Ce mémoire de maîtrise décrit la première phase de la réalisation d'un prototype de polarimètre portable à 37GHz. Les polarimètres portables actuellement disponibles sur le marché coûtent au dessus de 200 000$ et sont plus adaptés à l'utilisation au laboratoire que sur le terrain. Ils nécessitent le transport de gaz à l'état liquide pour leur calibration et ont de grands besoins énergétiques. Tous ces facteurs contribuent à leur haut coût et à leur grande complexité d'utilisation. Cette première phase du projet vise à développer la partie analogique du récepteur micro-onde qui sera au coeur du prototype. D'autres travaux, à la suite de cette maîtrise, seront nécessaires afin de rendre le récepteur utilisable et compléter le prototype. Les spécifications du polarimètre ont d'abord été définies. Par la suite, la décision d'acheter ou de fabriquer chaque sous-système/circuit a été prise. Ensuite, les activités d'achat et de conception ont eu lieu. Il a été constaté que les techniques standards utilisées pour fabriquer des circuits microruban n'étaient pas assez précis. Un procédé de fabrication a alors été développé et les circuits ont été fabriqués. Le tout a finalement été intégré. La finalité de ce projet a été un système analogique qui permet d'amplifier et de traiter une onde incidente à haute fréquence et à faible intensité pour la rendre mesurable par un système d'échantillonnage et de traitement numérique. Ce système numérique sera conçu et fabriqué à une date ultérieure.

La polarimétrie consiste à étudier les transformations de polarisation d'une onde électromagnétique engendrées par un système physique. La réponse optique de ce système étant très sensible à l'état de polarisation de la lumière incidente ainsi qu'à sa longueur d'onde, une classe évoluée de polarimètres capables de mesurer la réponse polarimétrique d'un échantillon sur une large bande spectrale a vu le jour permettant ainsi d'accroître de façon conséquente le nombre d'informations le concernant. Nous avons mis au point un tel polarimètre capable de fonctionner avec une source impulsionnelle. Un grand soin a été porté à la réduction des erreurs systématiques grâce à l'utilisation d'un modèle original pour décrire les lames de phase utilisées. Cet étalonnage a débouché sur la réalisation d'un banc de caractérisation de lames de phase compensées. Une étude statistique nous a ensuite permis de minimiser et quantifier le résiduel d'erreurs inhérentes à une mesure. Mots clés : Polarisation, Polarimètre large bande, Formalisme de Stokes Mueller, Étalonnage, Erreurs systématiques et statistiques.

Les mesures de polarisation permettent d'obtenir un jeu d'observables indépendantes et d'accéder, grâce à des termes d'interférence, aux faibles contributions de l'interaction. Dans ce cadre, le deuton est particulièrement intéressant puisque c'est le seul état lié du système NN ce qui en fait un noyau privilégié pour l'étude de l'interaction entre deux nucléons à courte portée. De plus, son isospin nul en fait une excellente sonde isoscalaire, et son spin 1 permet la mesure d'observables de polarisation tensorielles. Le polarimètre POLDER constitue le premier et l'unique polarimètre permettant de mesurer la polarisation tensorielle des deutons d'énergie cinétique comprise entre 175 et 500 MeV. Après un exposé du formalisme de polarisation, cette thèse décrit l'ensemble de détection et la réaction d'échange de charge H(d,pp)n sur laquelle est basé le polarimètre. Les résultats de la calibration ont permis de déterminer les pouvoirs d'analyse et les figures de mérite du polarimètre, et sont présentés en détail. Une première expérience de mesure de polarisation a été réalisée dans les diffusions de deutons sur le Calcium 40 et le Carbone 12. Elles ont permis de déterminer, pour la première fois, la signature des transitions de spin isoscalaires sur le niveau 12,7 MeV du Carbone 12 à partir d'observables tensorielles. Enfin une description succincte de l'utilisation de POLDER dans l'étude de la réaction H(p,d)pion et la diffusion élastique électron-deuton montre les perspectives ouvertes par la mise en œuvre de ce dispositif.

Ces travaux de thèse, réalisés à l’Institut Lumière Matière, traitent de la rétrodiffusion optique des particules de l’atmosphère d’origine désertique, dont l’impact sur le bilan radiatif terrestre reste à quantifier, en raison de leur grande diversité de taille, de forme et de composition chimique. La thèse repose essentiellement sur un polarimètre de laboratoire (UV, VIS) adressant la géométrie de rétrodiffusion avec précision (180.0 +/- 0.2°). Le rapport des éléments de la matrice de rétrodiffusion a ainsi été évalué avec précision (< 1 %) et la réponse spectrale (UV, VIS) de ce rapport a ainsi pu être étudiée, ce qui a permis de discuter de l’applicabilité du modèle mathématique des sphéroïdes, décrit par le code T-matrix, pour décrire la rétrodiffusion optique de ces particules dans la géométrie d’exacte rétrodiffusion, comme publié dans JQSRT en 2016. Puis, l’utilisation de ce Pi-Polarimètre dans la troposphère libre de Lyon par lidar a permis d’évaluer la concentration en masse des particules désertiques. Cette évaluation a été réalisée pour différents modèles de forme (sphéroïdes, particules de surface lisse, rugueuse) obtenus par simulation numérique en coopération avec l’équipe de T. Nousiainen (Finlande). Un résultat majeur est que la concentration en masse peut différer de 30 % selon le modèle de forme choisi, comme publié dans Atmospheric Research en 2018. Enfin, la sensibilité et la précision du Pi-Polarimètre (UV, VIS) ont été utilisées pour révéler les principales caractéristiques du processus photo-catalytique de nucléation en présence de particules désertiques via des observations systématiques de ce processus, réalisées sur une durée de deux années / These thesis studies, carried out at the Institute of Light and Matter (ILM), deal with the optical backscattering of atmospheric particles of desert origin, whose impact on the terrestrial radiative budget remains to be quantified, due to their great diversity of size, shape and chemical composition. The thesis is essentially based on a laboratory polarimeter (UV, VIS) addressing the backscattering geometry with accuracy (180.0 +/- 0.2 °). The report of the backscattering matrix elements was thus accurately evaluated (<1%) and the spectral response (UV, VIS) of this report was thus studied, which made it possible to discuss the applicability of the spheroidal mathematical model, described by the T-matrix numerical code, to describe the optical backscattering of these particles in the exact backscattering geometry, as published in JQSRT in 2016. Then, the use of this Pi-Polarimeter in the troposphere free of Lyon by lidar made it possible to evaluate the mass concentration of desert dust particles. This evaluation was carried out for different shape models (spheroids, smooth particles, rough particles) obtained by numerical simulation in cooperation with T. Nousiainen’s group (Finland). A major result is that the mass concentration may differ by 30 % depending on the chosen dust shape model, as published in Atmospheric Research in 2018. Finally, the sensitivity and accuracy of the Pi-Polarimeter (UV, VIS) have been used to reveal the main characteristics of the photo-catalytic process of nucleation in the presence of desert dust particles via systematic observations of this process, carried out over a two years period

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La détermination expérimentale des composantes du tenseur d'hyper-polarisabilité est essentielle au développement de nouvelles molécules possédant des propriétés d'optique non-linéaire. La diffusion harmonique de la lumière (DHL) correspond à un phénomène de diffusion non linéaire de la lumière pour laquelle les molécules considérées sont dans une solution isotrope. Du fait des fluctuations d'orientations et de positions des molécules, seules six observables, où invariants orientationnels, sont mesurables par DHL. Afin de déterminer expérimentalement ces six observables, nous avons mis au point un polarimètre à lame de phase tournantes fonctionnant avec une source laser impulsionnelle accordable en longueur d'onde et dédié au mesures de diffusion harmonique de la lumière. Nous avons dans un premier temps optimisé l'architecture du montage polarimétrique en nous appuyant sur la réduction du nombre de conditionnement de la matrice d'appareil, réduisant par la même les erreurs statistiques. Puis nous avons étalonné le montage au moyen d'un échantillon référence dédié à la conversion de longueur d'onde, afin de réduire les erreurs systématiques. Enfin, nous avons réalisé des mesures de diffusion harmonique de la lumière sur deux molécules connues, le DR1 et le Cristal Violet.

Nous présentons d'abord un système de tomographie optique fonctionnant en lumière blanche, avec un interféromètre de Linnik. La résolution tomographique obtenue est de l'ordre de 1,2 m dans l'air. Les capacités de l'instrument sont illustrées par des images tomographiques d'intérêt biomédical. D'autre part, nous présentons un polarimètre de Mueller à cristaux liquides nématiques optimisé pour la propagation des erreurs de mesures brutes aux images finales. Les mesures sont rapides (de l'ordre de la seconde) et précises (erreurs de l'ordre de 1%). Les images polarimétriques de coupes histologiques montrent l'intérêt de ce dispositif pour l'étude microscopique d'échantillons contenant des macromolécules fibreuses (collagène). Enfin, des images en degré de polarisation (DOP) de cols de l'utérus humains ex vivo viennent confirmer les possibilités de l'imagerie polarimétrique pour la détection de dysplasies (DOP plus élevé que dans les zones saines).

Ce travail de thèse s'inscrit dans les thèmes de la photodégradation et de la biodégradation de polymère pouvant être ou non d'origine renouvelable. Il a pour principal objectif d'étudier la durabilité photochimique de différents polymères ou mélanges de polymères utilisés en particulier dans l'agriculture et donc soumis à un vieillissement climatique. La structure chimique des polymères est un des principaux paramètres susceptible d'influencer la photodégradation. Un ensemble de (co)polyesters comportant des unités aliphatiques, cycliques et / ou aromatiques a été sélectionné dans le but d'exprimer une relation structure / photodurabilité. Le photovieillissement des matériaux a été réalisé en conditions naturelles et en conditions accélérées. Des mécanismes de photo-oxydation ont été proposés pour chacun des matériaux à partir de l'évolution des propriétés viscoélastiques traduisant celle de la structure macromoléculaire. Dans ce contexte, l'étude de la durabilité de ces matériaux respectueux de l'environnement doit s'intéresser à des systèmes extrêmement complexes dont chaque constituant est susceptible d'évoluer. Cette caractéristique exige de mettre au point une méthodologie permettant de déterminer la composition d'un biocomposite et d'en suivre les modifications en cours de vieillissement en même temps que l'évolution de la structuration de ces matériaux.

Ce travail présente les mesures de la polarisation par effet Compton du faisceau d'électrons de l'accélérateur TJNAF pour les expériences de mesure des facteurs de forme électromagnétiques du proton et de mesure des fonctions de réponse du nucléon dans la réaction de l'électroproduction de pion au voisinage de la résonance 6.(1232). Le polarimètre Compton, dont le principe repose sur la diffusion élastique électron-photon, a été conçu et réalisé autour d'une cavité Fabry-Perot de finesse élevée, de l'ordre de 25000. La puissance du laser incident, de type Nd:YAG à la longueur d'onde 1064 nm, est accumulée dans la cavité optique afin d'obtenir une luminosité d'interaction telle que la précision statistique sur la mesure de la polarisation des électrons atteigne 1% en une heure. La fréquence du laser est asservie par la méthode Pound-Drever à une fréquence de résonance de l'interféromètre. La polarisation circulaire du faisceau de photons dans la cavité a été mesurée égale à 99.6+/-0.45%. Cette grandeur, ainsi que la mesure de l'asymétrie expérimentale et du pouvoir d'analyse de notre instrument, intervient directement dans la mesure de la polarisation du faisceau d'électrons. Le pouvoir d'analyse a été déterminé par une caractérisation de la réponse du détecteur de photons, un calorimètre composé de 25 cristaux de PbW04, à l'aide des événements détectés en coïncidence avec le détecteur d'électrons, composé de 4 plans de 48 'pistes de silicium. Les incertitudes de mesure proviennent principalement de la modélisation de la fonction de réponse du détecteur, de l'effet d'empilement de la mesure de la polarisation des photons. L'incertitude relative totale sur la mesure de Pe est de 1.4% pour une prise de données de 40 minutes. Le polarimètre Compton permet aussi de mesurer les différences d'hélicité entre deux renversements de la polarisation des électrons. Celle ci a été trouvée compatible avec zéro à 0.3% près.

Dans cette thèse sont présentés les résultats de l'expérience E99-007, qui a mesuré le rapport des facteurs de forme électrique et magnétique du proton, jusqu'au quadri-moment de transfert Q2 = 5.6 GeV2, par polarisation de recul. Les données ont été prises en 2000 au Thomas Jefferson National Accelerator Facility en Virginie, Etats-Unis. Un faisceau d'électrons polarisés de 4.6 GeV a été diffusé sur une cible d'hydrogène liquide. La polarisation du proton de recul était mesurée dans le Polarimètre du Plan Focal, situé à l'extrémité de l'un des deux Spectromètres à Haute Résolution du Hall A. Le rapport des composantes transverse et longitudinale de la polarisation du proton de recul est proportionnel au rapport des facteurs de forme. Les événements élastiques étaient identifiés en détectant l'électron diffusé dans un calorimètre en verre au plomb de grande acceptance. Le résultat principal de cette expérience est la décroissance linéaire du rapport des facteurs de forme quand Q2 augmente, correspondant à des distributions spatiales différentes de la charge électrique et de la magnétisation. De nombreux calculs théoriques montrent que des effets relativistes, comme le mélange des états de spin dûs à des transformations de Lorentz, doivent être pris en compte pour expliquer les résultats observés dans cette région cinématique critique.