Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact considérable de désordre aléatoire sur le transport de la lumière lente dans les guides à cristaux photoniques 1D, c'est-à-dire la localisation de la lumière. Les mesures en champ proche, les simulations statistiques et le modèle théorique révèlent l'existence d'une limite inférieure de l’extension spatiale des modes localisés. Nous avons également présenté que le niveau de désordre et l’extension spatiale de mode localisé individuelle sont liés par la masse effective de photons plutôt que la vitesse de groupe considérant en général.Deuxièmement, les systèmes hybrides d'atomes froids et des guides à cristaux photoniques ont été reconnus comme un approche prometteuse pour l'ingénierie grande interaction lumière-matière au niveau des atomes et des photons individuels. Dans cette thèse, nous avons étudié la physique, à savoir le transport de la lumière dans des guides de nanophotonique périodiques couplées à des atomes à deux niveaux. Notre expression semi-analytique développée est générale et peut rapidement caractériser le couplage entre les atomes froids et les photons guidées. Pour surmonter les difficultés techniques considérables existent dans les systèmes hybrides atomique et photonique, nous avons conçu un guide nanophotonique qui supporte un mode de Bloch lente guidée avec grande queue évanescente dans l'espace libre pour les atomes froids de piégeage. Pour adapter précisément la région de fréquence de la lumière lente du mode guidé à la ligne de transition atomique, nous avons conçu la bande photonique et de la courbe de dispersion du mode guidé afin que la force de l'interaction est robuste contre imprévisible fabrication imperfection. / In this thesis, we firstly investigated the striking influence of random disorder on light transport near band edges in one dimensional photonic crystal wave guides, i.e. light localization. Near-field measurements, statistical simulations and theoretical model revealed the existence of a lower bound for the spatial extent of localized modes. We also showed that the disorder level and the spatial extent of individual localized mode is linked by the photon effective mass rather than the generally considered group velocity. Secondly, hybrid cold atoms and photonic crystal wave guides system have been recognized as a promising paradigm for engineering large light-matter interaction at single atoms and photons level. In this thesis, we studied the basic physics, i.e. light transport in periodic nanophotonic wave guides coupled to two-level atoms. Our developed general semi-analytical expression can quickly characterize the coupling between cold atoms and guided photons. Aim to overcome the significant technical challenges existed for developing hybrid atom-photonic systems, we designed a nanophotonic waveguide, which supports a slow guided Bloch mode with large evanescent tail in free space for cold atoms trapping (release the limitation imposed by Casmir Polder force and technical challenge of nanoscale manipulation of cold atoms). To match precisely the slow light region of the guided mode to the atomic transition line, we carefully engineered the photonic band and the dispersion curve (i.e.flatness) of the guided mode so that the interaction strength is robust against unpredictable fabrication imperfection.

Les changements anthropiques peuvent affecter de manière inattendue les écosystèmes, y compris les agroécosystèmes. Une technologie qui pourrait provoquer de tels effets est l'éclairage artificiel utilisé pour maintenir la productivité des cultures en serre. L'allongement de la photopériode et la qualité spectrale artificielle des luminaires pourraient ainsi affecter les insectes ravageurs et leurs ennemis naturels. L'hypothèse de cette étude est que l'utilisation de lampes DELs peut améliorer l'efficacité de la lutte biologique par le parasitoïde Aphidius matricariae (Hymenoptera: Braconidae) contre le puceron Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae), tout en promouvant la croissance du poivron Capsicum annuum (Solanales: Solanaceae). Afin de vérifier cette hypothèse, l'impact de quatre photopériodes (14, 16, 18 et 20 heures) et trois qualités spectrales lors de l'allongement de la photopériode sur l'activité locomotrice du parasitoïde et la fécondité du puceron a été étudié en chambres de croissance. Afin de déterminer les effets de la lumière sur ces organismes et leurs interactions dans un contexte tritrophique, l'impact de l'allongement du jour par deux régimes lumineux de qualité spectrale différente sur la croissance du poivron, la densité des pucerons et la production de momies par le parasitoïde a été étudié en serre. Mes résultats ont démontré que les conditions lumineuses ont influencé la distribution temporelle de l'activité du parasitoïde, mais n'ont pas affecté son activité totale, ni la fécondité du puceron. En serre, l'éclairage supplémentaire a accru de 127 % la matière sèche moyenne des plantes, sans affecter la densité des pucerons. Les parasitoïdes ont réduit de 93 % la densité moyenne des pucerons, peu importe le traitement lumineux étudié. Mes résultats suggèrent donc que les insectes peuvent être résilients aux changements dramatiques de l'environnement lumineux en serre, ce qui démontre qu'il est possible d'ajuster les conditions lumineuses pour optimiser la croissance des plantes sans compromettre la lutte biologique. / Anthropogenic changes to ecosystems can have unexpected side effects, including in agroecosystems. One technology that may produce such side effects is supplemental light, which is used to maintain productivity in greenhouse crops. The lengthened photoperiods and artificial spectral qualities of the lamps used may also affect greenhouse pests and their natural enemies. The hypothesis of this research is that LED greenhouse illumination can improve efficacy of biological control by the parasitoid Aphidius matricariae (Hymenoptera: Braconidae) against the aphid Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae) while promoting the growth of the bell pepper Capsicum annuum (Solanales: Solanaceae). To test this hypothesis, the impact of four photoperiods (14, 16, 18, and 20 hours) and three spectral qualities for day length extension on the locomotor activity of the parasitoid and the fecundity of the aphid were tested in growth chambers. To examine the effects of light on the organisms and their interactions in a tri-trophic context, the effects of day extensions of two spectral qualities on bell pepper dry biomass, aphid population density, and parasitoid mummy formation were evaluated in a greenhouse. My results showed that the light conditions influenced the timing of the parasitoid's daily locomotor activity, but not its total activity. Light conditions also had no effect on aphid fecundity. In the greenhouse, supplemental LED lighting promoted plant growth, increasing dry biomass by 127% on average, without affecting aphid densities. Parasitoids reduced aphid populations by 93% on average, regardless of the LED treatment. Therefore, my findings suggest that greenhouse insects can be resilient to dramatic changes in greenhouse lighting, which shows that it is possible to adjust light conditions to optimize plant growth without compromising biocontrol.

L'électrodynamique quantique en cavité et en circuit étudie l'interaction lumière-matière à son stade le plus fondamental, dans lequel un atome unique, qu'il soit naturel ou artificiel, interagit avec un seul mode du champ électromagnétique. Dans ce système, le confinement du champ augmente l'intensité de l'interaction jusqu'à permettre d'observer l'échange cohérent de quanta entre lumière et matière [1, 2, 3]. Récemment, des expériences réalisées à l'aide de qubits supraconducteurs ont démontré des couplages record caractéristiques d'un nouveau régime, dit ultra-fort, dans lequel l'état fondamental n'est plus le vide, mais un état fortement intriqué entre l'atome et le champ [4, 5]. Malgré cet accroissement gigantesque du couplage lumière-matière, ce dernier est le plus souvent négligé lorsqu'on considère l'interaction de ce système avec son environnement. En effet, la plupart des travaux théoriques publiés récemment décrivent la dynamique dissipative du système atome-cavité en se basant sur l'équation maîtresse de l'optique quantique, un modèle valide seulement dans le cas de l'atome ou du résonateur séparés [6, 7, 8, 9]. Dans ce travail, on démontre qu'employer l'équation maîtresse de l'optique quantique en couplage ultra-fort mène des prédictions qui violent la conservation de l'énergie. Pour pallier ce problème, on établit un modèle de la dissipation qui inclut le couplage atome-champ. On montre en particulier que des fluctuations aléatoires dans la fréquence de l'atome artificiel peuvent générer des excitations dans le système des fréquences précises. On indique aussi que des oscillations cohérentes à ces fréquences dans l'espacement des niveaux de l'atome pourraient être utiles pour accélérer le contrôle cohérent du système quantique. Notre modèle prédit finalement une asymétrie dans les raies de spectroscopie du système atome-cavité qui pourrait être exploitée pour sonder la densité spectrale de bruit de l'environnement des fréquences jusqu'à ce jour inexplorées.

Cette étude a pour but la conversion des spécifications géométriques de tolérance en zones d'incertitudes. Pour cela, une représentation des zones de tolérance a été faite, en tenant compte de tous les différents types de tolérancements pouvant y être imposés. Après cela, ces zones de tolérances ont été exprimées sous forme de torseurs de petits déplacements. Par la suite, les éléments de ces torseurs ont été bornés afin de délimiter la zone de tolérance. À ce stade, les équations gouvernant la conversion des spécifications géométriques en zones d'incertitudes sont établies.Cette procédure a été faite pour chaque type de zone de tolérance à savoir, un disque, un trou, le décalage d'une ligne, le décalage d'une paroi plane, un cylindre, un anneau, un parallélépipède et une rainure. Ce développement a aussi été enlisé pour les deux mouvements de recherche, à savoir les déterministes et les statisticiens. Finalement le principe du maximum de matière a été introduit pour toutes les équations.

La thèse de doctorat “Modes de basse fréquence de petites nanoparticules (nanocristaux métalliques) et de grosses nanosphères (virus) : une étude par diffusion inélastique de la lumière” est dédiée à l'investigation des propriétés acoustiques de différents nano-objets: nanoparticules métalliques (D<30 nm) d'une part et colloïdes/particules virales (D~200 nm) d'autre part. La diffusion inélastique de la lumière (Raman/Brillouin) est utilisée comme instrument de recherche principal pour étudier les vibrations de nanoparticules et pour déterminer leurs paramètres élastiques et mécaniques. Dans le premier chapitre de ce travail, la théorie d'élasticité continue est utilisée afin de présenter une analyse qualitative et de nomenclature des vibrations de sphères solides; plusieurs modèles théoriques, permettant de décrire le comportement vibrationnel de nanoparticules dans un milieu environnant, et comment celui-ci dépend de l'anisotropie inhérente à une structure cristalline interne, sont discutés. Le deuxième chapitre est consacré à la description physique de la diffusion inélastique de la lumière provenant des fluctuations de polarisabilité induite par les vibrations. Deux types de diffusion inélastique de la lumière sont décrits: la diffusion Brillouin, associée au couplage de la lumière incidente (photon) avec les ondes acoustiques (phonon) dans un matériau massif, et la diffusion de Raman provenant de l'interaction entre un photon incident et des vibrations localisées, comme les vibrations de « petites » (D<) nanoparticules. La description détaillée et les principes d'opération des instruments spectroscopiques (tandem Fabry-Pérot) utilisés pour réaliser ces recherches (diffusion inélastique aux basses fréquences, entre 3 et 300 GHz) sont donnés. Le troisième chapitre se focalise sur l'étude des modes basse fréquence de petites nanoparticules métalliques. Trois systèmes sont étudiés : des nanoparticules d'alliage AuAg et de Cu insérées dans une matrice vitreuse et des nanocristaux d'Au déposés sur une surface. Le système AuAg permet d'étudier un spectre Raman remarquablement riche présentant des contributions des modes fondamentaux et des harmoniques d'ordre élevé. Les données expérimentales s'accordent relativement bien avec les calculs théoriques, étayant ainsi la compréhension des ingrédients essentiels de la diffusion Raman par les modes de nanoparticules. L'étude des nanocristaux d'Au déposés a permis de caractériser l'effet de la qualité nanocristalline à travers la levée de dégénérescence partielle des modes de nanoparticules du fait de l'anisotropie élastique. L'étude de la dépendance des spectres Raman en longueur d'onde permet de différencier mono-nanocristaux et nanoparticules polycristallines. Les effets de matrice et de nanocristallinité sont intégrés dans l'étude des nanoparticules de Cu formées dans une matrice vitreuse, où l'influence des conditions de recuit sur les nanoparticules produites a été étudiée. Différentes températures de recuit, par rapport à la température de transition vitreuse de la matrice, conduisent à des profils Raman basses fréquences très différents. Alors qu'un recuit proche de la température de transition vitreuse entraîne la formation de petites nanoparticules de haute cristallinité, un recuit opéré très au-dessus de Tg conduit à la formation de grosses nanoparticules, sans signature d'anisotropie élastique. Le quatrième chapitre rapporte l'exploration d'une éventuelle exploitation de la diffusion inélastique de la lumière pour la caractérisation de gros virus, comme illustré dans le troisième chapitre pour le cas des petites nanoparticules. Afin de mieux appréhender la relaxation des règles de sélection, puisque la longueur d'onde de la lumière devient comparable à la taille des nanoparticules, le comportement des virus a été comparé à celui de polymères colloïdaux. La Diffusion de Rayons X aux Très Petits Angles (USAXS) et la Microscopie à Force Atomique (AFM) sont utilisées pour garantir la bonne comparaison morphologique entre les virus et des colloïdes de polystyrène. La comparaison des spectres Raman/Brillouin de culots concentrés de virus et de colloïdes de polymère, ainsi que leur évolution en fonction de leur état d'hydratation, permet de discuter l'existence des modes de basse fréquence dans les nanoparticules virales.

Un néphélomètre polaire de laboratoire a été développé afin de mesurer la diffusion de la lumière suivant 2 directions de polarisation par des particules. Les concentrations minimales détectables et l'incertitude de mesure ont été évaluées. Une méthode d'inversion de ces données par une look-up table a été développée afin de restituer l'indice de réfraction complexe et la granulométrie des particules sphériques. Les résultats sont que pour les particules faiblement absorbantes seule la partie réelle peut être chiffrée. Si les particules sont fortement absorbantes seule la partie imaginaire est retrouvée. Autrement la méthode restitue l'indice de réfraction complexe et la granulométrie. Cette méthode, utilisée avec des mesures réelles collectées en laboratoire ainsi qu'avec des mesures collectées en nuage (2 nuages,1 contrail) avec un néphélomètre aéroporté, a montré de bonnes performances. Ceci a mis en évidence que les particules des contrails ne sont pas des particules d'eau sphériques.

La technique d'usinage par impulsions laser femtosecondes possède de nombreux avantages du fait des spécificités physique de l'interaction laser/matière en mode ultra-bref et est donc susceptible d'intéresser le monde industriel. Néanmoins elle présente aussi certaines limitations, principalement en terme de flexibilité et de productivité, limitant l'accès à ce marché. Pour repousser ces limites, nous proposons d'adjoindre des techniques de contrôle du faisceau, à la fois en taille, et plus généralement en forme, exploités par ailleurs dans d'autres domaines scientifiques (pincettes optiques notamment). Ces techniques reposent sur l'utilisation de modulateurs spatiaux de lumière (SLM). Deux solutions sont proposées : la modulation d'amplitude en configuration d'imagerie, et la modulation de phase pure en configuration de Fourier. Le formalisme, les différentes problématiques et la mise en oeuvre de ces deux techniques au sein d'une station de travail prototype que nous avons développée sont présentés. Enfin, nous mettons en évidence le gain apporté par ces techniques sur des problématiques concrètes, tels que l'usinage de réseaux résonant à l'échelle nanométrique, la réduction du temps d'usinage de ces réseaux (ou d'autres motifs), et l'amélioration de la qualité d'usinage de rainures

Rhodopseudomonas palustris est une bactérie pourpre photosynthétique dont le génome, entièrement séquencé, a révélé avec surprise la présence de 6 gènes codant des bactériophytochromes. L'un d'entre eux (RpBphP1) joue un rôle primordial et inhabituel dans la synthèse du photosystème. Chez cette bactérie, trois autres bactériophytochromes (RpBphP2, 3 et 4) sont localisés à proximité d'opérons pucBA codant les polypeptides des antennes collectrices de lumière associées au photosystème. Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à étudier les rôles, les propriétés et les mécanismes d'action de ces 3 bactériophytochromes. Il a pu être ainsi montré que les 2 bactériophytochromes RpBphP2 et 3 agissent de concert dans le contrôle des antennes de types LH4. Cette voie de régulation implique l'action de 3 autres réponses-régulateurs dont la protéine Rpa3018 sensible au potentiel redox. Cette étude a également révélé que, chez certaines souches de Rps. palustris, la protéine RpBphP4 a perdu sa sensibilité à la lumière mais a acquis en contrepartie une sensibilité au potentiel redox tout en conservant sa capacité à réguler l'expression des antennes de type LH2 via un système à 2 composants. Dans un second temps, l'analyse de la séquence du génome de deux Bradyrhizobium photosynthétiques (ORS278 et BTAi1) a révélé que chaque souche possède un bactériophytochrome spécifique sûrement acquis par transfert horizontal. Les études menées sur ces différents bactériophytochromes ont mis en exergue la diversité de cette famille de senseurs de lumière ainsi que la complexité des voies de signalisation qu'ils initient.

Le renouvellement des peuplements forestiers irréguliers est envisagé par la création de trouées, afin d'augmenter localement l'éclairement en sous-bois et favoriser la croissance de la régénération d'arbres.Cependant, cette augmentation de lumière favorise aussi la colonisation des trouées par des espèces herbacées et semi-ligneuses compétitrices pour les ressources. Cette thèse s'est focalisée sur les interactions pour la lumière entre de jeunes pins sylvestres (Pinus sylvestris) et une végétation interférente représentée par la callune( Calluna vulgaris), la molinie (Molinia caerulea) et la fougère (Pteridium aquilinum) dans le sous-bois de peuplements mélangés chêne sessile (Quercus petraea)-pin sylvestre.La lumière est le facteur principal limitant la croissance des semis (hauteur<0,30m) et gaules(0,30m

La gélatine est un ingrédient utilisé dans de nombreuses industries et sa solubilité influence beaucoup ses propriétés fonctionnelles. Des défauts de solubilité sont parfois constatés, notamment suite à un stockage de la gélatine en grains à température élevée et humidité importante. Cette perte de solubilité pourrait être due à la présence de molécules de haut poids moléculaire. L'objectif de ce travail est d’apporter des éléments de compréhension sur la perte de solubilité observée dans les solutions de gélatine. L'utilisation d’une technique de Fractionnement par Flux-Force couplée à une diffusion de la lumière Multiangulaire, a mis en évidence la présence d’agrégats de haut poids moléculaires dans les solutions de gélatine (de 9.5 à 30.2.105 g.mol-1). Ces agrégats n’avaient jamais pu être identifiés par les techniques classiques d'exclusion stérique car elles sont souvent éliminées dans le volume d'exclusion des colonnes. La quantité d'agrégats formés ne cesse d'augmenter lors d'un traitement thermique à 75 °C, aboutissant à l'insolubilité de la gélatine. La compréhension du mécanisme à l’origine de cette perte de solubilité montre l'implication de la lysine disponible, dans l'apparition des agrégats. La lysine libre réagissant au cours du traitement thermique provoquerait la formation d'agrégats qui modifient le comportement de la gélatine en solution aqueuse. Les paramètres de caractérisation de l’AFlFFF-MALS permettent de discriminer partiellement des échantillons de gélatine dont les comportements en solubilité sont différents. Rajoutés aux paramètres classiques de caractérisation comme la viscosité à 6.67% et au dosage de la lysine disponible, la discrimination devient parfaite. / Gelatin is an important product for several industries and its solubility dramatically influences its functional properties. The lack of solubility observed in gelatine is supposed to be due to the occurrence of molecules with high molecular weights, especially after heat treatments. In order to be able to predict the gelatin behaviour, a new technique for its analysis has been developed with an Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation (AFlFFF-MALS) coupled to a multiangular light scattering. The AFlFFF-MALS analysis showed high molecular weight fractions in gelatin ranging from 9.5 to 30.2 105 g.mol-1 which has not been shown previously with alternative techniques such as size exclusion chromatography. After heat treatment of dry gelatine in an oven at 75°C, some huge aggregates appeared, of which size and density increased and led to partial insolubilisation of gelatin into water. The mechanism responsible for this phenomenon involved lysine residues which plays a very important role in gelatin properties. Quantification of available lysine in gelatin samples by LC-UV has been developed. Thermal treatment during 8 days led to a decrease of free lysine content whereas, at the same time, the molecular weight of gelatin fractions increased and α helixes formation in solution was strongly affected. Intermolecular cross-links led to high molar mass compounds and limited protein chain unfolding. From an industrial point of view, AFlFFF-MALS analysis can help to discriminate gelatine samples in regard to their solubility. If other parameters are added (6.67 % viscosity and free lysine) the discrimination was perfect.