / Intraocular lenses are the main treatment for cataract surgery whatever the origin. The implantation is done in the same surgical time as the lens extraction by phacoemulsification. Today, the recommended lenses are foldable acrylic copolymers with square edges and “1-piece”. This design decreases the incidence of adverse events as posterior capsular opacification (POC). This complication is multifactorial and is associated with a poor biocompatibility. The surgery and physiopathology are two others factor that impact the incidence of PCO. Despite many preventive actions, the incidence is not null and prevalence keep on increasing each year after the surgery. The late PCO cases occur until 9 years after the surgery. One of our objectives in the context of this work was to link this late complication to the aging mechanism of intraocular implants. The results obtained after hydrolysis and photo-oxidation have showed the characteristic modifications of the polymer with formation of low molecular weight compounds, which diffuse through the polymer and migrate to the surface, as a function of their polarity and their molecular weight. All these modifications have created concentration gradient. Indeed, the hydrophilic compounds have diffused on the surface and hydrophobic compounds in the implant matrix. The kinetic of the aging process is directly related to the aging conditions applied (temperature, intensity of photo-oxidation). Furthermore, we have demonstrated the existence of the variability between and within batches, of the physicochemical characteristics of these implants. These surface property modifications are an explanation for the occurrence of late complications that is related to a modification of the intraocular lenses biocompatibility after aging.