Penicillium expansum est un contaminant commun des pomaceae (pommes et poires) causant la pourriture bleue. Ce champignon est le principal responsable de la présence de patuline dans les pommes et ses produits dérivés. Actuellement, la voie de biosynthèse de la patuline n’est que partiellement élucidée et le cluster de gènes correspondant n’est décrit que chez Aspergillus clavatus, champignon tellurique incapable de se développer dans les pommes. La caractérisation moléculaire de la voie de biosynthèse de la patuline est la condition sine qua none à toute étude visant à comprendre la régulation de la biosynthèse de la patuline, mais également à toute action permettant de limiter sa synthèse. C’est pourquoi le premier objectif de cette thèse a été de caractériser le cluster de gènes spécifique de la voie de biosynthèse chez Penicillium expansum. Celui-ci est caractérisé par une taille de 40 kb et contient les 15 mêmes gènes qu’Aspergillus clavatus, les seules différences résidant dans l’organisation et l’orientation des gènes. La caractérisation de la seconde étape de la voie de biosynthèse de la patuline a été ensuite entreprise chez Aspergillus clavatus, organisme modèle. Le gène patG code pour l’acide 6-méthylsalicylique décarboxylase responsable de la conversion de l’acide 6-méthylsalicylique en m-crésol. Pour faire suite au premier objectif, la régulation de la voie de biosynthèse de la patuline a été étudiée. Pour cela, une souche mutante pour le facteur de régulation spécifique à la patuline patL a été généré puis la production de patuline ainsi que l’expression des gènes du cluster analysés. Les résultats de cette étude ont montré que le gène patL joue le rôle d’interrupteur au sein du cluster. L’absence de patL conduit à une extinction totale de l’expression des gènes du cluster et à une abscence de production de patuline par Penicillium expansum. Dans cette même étude, des tests de pathogénicité ont été entrepris sur des pommes de différentes variétés démontrant ainsi que la patuline peut être un facteur de virulence facilitant l’infection de certaines variétés de pommes telles que la Golden Delicious ou la Pink Lady. Enfin, l’influence de la lumière a été évaluée en analysant l’impact de différentes longueurs d’ondes sur la croissance et la production de patuline de Penicillium expansum. Que ce soit in-vitro ou in-vivo, la croissance et la production de patuline sont très affectés par les lumières blanche, bleue et rouge. Favoriser le stockage des pommes sous les lumières blanche, bleue ou rouge plutôt qu’à l’obscurité pourrait devenir un moyen de prévention contre la contamination par Penicillium expansum. En conclusion, cette thèse présente un aspect fondamental avec la caractérisation du cluster de gènes chez Penicillium expansum et la caractérisation de la seconde étape de la voie de biosynthèse de la patuline ; mais aussi un aspect appliqué avec l’utilisation des lumières de différentes couleurs comme méthode de prévention contre Penicillium expansum durant le stockage des pommes. / Penicillium expansum is the common contaminant of apples and the causal agent of blue mold rot. This fungus is the main patulin producer in apple based products. Actually, the patulin biosynthesis is partially elucidates and the gene cluster has been elucidated in Aspergillus clavatus, a telluric fungi unable to grow on apples. The molecular characterization of the patulin biosynthetic pathway is the key step for a better understanding of the mechanisms leading to patulin production and will help to define strategies to reduce its presence in apple products. The first objective of this thesis was the characterization of the patulin gene cluster in Penicillium expansum. The latter includes the same 15 genes as in Aspergillus clavatus but in a different order and orientation. Then, the second step of this biosynthetic pathway has been characterized and the patG gene encode for the 6-methylsalicylic decarboxylase involved in the 6- methylsalicylic acid conversion into m-cresol. The second objective consists of the study of the patulin regulation. For that, a patL mutated strain was generated and the patulin production and the patulin gene cluster expression were assessed. The mutation of this gene results in a down-regulation of the rest of the genes in the cluster associated with a lack of patulin production. Pathogenicity tests on apples revealed that patulin could act as a virulence factor in some apple varieties, like Golden Delicious or Pink Lady. In the last part of this thesis, the influence of different wavelength lights on the growth and the patulin production by Penicillium expansum were assessed in vitro and in vivo. In both cases, growth and patulin production were significantly affected under white, blue and red lights. Consequently, the apple storage under these lights could be a good alternative to the storage in the dark. In conclusion, this thesis presents a fundamental aspect that consist in the characterization of the patulin gene cluster in Penicillium expansum and the characterization of the second step of this pathway. An applied aspect is also provided by the use of the different wavelength lights to prevent the Penicillium expansum contamination during apple storage.

A partir des années 1730 les succès des prévisions de la gravitation universelle assurent en France la pénétration de l’approche newtonienne de la physique, alors que les concepts cartésiens sont encore bien ancrés dans les esprits. Dans la seconde moitié du Siècle des Lumières, Aimé-Henri Paulian, professeur au collège des jésuites d’Avignon, décide de publier des ouvrages de physique pour un public d’amateurs et d’étudiants. Dans l’esprit du temps, il met en avant la physique de Newton dans un Dictionnaire de physique portatif (1758) puis dans un Dictionnaire de physique (1761) dont les nombreuses éditions durant près de trente ans indiquent le grand succès. Mais, dans un ouvrage plus personnel, il présente une physique impertinente dont on ne peut nier l’originalité : une physique «Newto-Cartésienne» - le Traité de paix entre Descartes et Newton (1763) - issu de son interprétation des physiques de Descartes et de Newton. La comparaison entre le Traité d’optique de Newton et la lecture qu’en fait Paulian révèle son infidélité. L’étude d’articles du Dictionnaire de physique sur la lumière et ses différents effets précise les conceptions souvent masquées de notre auteur. En fait, avec Paulian, l’optique newtonienne est remaniée pour le plus grand profit de sa physique "Newto-Cartésienne". / From the 1730s, successes of universal gravity expectations ensured the spreading of the Newtonian approach of physics in France, while Cartesian concepts were still well established. In the second half of the Age of Enlightenment, Aimé-Henri Paulian, ateacher of the Jesuit College in Avignon, decided to publish works of physics intended for amateurs and students. In line with his time, he highlighted Newton’s physics in the book Dictionnaire de physique portatif (1758) and then in Dictionnaire de physique (1761), whose numerous editions that followed during nearly thirty years point out the great success. However, in a more personalwork, he presented an irrelevant physics, the originality of which cannot be denied: a «Newto-Cartesian» physics – Traité de paix entre Descartes et Newton (1763) – which arose from his interpretation of Descartes’ and Newton’s physics. The comparison between Newton’s Traité d’optique and Paulian’s interpretation reveals his lack of accuracy. The study of articles from the Dictionnaire de physique about light and its different effects clarifies Paulian’s ideas, which are often concealed. Indeed, with Paulian, Newtonian optics is revised for the benefit of his own «Newto-Cartesian» physics.

La réalité augmentée consiste à superposer à l’environnement réel des informations virtuelles générées numériquement. Parmi les systèmes qui permettent de réaliser un tel mélange, nous nous intéressons dans ce travail aux systèmes de visualisation en réalité augmentée liés à la tête de l’utilisateur, généralement appelés HMD (Head-Mounted Display). Dans un tel système, la superposition des informations virtuelles à l’environnement réel peut être réalisée par un élément optique (optique mélangeuse) positionné devant l’oeil de l’utilisateur. La conception d’un système HMD est cependant une tâche complexe. En effet, la proximité de la tête introduit des contraintes géométriques importantes et provoque des déformations (aberrations) des images virtuelles. Généralement, ces aberrations sont minimisées de façon simultanée sur l’ensemble du champ de vision de l’utilisateur. Cette optimisation du système se fait néanmoins soit au détriment de la compacité ce qui s’avère problématique pour le confort d’utilisation du HMD, soit au détriment de la qualité de l’image au centre du champ de vision. Nous proposons dans ce travail ce qui nous semble être une nouvelle approche de conception en associant un modulateur spatial de lumière (SLM) et une optique mélangeuse diffractive statique. L’image virtuelle est créée séquentiellement point par point en modifiant l’incidence sous laquelle on éclaire l’optique mélangeuse. Le SLM permet d’adapter dynamiquement la correction des aberrations associées à chaque point virtuel. Nous avons dans un premier temps défini la fonction optique de l’optique mélangeuse diffractive et le champ de vision maximal (18° x 18°) qu’il est possible d’atteindre en respectant les contraintes géométriques d’utilisation. Nous avons pu alors montrer théoriquement que l’approche proposée permet d’atteindre une qualité d’image optimale sur l’ensemble du champ de vision. Les fonctions de correction sont réalisables avec les technologies actuelles. La validation expérimentale de ces résultats a été réalisée. / Augmented reality (AR) supplements the real world with computer-generated objects that appear to coexist in the same space as the real world. Among the systems that achieve such a mixture, we focus in this work on augmented reality head mounted displays (HMD). In such a system, the superimposition of virtual information to the real environment can be achieved by a combiner. This combiner is an optical element positioned in front of the eye of the user. It is a complex challenge to design an HMD. They generally have off-axis configurations because of the proximity of the head of the user. The optical system therefore suffers for high geometrical aberrations as Gauss conditions are not respected. Usually, these aberrations are minimized simultaneously on the entire field of vision of the user. However, such a simultaneous approach implies either a loss of compactness or a loss of the quality of the image. We propose in this work a novel design for an augmented reality HMD. We studied an optical system associating a dynamic element (spatial light modulator) and a static diffractive combiner. The virtual image is created sequentially point by point by illuminating the diffractive combiner with different incidences. The SLM allows to adapt, in a dynamical way, the correction of the aberrations associated to each position of the virtual point. We initially defined the phase transfer function of the diffractive combiner. We showed that it is possible to reach a 18° by 18° field of view considering the geometrical constraints. Then, we proved theoretically that the proposed approach can achieve an optimal image quality over the entire field of view. We demonstrated that it is possible to realize the correction functions with current technologies. The experimental validation of the results was performed.

Ce travail de thèse, effectué en collaboration avec la société PHOTONIS, un des leaders mondiaux dans la conception de tubes intensificateur de lumière, et l'Institut d'Électronique du Sud de l'Université de Montpellier, a pour but l'optimisation des photocathodes de 3e génération à base d'(In)GaAs pour lunettes de vision nocturne. Après avoir décrit le principe d'un tube intensificateur de lumière et présenté les performances atteintes par ces différentes générations de dispositifs, le cas plus spécifique de la photocathode est abordé. Par la simulation des performances, deux structures photocathodes sont proposées. L'une pour la détection des faibles niveaux de lumière résiduelle dans le visible, l'autre pour l'extension de la réponse spectrale vers le domaine du proche infrarouge (λ=1,06µm). Le processus technologique pour la fabrication de photocathodes de hautes performances est décrit étape par étape puis les caractérisations électro-optiques, associées aux composants réalisés, sont présentées. Les résultats obtenus montrent des performances en termes de réponse spectrale qui dépassent régulièrement les 1600µA/lm. / This thesis reports on the optimization of 3rd generation photocathode based on (In)GaAs materialfor night vision google. It is realized in collaboration between the PHOTONIS Company, one of the world leaders in conception of image intensifier and the Institut d'Électronique du Sud from Montpellier University. After a description of an image intensifier operation and a presentation of the state of the art of the image intensifier devices, the more specific case of the photocathode is described. Two photocathodes structures are deduced from simulation of performances, one for detection of low levels of visible residual light and the other for infrared extension of spectral response (λ=1.06µm). The different steps of the technological process for the manufacturing of high efficiencies photocathodes are described and the electro-optical characterizations made are presented. The results show performances as hight as 1600$µA/lm.

L’objectif des travaux de cette thèse était de développer un système de délivrance stimulus-sensible innovant. Basé sur des vésicules lipidiques, il permet la libération d’une substance anti-cancéreuse hydrophile encapsulée dans leur cœur aqueux, sous l’effet de la lumière. Des porphyrines, incorporées dans leur bicouche, permettent, une fois illuminées, de générer de l’oxygène singulet qui oxyde les chaînes acyl insaturées des phospholipides. Cela induit une augmentation de la perméabilité des liposomes et permet la libération de leur cargo. Nous avons, dans un premier temps, effectué une sélection de phospholipides et de porphyrines permettant de construire le système. Les résultats expérimentaux ont pu être corrélés à une étude de simulation de dynamique moléculaire. L’ensemble a mis en exergue l’importance de la profondeur d’insertion de la porphyrine dans la bicouche lipidique et de sa proximité avec la double-liaison des phospholipides. Mais il a aussi montré les limites de ce système. Nous avons alors développé deux nouvelles molécules, dérivées de phospholipides naturels auxquels a été couplée la pheophorbide a. Malgré leur possible autoassemblage sous la forme de vésicules, ces derniers n’étaient pas stables et s’agrégeaient rapidement. Nous avons donc associé ces conjugués à des lipides classiques (DSPC, cholestérol) et analysé les propriétés des mélanges obtenus. Les propriétés photothermiques des systèmes conçus ont été confirmées, capables d’induire une élévation en température de 14°C. La chaleur générée, responsable d’une plus grande fluidité de la bicouche lipidique, a permis de favoriser la libération du cargo. Enfin, les deux conjugués synthétisés ont montré eux-mêmes une activité phototoxique (PDT), additionnée d’une sélectivité vis-à-vis de cellules du cancer de l’œsophage. Ces nouvelles molécules offrent donc de nombreuses opportunités pour le développement de systèmes multimodaux, bio-inspirés et biodégradables, pour la délivrance d’un médicament sous l’effet de la lumière. / The aim of this work was to develop an innovative stimulus-responsive delivery system. Based on lipid vesicles, it allows the controlled release, by light, of a hydrophilic anti-cancer substance encapsulated in their aqueous core. Once illuminated, porphyrin molecules inserted into the lipidic bilayer, generate singlet oxygen which oxidizes the unsaturated acyl chains of the phospholipids. This induces an increase in the permeability of the liposomes and the release of their cargo. We first made a selection of phospholipids and porphyrins to build the system. Our experimental study could be correlated with results of molecular dynamics simulations. The whole work highlighted the importance of the depth of insertion of porphyrin into the lipid bilayer and its proximity to the double bond of phospholipids. But it also showed the limits of this system. We then developed two new molecules, derived from natural phospholipids, to which pheophorbide a was coupled. The conjugates were able to form self-assembled vesicles but were unstable and quickly aggregated. We therefore associated these conjugates with classical lipids (DSPC, cholesterol) and analyzed the properties of these mixtures. We highlighted photothermal properties of the designed systems, capable of inducing a temperature rise of 14 °C. The generation of heat, responsible for a greater fluidity of the lipid bilayer, subsequently promoted the encapsulated cargo release. Finally, the two synthesized conjugates showed a phototoxic activity (PDT), with selectivity towards esophageal cancer cells. These new molecules therefore offer many opportunities for the development of multimodal, bio-inspired and biodegradable systems, for the delivery of a drug under the effect of light.

Au cours de ce travail de thèse, sur l'hydrodynamique de l'écoulement dans le un réacteur continu, où les propriétés des nanomatériaux élaborés dépendent des caractéristiques morphologiques et structurales de la solution colloïdale issue du réacteur, nous avons d'abord optimisé les conditions d'utilisation (Re ≈ 6000), ainsi que la géométrie du T-mélange dans le but d'améliorer la qualité du micro-mélange. Ensuite, des mesures expérimentales ont permis de vérifier que la condition de Damköhler est respectée (Da ≤ 1). Enfin, ce résultat a été validé numériquement. Au delà de cette valeur de Re critique (Re* ≈ 8000), nous avons mis en évidence le phénomène de cavitation dans le T-mélange. Ce phénomène à été étudié expérimentalement, par des mesures SLS, et numériquement par des simulations CFD. Les résultats obtenus par ces deux approches concordent. Enfin, des mesures DLS ont été effectuées pour étudier et caractériser les bulles de cavitation. Ces dernières ont permis d'évaluer la taille des bulles ainsi que leur trajectoire le long de l'axe Z à la sortie du T-mélange. Cette étude a été suivie par des simulations numériques de la cavitation et du modèle multiphasique dans notre écoulement. Les deux études, expérimentale et numérique, ont confirmé que la diminution de l'intensité de la lumière diffusée mesurée par SLS le long de l'axe Z est due à l'évolution du nombre et de la taille des bulles / During this Phd work, on the hydrodynamics of flow in a continuous reactor, where the properties of the elaborated nanomaterials depend on the morphological and structural characteristics of the colloidal solution out coming from the reactor, we first optimized the conditions of use of the latter (Re ≈ 6000), as well as the geometry of the T-mixer in order to improve the quality of the micro-mixing. Then, experimental measurements allowed us to verify that the condition of Damköhler is respected (Da ≤ 1). Finally, this result has been validated numerically. Beyond this Re critical value (Re * ≈ 8000), we have highlighted the phenomenon of cavitations in the T-mixer. This phenomenon has been studied experimentally, by SLS measurements, and numerically by CFD simulation. The results obtained by these two approaches are in agreement. Finally, DLS measurements were made to study and characterize cavitations bubbles. These measurements allowed us to evaluate the size of the bubbles as well as their trajectory along the Z axis 121 at the outlet of the T-mixer. This study was followed by numerical simulations of the cavitations and the multiphase model in our flow. Both experimental and numerical studies confirmed that the decrease in the intensity of scattered light measured by SLS along the Z axis is result to the changes of the number and the size of bubbles.

Les diodes électroluminescentes sont aujourd’hui des sources lumineuses populaires grâce leur prix réduit, leur longévité, et leur excellent rendement lumineux. Elles restent pourtant mal adaptées au pompage laser en raison dune densité de puissance trop faible et dune émission lambertienne rendant impossible l'augmentation de leur brillance laide d'un système optique linéaire. Nous proposons une méthode d'amplification innovante par couplage des LED dans des concentrateurs luminescents (LC) pour augmenter la densité de puissance de près d'un ordre de grandeur. Des LC monocristallins de YAG dopé cérium ont été testés puis analysés grâce à des simulations par tracé de rayons. Un modèle analytique offrant une compréhension avancée de la problématique de l'extraction des rayons piégés dans les LC a aussi été proposé et appliqué l'étude de modifications géométriques simples que sont le biseau et le dépoli de la face de sortie des concentrateurs. Une amélioration significative de l'intensité extraite ainsi qu'un resserrement du profil angulaire d'émission ont ainsi été observés. Finalement, nous avons mis en place une structure toute organique pour le pompage de guides micrométriques où le couplage des LED est réalisé dans des concentrateurs en couche mince. Une amplification d'un ordre de grandeur de la densité de puissance par pompage indirect par concentrateur est vérifiée expérimentalement, ce qui ouvre la voie vers une utilisation du couple LED/concentrateur en tant que source pour la photonique intégrée. / Electroluminescent diodes are popular sources due to their low cost, their reliability, and their excellent luminous efficiency. However, the power density of lambertian sources such as LED cannot be improved with linear optics which makes them not suited to laser pumping. We propose to increase the LED power density by one order of magnitude by coupling them in luminescent concentrators (LC). We studied these luminescent concentrators as illuminating sources using LC made of cerium doped YAG crystals (Ce:YAG) and we analyzed their performances using ray tracing simulations. For a deeper understanding of the challenge of extracting trapped rays in luminescent concentrators, a fully analytical model is also presented and used to study the influence of simple geometrical modifications such as wedging or roughening the luminescent concentrators output face. A significant increase of the light intensity was experimentally observed as well as a shrinking of the angular distribution. Finally, we set up a full organic structure with a LED source associated to thin film luminescent concentrators in order to pump micrometer-sized multimode waveguides. We demonstrated a one-order of magnitude amplification compared to a direct pumping with the same power density. It makes the LED/concentrator light source well suited for integrated optics and opens new perspectives whenever

A la lumière, l’activité carboxylase de la RuBisCO permet de fixer le CO2 inorganique en matière organique, sous forme de 3-phosphoglycérate (3-PGA), qui sera utilisé pour la biosynthèse de sucres, d’acides organiques et aminés, de la paroi végétale etc. Cependant, elle possède aussi une activité oxygénase qui produit du 3-PGA et du 2-phosphoglycolate. Ce dernier composé étant toxique, il est métabolisé en 3-PGA par le cycle photorespiratoire qui se déroule dans le chloroplaste, le peroxysome et la mitochondrie. Malgré une perte partielle en carbone et en azote, l’importance de la photorespiration pour les plantes est illustré par les phénotypes néfastes que les mutants d’enzymes photorespiratoires présentent dans l’air (comme un retard de croissance, la chlorose, et de la létalité) et qui sont absents en fort CO2. Ceci pourrait refléter des interactions étroites entre la photorespiration et le métabolisme primaire des plantes. Afin de mieux comprendre ces interactions et la mise en place des phénotypes photorespiratoires, des mutants pour la glycolate oxydase (GOX) et la glutamate:glyoxylate aminotransférase ont été caractérisés à travers plusieurs analyses complémentaires: des échanges gazeux, de la fluorescence chlorophyllienne, du marquage des métabolites avec du 13C, des dosages de métabolites, de cofacteurs, et de la RuBisCO. Les résultats montrent que, suite à un transfert de fort CO2 dans l’air, l’inhibition de la photosynthèse observée chez nos mutants est principalement due à un défaut du recyclage du carbone photorespiratoire qui diminue l’activité de la RuBisCO. Cette inhibition photosynthétique a un impact négatif sur la quantité de RuBisCO dans les feuilles de ces mutants par rapport aux plantes contrôles. De plus, lorsque l’inhibition de la photosynthèse est trop importante chez nos mutants photorespiratoires, la carence en carbone déclenche de la sénescence dans leurs feuilles âgées. En parallèle, une comparaison des paramètres cinétiques de la GOX d’A. thaliana (plante en C3) et de Z. mays (plante en C4) associée à la mesure d’effets isotopiques 13C et 2H a révélé que ces enzymes partageaient des paramètres Michaéliens équivalents pour le glycolate, ainsi qu’un mécanisme réactionnel identique mettant en jeu un transfert d’hydrure. / In the light, the RuBisCO carboxylase activity assimilates inorganic CO2 into organic compounds, via the production of 3-phosphoglycerate (3-PGA) that is used for the biosynthesis of sugars, organic and amino acids, plant cell walls etc. However, it also has an oxygenase activity that makes 3-PGA and 2-phosphoglycolate (2-PG). The toxic 2-PG is metabolized to 3-PGA by the photorespiratory cycle, which takes place in chloroplasts, peroxisomes and mitochondria. Despite a partial loss of carbon and nitrogen, the importance of photorespiration for growth can be seen by the negative phenotypes exhibited by photorespiratory enzyme mutants in air (i.e. slow growth, leaf chlorosis, and sometimes lethality), which are not observed under high CO2 conditions. This may reflect the metabolic interactions between photorespiration and plant primary metabolism. To better understand such interactions and the development of photorespiratory phenotypes, mutants for glycolate oxidase (GOX) and glutamate:glyoxylate aminotransferase have been characterized by several complementary methods: analysis of gas exchanges, chlorophyll fluorescence,13C-labeling of metabolites, measurements of metabolites, cofactors and RuBisCO levels. The results show that, after a high CO2-to-air transfer, the inhibition of photosynthesis in the mutants is mainly due to a defect in photorespiratory carbon recycling leading to a decreased RuBisCO activity. The inhibition of carbon assimilation negatively impacts mutant leaf RuBisCO content when compared to wild-type plants. In the mutants, when photosynthetic inhibition is too high, the resulting carbon starvation triggers the onset of senescence in their old leaves. In parallel to this work, a comparison of the kinetic parameters of GOX from A. thaliana (C3 plant) and Z. mays (C4 plant) coupled to measurements of 13C and 2H kinetic isotopic effects showed that these enzymes share similar Michaelian parameters for glycolate, and a similar hydride transfer reaction mechanism.

Le procédé de photopolymérisation a été optimisé en vue de l’élaboration de matériaux composites à matrice époxyde épais (> 1 mm) via un mécanisme cationique. L’étude des cinétiques de photopolymérisation de deux résines époxydes (glycidyl éther et cycloaliphatique) a montré que l’ajout d’un renfort de microsphères de silice induit un gradient de conversion dans l’épaisseur du matériau en raison d’un phénomène d’absorption et/ou de diffusion de la lumière, ce dernier étant d’autant plus important que l’écart d’indice de réfraction entre la charge et la matrice est élevé. Cependant, cette hétérogénéité de conversion a pu être compensée par une réaction de postpolymérisation à température ambiante. Une analyse des propriétés mécaniques a ensuite montré qu’il est possible d’obtenir par photopolymérisation des matériaux composites épais réticulés de façon homogène et dont la rigidité est augmentée par la présence du renfort. Enfin, la stratégie d’égalisation des indices de réfraction de la charge et de la matrice, couplée à une photopolymérisation cationique frontale induite par voie radicalaire (RICFP), ouvre des perspectives intéressantes en vue de l’élaboration de photocomposites de plusieurs centimètres d’épaisseur en appliquant uniquement un stimulus lumineux. / The photopolymerization process has been optimized for the elaboration of thick epoxy composite materials (> 1 mm) through a cationic mechanism. The study of the photopolymerization kinetics of two epoxy resins (glycidyl ether and cycloaliphatic) has shown that the addition of a silica microsphere reinforcement induced conversion gradient in the material thickness, resulting from a light absorption and/or scattering phenomenon. The light scattering is all the more important as the refractive index gap between filler and matrix is high. However, this conversion heterogeneity has been compensated by a postpolymerization reaction at room temperature. Then, the analysis of the mechanical properties has shown that it was possible to obtain thick composite materials homogeneously crosslinked and whose rigidity was increased by the presence of the filler. In addition, the strategy of equalizing the filler and matrix refractive indices, coupled with the radical induced cationic frontal polymerization (RICFP) opens interesting perspectives for the development of photocomposites several centimeters thick using only a light stimulus.

Les communications optiques basées sur la photonique sur silicium (SiP) sont au centre des récents efforts de recherche pour le développement des futures technologies de réseaux optiques à haut débit. Dans cette thèse, nous étudions le traitement numérique du signal (DSP) pour pallier aux limites physiques des modulateurs Mach-Zehnder sur silicium (MZM) opérés à haut débit et exploitant des formats de modulation avancés utilisant la détection cohérente. Dans le premier chapitre, nous présentons une nouvelle méthode de précompensation adaptative appelée contrôle d’apprentissage itératif par gain (G-ILC, aussi utilisé en linéarisation d’amplificateurs RF) permettant de compenser les distorsions non-linéaires. L’adaptation de la méthode G-ILC et la précompensation numérique linéaire sont accomplies par une procédure « hardware-in-the-loop » en quasi-temps réel. Nous examinons différents ordres de modulation d’amplitude en quadrature (QAM) de 16QAM à 256QAM avec des taux de symboles de 20 à 60 Gbaud. De plus, nous combinons les précompensations numériques et optiques pour contrevenir surmonter les limitations de bande-passante du système en régime de transmission haut débit. Dans le second chapitre, inspiré par les faibles taux de symbole du G-ILC, nous augmentons la vitesse de transmission au-delà de la limite de bande-passante du système SiP. Pour la première fois, nous démontrons expérimentalement un record de 100 Gbaud par 16QAM et 32QAM en transmission consécutive avec polarisation mixte. L’optimisation est réalisée sur le point d’opération du MZM et sur la DSP. Les performances du G-ILC sont améliorées par égalisation linéaire à entrées/sorties multiples (MIMO). Nous combinons aussi notre précompensation non-linéaire innovante avec une post-compensation. Par émulation de la polarisation mixte, nous réalisons un taux net de 833 Gb/s avec 32QAM au seuil de correction d’erreur (FEC) pour une expansion en largeur de bande de 20% et 747 Gb/s avec 16QAM (une expansion en largeur de bande de 7% du FEC). Dans le troisième chapitre, nous démontrons expérimentalement un algorithme de précompensation numérique basé sur une table de consultation (LUT) unidimensionnelle pour compenser les non-linéarités introduites à l’émetteur, e.g. réponse en fréquence non-linéaire du MZM en silicium, conversion numérique-analogique et amplificateur RF. L’évaluation est réalisée sur un QAM d’ordre élevé, i.e. 128QAM et 256QAM. Nous examinons la diminution en complexité de la LUT et son impact sur la performance. Finalement, nous examinons la généralisation de la méthode de précompensation proposée pour des jeux de données différents des données d’apprentissage de la table de consultation. / Optical communications based on silicon photonics (SiP) have become a focus of the recent research for future high speed optical network technologies. In this thesis, we investigate digital signal processing (DSP) approaches to combat the physical limits of SiP Mach-Zehnder modulators (MZM) driven at high baud rates and exploiting advanced modulation formats with coherent detection. In the first section, we present a novel adaptive pre-compensation method known as gain based iterative learning control (G-ILC, previously used in RF amplifier linearization) to overcome nonlinear distortions. We experimentally evaluate the G-ILC technique. Adaptation of the G-ILC, in combination with linear digital pre-compensation, is accomplished with a quasireal- time hardware-in-the-loop procedure. We examine various orders of quadrature amplitude modulation (QAM), i.e., 16QAM to 256QAM, and symbol rates, i.e., 20 to 60 Gbaud. Furthermore, we exploit joint digital and optical linear pre-compensation to overcome the bandwidth limitation of the system in the higher baud rate regime. In the second section, inspired by lower symbol rate G-ILC results, we push the baud rate beyond the bandwidth limit of the SiP system. For the first time, we experimentally report record-breaking 16QAM and 32QAM at 100 Gbaud in dual polarization back-to-back transmission. The optimization is performed on both MZM operating point and DSP. The G-ILC performance is improved by employing linear multiple input multiple output (MIMO) equalization during the adaptation. We combine our innovative nonlinear pre-compensation with post-compensation as well. Via dual polarization emulation, we achieve a net rate of 833 Gb/s with 32QAM at the forward error correction (FEC) threshold for 20% overhead and 747 Gb/s with 16QAM (7% FEC overhead). In the third section, we experimentally present a digital pre-compensation algorithm based on a one-dimensional lookup table (LUT) to compensate the nonlinearity introduced at the transmitter, e.g., nonlinear frequency response of the SiP MZM, digital to analog converter and RF amplifier. The evaluation is performed on higher order QAM, i.e., 128QAM and 256QAM. We examine reduction of LUT complexity and its impact on performance. Finally, we examine the generalization of the proposed pre-compensation method to data sets other than the original training set for the LUT.