Dans cette thèse de doctorat, nous menons des investigations théoriques et expérimentales relatives aux structures localisées dans des lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSELs), aussi appelées solitons de cavité. Elles consistent en des pics d'intensité lumineuse dans le plan transverse à la propagation du faisceau lumineux. Ils ont été notoirement proposés pour deux applications :stockage tout optique de l'information, et le traitement de l'information optique.Dans la première partie de cette thèse, nous investigons les aspects théoriques des structures localisées dans un VCSEL à grande surface d'émission soumis à une injection optique et à un retour retardé. Nous dérivons une équation de Swift-Hohenberg généralisée à retard, d'application lorsque le système est proche du régime de bistabilité optique. En premier lieu, nous caractérisons les structures localisées stationnaires, en construisant leur diagramme de bifurcation en serpentage, typique de leur regroupement dans la zone d'accrochage des paramètres. Ensuite, nous montrons que le retour retardé peut induire un mouvement spontané de structures localisées à deux dimensions dans une direction arbitraire du plan transverse. Nous caractérisons ces structures mobiles en estimant le seuil de ce mouvement, ainsi que sa vitesse.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous rapportons la formation spontanée de structures localisées dans un VCSEL de 80 micromètres de diamètre, pompé au delà de son seuil d'émission laser, et soumis à une injection optique. Ces structures sont bistables en la puissance du faisceau d'injection, ainsi qu'en le courant électrique. Nous étudions expérimentalement leur formation pour différents décalages en fréquence avec le faisceau de pompe optique. Nous rapportons la première mesure expérimentale mettant en évidence le caractère vectoriel des structures localisées générées dans un laser à grande surface d'émission: la polarisation de la structure localisée n'est pas celle de l'injection optique, dans la mesure où cette dernière est elliptique. Nous apportons un éclairage théorique sur cette expérience, en prenant en compte la dynamique de retournement de spin propre aux VCSELs à puits quantique. Ces résultats laissent entrevoir la possibilité de multiplexer l'information transmise en utilisant les propriétés de polarisation des structures localisées, utilisées comme pixels à la surface du VCSEL. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Des argilites sont étudiées comme barrières géologiques potentielles pour le stockage des déchets radioactifs. Ce travail est consacré à l’étude expérimentale et à la modélisation du comportement mécanique des argilites de Meuse- Haute Marne avec prise en compte des influences de la saturation, de la composition minéralogique et de la température.Un grand nombre d’études expérimentales ont été effectuées sur le comportement mécanique. Ce travail propose de réaliser de nouvelles expériences pour compléter les données existantes. L’accent est mis sur les influences de la saturation, et la composition minéralogique et de la température. Des essais de micro-indentation et de mini compression sont effectués sur des échantillons de petites tailles sous différentes humidités relatives et températures. Ces essais permettent d’obtenir une meilleure distribution de saturation au sein des échantillons. Les variations des propriétés élastiques et de la résistance mécaniques des argilites sont étudiées en fonction de saturation et de température. Des échantillons provenant de différentes profondeurs sont étudiées et les influences de la composition minéralogique sur les propriétés mécaniques sont mises en évidence.Ce travail propose d’utiliser un modèle micromécanique basé sur une méthode d’homogénéisation non linéaire, ceci afin de prendre en compte des influences de la composition minéralogiques comparant avec des modèles phénoménologiques. L’argilite est schématisée par un matériau à trois phases : la matrice argileuse élastoplastique, des grains de calcite et de quartz élastiques linéaires. Des comparaisons entre les simulations et les données expérimentales sont présentées. / Clayey rocks are largely investigated for the feasibility study of geological storage of radioactive wastes. In that context, the clayey rocks are subjected to solicitations of different origin: stress variation due to cavity excavation, change of water saturation degree (drying and resaturation), variation of temperature due to exothermal wastes, and chemical reaction processes. Therefore, it is necessary to develop coupled THM-C modelling for the short and long term feasibility analysis of geological storage facilities. The present work is devoted to experimental investigation and modelling of mechanical behaviour of Meuse- Haute Marne (MHM) argillites by taking into account influences of saturation, mineralogical composition and temperature.A number of laboratory investigations have been performed for studying mechanical behaviour of MHM argillites. We propose to realize new investigations to extend and complete existing data. The emphasis is put on the influences of saturation and temperature. Micro-indentation and mini compression tests are conducted on small size samples under different values of relative humidity and temperature. Argillite samples from different depth are then investigated and the influences of mineralogical composition on mechanical properties are shown.In the present work, we propose to apply a homogenization-based micromechanical model. Comparing with the macroscopic models, it can describe influences of mineralogical compositions on macroscopic behaviours. The argillites are considered as a three phase composite: clay matrix, calcite and quartz grains. Comparisons between numerical modelling and experimental data will be presented.

Cette thèse vise à approfondir les liens entre la géométrie différentielle et la théorie de l'élasticité, linéaire ou nonlinéaire. En s'appuyant sur cette analogie, on établit des résultats nouveaux tant en élasticité, qu'en géométrie différentielle.<br /> Dans les deux premiers chapitres, on montre que l'inégalité de Korn sur une surface est une conséquence de l'inégalité de Korn tridimensionnelle en coordonnées curvilignes et l'on établit une inégalité de type Korn sur une surface compacte sans bord. Dans le deux derniers chapitres, on établit certains résultats de géométrie différentielle concernant les espaces riemanniens et les surfaces sous des hypothèses affablies de régularité sur les données.<br />Dans l'appendice, on présente quelques résultats d'analyse utilisés dans la thèse.

Étude de la propagation lumineuse dans un cristal liquide en phase nématique.

Le travail de la thèse est consacré à une étude analytique et numérique de l'instabilité thermique dans une cavité poreuse horizontale saturée par un fluide non-newtonien. Un champ magnétique externe, uniforme et constant est appliqué parallèlement à la gravité. Dans cette étude, nous avons envisagé deux types de conditions aux frontières aux parois actives de la cavité, les conditions aux frontières thermiques de type Neumann et de type Dirichlet. De plus, un modèle rhéologique de type loi en puissance a été utilisé pour modéliser le comportement non-newtonien du fluide. Nous avons résolu les équations non linéaires complètes en utilisant deux codes de calcul numériques, l'un est basé sur la méthode des différences finies et l'autre sur la méthode des volumes finis. Par ailleurs, une solution analytique, basée sur l’approximation de l'écoulement parallèle, a été développée dans le cas de cavités minces (A>>1) soumises à un flux de chaleur constant. Nous avons utilisé l'analyse de stabilité linéaire pour prédire l'apparition des mouvements convectifs. Les résultats obtenus ont montré que la présence du champ magnétique modifie les résultats des travaux antérieurs concernant les fluides newtoniens et non newtoniens de type loi de puissance. Par ailleurs, pour des champs magnétiques très élevés, il a été montré que la dissipation d'énergie par effet Joule domine la dissipation d'énergie par contrainte de cisaillement et confère au fluide un caractère non visqueux / The work of the thesis is devoted to an analytical and numerical study of thermal instability in a horizontal porous cavity saturated by a non-Newtonian fluid. An external magnetic field, uniform and constant is applied parallel to the gravity. In this study, we considered two types of boundary conditions at the active walls of the cavity, the thermal boundary conditions of Neumann type and Dirichlet type. In addition, a rheological model of the power law type was used to model the non-Newtonian behavior of the fluid. We solved the complete nonlinear equations using two numerical codes, one based on the finite difference method and the other on the finite volume method. In addition, an analytical solution, based on the parallel flow approximation, has been developed in the case of thin cavities (A >> 1) subjected to a constant heat flow. We used linear stability analysis to predict the onset of convective motion. The results obtained showed that the presence of the magnetic field modifies the results of previous work concerning Newtonian and non-Newtonian fluids of the power law type. Moreover, we also show that in the limit of very strong magnetic field, the dissipation of energy by Joule effect dominates the dissipation of energy by shear stress and gives to the liquid an inviscid character

Ce mémoire est centré sur l'étude des coefficients de corrélation partiels en régression linéaire multiple, à travers les tests de permutation. Ces tests sont nécessaires lorsque les suppositions du modèle linéaire ne sont pas verifiées, et l'application des tests classiques est erronnée. On présente les bases théoriques de trois méthodes de la littérature, Manly (1991), Freedman et Lane (1983) et Kennedy (1995), et on fait une étude de simulation afin de les comparer. On ajoute aux comparaisons le test paramétrique, ainsi qu'une méthode qu'on propose. On regarde l'erreur de type I et la puissance de ces tests. Un dernier volet du mémoire est la présentation des tests de Mantel (1967) et Smoose et al. (1986) qui sont des généralisations de ces méthodes de permutation pour la régression multiple à des matrices de distances. A titre d'exemple, ces différentes techniques de permutation sont appliquées sur des matrices de distances génétiques en relation avec des distances environnementales et des distances géographiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Échangeabilité, Test de permutation, Test de Mantel, Test de Mantel partiel, Régression multiple, Corrélation partielle, Résidus.

Les nanocomposites, et plus particulièrement les nanocomposites à renforts plaquettaires, offrent de remarquables propriétés mécaniques. La maîtrise de leur comportement mécanique repose sur une bonne compréhension des mécanismes de déformation en jeu, ainsi que des relations liant leur microstructure à leur réponse à l’échelle macroscopique. L’importance de cette nouvelle classe de matériaux, ainsi que le faible nombre de travaux actuellement disponibles sur leur comportement mécanique ont motivé les travaux présentés dans ce mémoire. Ceux-ci concernent aussi bien la caractérisation expérimentale que la modélisation micromécanique, tant en régime élastique linéaire que pour les réponses non linéaires. On présente d’abord les différentes classes de nanocomposites, et tout particulièrement les nanocomposites à renforts plaquettaires. Puis on décrit les résultats des tests mécaniques réalisées sur un nanocomposite à matrice polypropylène et renforts de nano plaquettes d’argile de Montmorillonite. Afin de fournir une évaluation de la pertinence des méthodes d’homogénéisation linéaires usuellement mises en œuvre, les résultats fournis par le modèle de Mori-Tanaka et par la borne de Ponte Castañeda et Willis sont confrontés à des données expérimentales bibliographiques ou obtenues au cours de cette thèse. Ces confrontations ont permis de démontrer à la fois l’intérêt et les limites des modèles mis en œuvre ; elles ont été aussi à l’origine des investigations permettant de rendre compte des effets de taille de nano renforts, au travers d’une élasticité surfacique du type Gurtin-Murdoch. / Nanocomposites and especially nanocomposites with platelet reinforcements have remarkable mechanical properties. The development of this class of materials requires an understanding of the deformation mechanisms involved in the mechanical behavior and of the link between materials microstrusture and their macroscopic properties. Experimental data and modeling tools of their mechanical behavior are still rare. This has motivated the present study which includes both an experimental characterization and micromechanical modeling in linear regime as well as for non linear response. We first present the different class of nanocomposites and their properties, and especially for the nanocomposites reinforced by nano platelets. Then we show the results of mechanical tests conducted on nanocomposites made up of polypropylene reinforced by montmorillonite clay nano platelets. In order to provide a rigorous evaluation of homogenization techniques classically used for composites, the predictions of Mori-tanaka estimate and Ponte Castañeda and Willis bound are compared to experimental data from bibliography or from tests performed during this thesis. These comparisons allowed to demonstrate the interest of the implemented methods and to show their limits for the description of the nanocomposite behavior. They have motivated the implementation and the evaluation of models which account for size effect of the nano reinforcements by means of a Gurtin-Murdoch type surface elasticity.

Nous présentons dans cette thèse deux études liées à la dynamique de sources sur accélérateur. La première étude concerne le contrôle de structures turbulentes apparaissant dans des lasers à électrons libres (LEL), et plus généralement dans les systèmes spatio-temporels soumis à une dérive. Dans ces systèmes, lorsque la dérive devient trop importante, des structures induites par du bruit apparaissent, et rendent le système instable. Nous montrons qu'une simple rétroaction avec un décalage spatial permet de rendre le régime régulier. Un fait remarquable est que le gain nécessaire à la ``stabilisation'' est extrêmement faible, 10 puissance - 8 pour l'expérience sur le LEL de UVSOR au Japon.La deuxième étude traite du rayonnement synchrotron cohérent (CSR) induit par laser dans un anneau de stockage. Nous montrons dans un premier temps qu'en imprimant un motif périodique dans l'espace des phases du paquet d'électrons avec une impulsion laser externe, il est possible d'obtenir un rayonnement synchrotron cohérent, étroit spectralement, et accordable dans le domaine térahertz. Un rayonnement crête jusqu'à 10 000 fois supérieur au rayonnement classique (incohérent) a été mesuré à UVSOR. Dans un deuxième temps, nous montrons que cette interaction laser/électrons permet d'obtenir des informations sur l'instabilité CSR, instabilité qui apparaît lorsque la densité du paquet d'électrons dépasse une valeur seuil. En particulier, nous montrons expérimentalement, par l'observation de précurseurs, que l'instabilité naît à partir de l'amplification de certaines longueurs d'ondes. / In this thesis, we present two studies on the dynamics of accelerator-based sources.The first study concerns the control of ``turbulent patterns'' which appear in some free electron lasers (FEL), and more generally in spatio-temporal systems submitted to a permanent drift. Large drift velocities typically lead to a particular type of instability, characterized by the appearance of noise sustained structures. We show that this type of turbulent behavior can be suppressed by adding a non-local additive feedback. As a remarkable fact, the gain needed for the ``stabilization'' can be extremely small, 10 power -8 for the experiments performed on the UVSOR-II FEL in Japan.The second study is devoted to laser-induced coherent synchrotron radiation (CSR) in a storage ring. In a first step, we show that it is possible to imprint a periodic pattern in the electron bunch phase-space using an external laser. This allow to obtain a tunable coherent emission (CSR) in the terahertz range. Terahertz pulse energy larger by a factor 1000-10 000 with respect to normal (incoherent) synchrotron radiation were thus measured at UVSOR-II. In a second step, we show that this laser-electron beam interaction allows to obtain new information on the CSR instability, which appears when the electron bunch density exceeds a threshold value. In particular, we show experimentally, with the observation of instability precursors, that the instability arises from the amplification of some characteristic wavenumbers.

Les copépodes sont des petits crustacés de longueur autour de 1 mm en stade adulte. Leurs réponses à différents facteurs de stress tels que la salinité et la température peuvent être observées à différentes échelles d’organisation allant du gène, cellule jusqu’à l’organisme. Jusqu'à présent, aucune observation des effets de stress de température ou de salinité sur les copépodes n’a été faite par microscopie optique. Dans ce travail, nous avons mis en œuvre pour l'étude de ces copépodes les techniques de microscopie linéaire et non linéaires. D’abord avec la technique CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) nous avons pu étudier, caractériser et quantifier les effets de stress appliqués sur le copépode calanoïde Pseudodiaptomus marinus maintenu en culture pendant plusieurs générations dans le laboratoire à des conditions favorables et stables de salinité (30 psu) et de température (18 °C). Ces différents stress appliqués sont: une forte diminution de la température (18 à 4 ° C), des diminutions mineure et majeure de la salinité (de 30 respectivement à 15 PSU et à 0 PSU) et enfin, un stress mélangé d’une baisse simultané de la température et de la salinité (de 18 ° C et 30 psu à 4 ° C et 0 PSU). Nos observations ont été concentrées sur le muscle du copépode.Cette étude a été complétée par la technique SHG/TPEF qui nous a répondu à quelques questions à propos de la disparition des stries musculaires. Cette technique a été suivie par la technique de transformation de Fourier (FFT) appliquée sur les profils des stries musculaires pour mieux comprendre l’état des stries dans chaque stress. Enfin, nous avons appliqué la microscopie CARS qui a été développée dans notre laboratoire à l'imagerie de ces échantillons. Avec cette technique d’imagerie on a pu identifier les stries musculaires et les réserves lipidiques. / Copepods are small crustaceans with length about 1mm in adult stage. Their responses to different external strain factors such as salinity and temperature can be observed at different scales from genes to organism (individual). Until now, no observation of the effects of temperature or salinity stresses on copepods has been done by light microscopy In this work we exploited optical imaging techniques and specifically nonlinear microscopy linear and nonlinear. First of all CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) allow studying, characterisation and quantifying stress effect applied on calanoid Pseudodiaptomus marinus copepod maintained during several generations in the laboratory at favorable and stable condition of salinity (30 psu) and temperature (18° C). These stresses applied were: a sharp decrease in temperature (18 to 4°C), a moderate and a major decrease in salinity (from 30 respectively to 15 psu and 0 psu), and finally a mixed stress with a decrease both in temperature and salinity (from 18°C and 30 psu to 4°C and 0 psu). Our observations are concentrated on copepod muscles regions.This study has been completed with SHG/TPEF techniques to answer some questions about stripes disappearance. This technique was followed by Fourier transformation (FFT) applied on the stripes muscles profiles to more understanding about stripes situations in each stress. Finally, we applied CARS microscopy which was developed in our laboratory to image these samples. With this technique we were able to identify these muscles stripes and also lipid reserves.

Ce travail concerne la modélisation et la commande non-linéaire d'un hélicoptère drone à modèle réduit (VARIO Benzin-Trainer) en présence de rafales de vent. En ce qui concerne la modélisation, un modèle général et lagrangien à 7 DDL (degrés de liberté) extrait de [Avila Vilchi, 2001] pour l'hélicoptère en mode de vol libre en basse vitesse est utilisé. Ce système sous-actionné possède 4 entrées de commande. Nous avons développé un modèle lagrangien à 3 DDL de l'hélicoptère perturbé monté sur une plate-forme expérimentale. Le nouveau modèle perturbé présente un grand défi à cause du fort couplage entre les entrées de commande et les états du système, de plus ce modèle est sous-actionné. Différentes stratégies de commande sont utilisées pour commander le modèle réduit de l'hélicoptère perturbé à 3 DDL. Des résultats de simulation montre l'efficacité de la commande backstepping qui stabilise le système en suivant une trajectoire et qui rejete parfaitement la perturbation. Une étude en simulation de la robustesse est faite pour cette commande. Pour le modèle général à 7 DDL, une étude de l'équilibre de l'hélicoptère pendant le vol stationnaire est faite. Nous avons ensuite développé le modèle à 7 DDL de l'hélicoptère perturbé par deux types de rafale de vent, verticale et latérale. Contrairement au modèle à 3 DDL, la dynamique de zéros du modèle à 7 DDL est instable. Toutefois, en négligeant les forces de translation d'amplitude faible et les rafales de vent, on peut obtenir un modèle à minimum de phase. Ce dernier nous permet d'utiliser une loi de commande linéarisante approchée AFLC. Pour améliorer la robustesse et la précision de cette commande linéarisante AFLC, on utilise un observateur non linéaire à état étendu et approché AADRC que nous avons développé en se basant sur la méthode de rejet actif de perturbation ADRC et en utilisant le modèle approché. Plusieurs simulations sur le modèle complet montrent alors que l'ajout de cet observateur permet de compenser l'effet des forces de translation d'amplitude faible et des rafales de vent.