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Le présent projet de recherche porte sur les lasers à fibre de haute puissance opérés en régime continu. L’objectif premier est la conception et la réalisation d’un laser de 400 W de puissance de sortie utilisant une fibre dopée à l’ytterbium. La grande variété de lasers fabriqués au cours de ces travaux a permis l’étude des effets thermiques, des limitations en puissance et du comportement de la raie spectrale d’émission. L’étude comprend des simulations numériques caractérisant le comportement des lasers à fibre opérés en régime continu. Différentes configurations de lasers ont été expérimentées à une puissance de signal de 100 W. Les échanges de chaleur dans les fibres à double gaines ont été analysés pour contourner les difficultés engendrées par la grande puissance de ces lasers. Le concept de résistance de contact est amené pour expliquer l’élévation de température des fibres actives. Les travaux ont abouti à la réalisation de lasers monomodes de plus de 350 W de puissance de sortie, et cela, limités uniquement par la disponibilité des pompes. Parce que la photodégradation est la principale difficulté des lasers à fibre de puissance, plusieurs compromis, notamment sur le choix technologique des composants, ont été nécessaires pour atteindre les objectifs de puissance et de qualité de faisceau. Un outil pour prédire l’élargissement spectral des lasers à fibre de haute puissance a été développé. Il est montré que le mélange à quatre ondes élargit la raie d’émission de ces lasers. L’élargissement du spectre de sortie, selon une fonction de la puissance, a été vérifié expérimentalement dans diverses configurations d’oscillateur. / This research project focuses on high power fiber lasers operated in the continuous regime. The main objective is the implementation of a 400-W fiber laser using ytterbium- doped double clad fiber. The wide variety of high power fiber lasers assembled during this work has enabled the study of the thermal effects, the power limitations and the behavior of the output spectrum. The study includes simulations that characterize the behavior of fiber lasers operated in the continuous regime. Different laser configurations were tested at a signal power of 100 W. The heat transfer in double clad fibers was analyzed to circumvent the difficulties caused by the important amount of heat generated by these lasers. The concept of contact resistance is brought in to explain the temperature rise of active fibers. This was necessary for the realization of single-mode fiber lasers with over 350W of output power. The output power was only limited by the availability of pumps. Several compromises were necessary to achieve the high output power and the diffraction-limited beam quality. Thus, the photodarkening of the ytterbium doped fiber is still an issue for this kind of lasers. A tool to predict the spectral broadening of high power fiber lasers has been developed. It is shown that four-wave mixing broadens the outpu t spectrum of these lasers as a function of output power. The broadening of the output spectrum has been experimentally verified by the implementation of various lasers with different configurations. A theoretical model is presented, which shows a good agreement with experimental data.

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Pour bien comprendre et contrôler les aérosols contenant des virus (viroaérosol), un modèle de laboratoire approprié est requis. Pour cette étude, trois bactériophages : P008 couplé au SYBR Gold, PP01 exprimant la GFP et ʎ exprimant la EYFP ont été comparés entre eux et à des microsphères fluorescentes non-biologiques pour leur potentiel en tant que modèle de laboratoire en aérovirologie. Les modèles viraux ont été aérosolisés à partir d’un tampon de phage en utilisant un nébuliseur de TSI (modèle 9301) connecté à une chambre d’aérosols. La taille aérodynamique des aérosols ainsi que leur distribution ont été déterminées à l’aide d’un spectromètre de particules aérodynamique (APS, TSI modèle 3321). Les échantillons de viroaérosols ont été capturés à l’aide d’un impacteur Andersen à six étages contenant soit du tampon de phage à l’intérieur des plaques de chaque étage ou un milieu solide (agar à 1.5%). Les techniques des plages de lyse, du qPCR et la microscopie à fluorescence ont été utilisées pour quantifier les virus récupérés sur les étages de l’impacteur. La microscopie à fluorescence a aussi été utilisée pour quantifier et analyser les modèles viraux sur des particules seules et sur milieu solide. L’ADN viral, des plages de lyse ainsi que des particules fluorescentes ont été observées sur les étages 3 à 6 de l’échantillonneur ce qui corrélait avec les données obtenues par l’APS. La microscopie à fluorescence a permis de visualiser les modèles viraux sur ou à l’intérieur des particules d’aérosols. Ces résultats confirment que les virus peuvent être présents dans l’atmosphère sous forme d’aérosol dont la dimension est bien plus grande que celle de leur propre taille, et que les virus en aérosol peuvent être quantifiés et observés en utilisant la microscopie à fluorescence. L’ensemble de ces résultats suggèrent qu’un bactériophage fluorescent serait un excellent modèle de laboratoire pour étudier le comportement des virus dans l’air. / In order to understand and control virus aerosols (viroaerosols), an appropriate laboratory model is required. In this study, fluorescent bacteriophages P008 coupled to SYBR Gold, PP01 expressing GFP and ʎ expressing EYFP were compared to non-biological fluorescent microspheres for their potential as viral models in aerovirology. The test viruses were aerosolized in phage buffer using TSI’s 9301 model atomizer attached to a commercially available aerosol chamber. The aerodynamic particle size distribution of the viroaerosols was determined with an aerodynamic particle sizer (APS, TSI’s 3321 model). Samples were collected with a Sixstage Andersen impactor loaded with Petri dishes containing either phage buffer or a solid 1.5% agar medium. Plaque assays, qPCR and fluorescence microscopy were used to quantify the virus load on each stage of the impactor. Fluorescence microscopy was also used to quantify and analyze single aerosol particles in liquid or solid media. Viral DNA, infectious particles and fluorescent particles were detected on stages 3 to 6 of the sampler and correlated with the aerodynamic particle distribution. Fluorescence microscopy permitted visualization of viruses on or encapsulated inside aerosol particles and on a solid medium. These results confirm that viruses may be present in the atmosphere as aerosols, which are much larger than their own particle size, and that viruses could be visualized and quantified in aerosols using fluorescence microscopy. These findings suggest that a fluorescence-expressing bacteriophage would be an excellent laboratory model for the study of viruses in aerosols.

SITELLE est le nouveau spectromètre imageur à transformée de Fourier qui doit être installé au Télescope Canada-France-Hawaii. Le développement de son modèle de performance a permis d’évaluer les paramètres instrumentaux qui sont critiques par rapport aux exigences scientifiques. D’une part, une configuration hors-axe à miroirs plans a été sélectionnée pour répondre plus facilement à l’exigence de haute efficacité dans le proche ultraviolet. D’autre part, les critères d’asservissement ont été définis afin de concevoir un instrument limité par le bruit de photons pour une scène pertinente donnée. Ces performances doivent être maintenues pendant une acquisition totale de 4h sous des vibrations opérationnelles et toute vibration extérieure comme des bourrasques de vent sur le télescope. Enfin, le modèle de performance de SITELLE est au cœur du simulateur de rapport signal sur bruit qui permettra aux astrophysiciens d’évaluer les bénéfices potentiels de l’utilisation de ce spectromètre imageur pour leurs sujets d’études. / SITELLE is a new imaging Fourier transform spectrometer to be installed at the Canada-France- Hawaii Telescope. The development of its dedicated performance model drives the design of the instrument and the flow down of the science cases requirements into system requirements. First, the selected configuration with off-axis flat mirrors makes the achievement of a high efficiency in the near ultra violet easier. Secondly, servomechanism’s desirable performances were defined in order to design a photon noise limited instrument, based on a relevant scene. These performances should be maintained during a 4 hours data-cube acquisition, under operational vibrations and external effects such as wind gust hitting the telescope. Ultimately, this instrument performance model is the core of the signal to noise ratio simulator that will help observers to evaluate the potential benefits of SITELLE for their target.

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La modulation d'intensité des faisceaux en radiothérapie externe (IMRT) permet de réaliser des plans de traitements plus conformes au volume cible tout en épargnant davantage les structures plus sensibles à la radiation. Cependant, la réalisation de tels plans nécessite une utilisation accrue de segments, générés par le collimateur multilames~(MLC), et d'unités moniteurs (UM) par rapport à la technique conventionnelle. Il en résulte des inconvénients comme une augmentation de la contribution du diffusé à la dose, plus d'incertitudes pour le calcul de la dose, une sensiblité plus grande aux mouvements intra-fractions et des ressources plus importantes pour planifier un plan de traitement. Dans un tel contexte, des plans ont été réalisés à l'aide du logiciel Ballista pour la région tête et cou. Ce logiciel utilise des champs prédéterminés et offre la possibilité d'optimiser l'orientation des faisceaux. Dans le but d'offrir des plans de qualités dosimétriques comparable au plan d'IMRT, l'ajout de segments prédéterminés non anatomiques a été réalisé pour les plans balistiques. Avec des corrections manuelles du MLC, il s'est avéré possible de générer des plans comparables à ceux réalisés en IMRT, et ce avec moins de segments et d'UM. Au total, 11 cas ont été réalisés selon cette approche. De plus, la robustesse des deux méthodes de planification à l'amaigrissement du patient et aux erreurs de position du collimateur multilame a été abordée. En IMRT classique, aucune optimisation de l'orientation des faisceaux est réalisée, une distribution coplanaire équidistante est employée. L'impact de l'utilisation des incidences, suggérées par Ballista, a aussi été étudié sur les plans d'IMRT.

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Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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