Associée à d'autres techniques observationnelles, la polarimétrie dans le visible ou dans le proche infrarouge permet d'étudier la morphologie des champs magnétiques à la périphérie de nombreuses régions de formation stellaire. A l'intérieur des nuages molécualires la morphologie des champs est connue par polarimétrie submillimétrique, mais rarement pour les mêmes régions. Habituellement, il manque une échelle spatiale intermédiaire pour pouvoir comparer correctement la morphologie du champ magnétique galactique avec celle située à l'intérieur des nuages moléculaires. -- Cette thèse propose les moyens nécessaires pour réaliser ce type d'analyse multi-échelle afin de mieux comprendre le rôle que peuvent jouer les champs magnétiques dans les processus de formation stellaire. La première analyse traite de la région GF 9. Vient ensuite une étude de la morphologie du champ magnétique dans les filaments OMC-2 et OMC-3 suivie d'une analyse multi-échelle dans le complexe de nuages moléculaires Orion A dont OMC-2 et OMC-3 font partie. -- La synthèse des résultats couvrant GF 9 et Orion A est la suivante. Les approches statistiques employées montrent qu'aux grandes échelles spatiales la morphologie des champs magnétiques est poloïdale dans la région GF 9, et probablement hélicoïdale dans la région Orion A. A l'échelle spatiale des enveloppes des nuages moléculaires, les champs magnétiques apparaissent alignés avec les champs situés à leur périphérie. A l'échelle spatiale des coeurs, le champ magnétique poloïdal environnant la région GF 9 est apparemment entraîné par le coeur en rotation, et la diffusion ambipolaire n'y semble pas effective actuellement. Dans Orion A, la morphologie des champs est difficilement détectable dans les sites actifs de formation d'OMC-2, ou bien très fortement contrainte par les effets de la gravité dans OMC-1. Des effets probables de la turbulence ne seont détectés dans aucune des régions observées. -- Les analyses multi-échelles suggèrent donc qu'indépendamment du stade évolutif et de la gamme de masse des régions de formation stellaires, le champ magnétique galactique subit des modifications de sa morphologie aux échelles spatiales comparables à celles des coeurs protostellaires, de la même façon que les propriétés structurelles des nuages moléculaires suivent des lois d'autosimilarité jusqu'à des échelles comparables à celles des coeurs. / Together with other observational methods, visible and near infrared polarimetry can help tu understand the morphology of magnetic fields in the neighborhood of several star-forming regions. inside molecular clouds, this morphology can be deduced with the help of submm polarimetry but rarely in the same regions. When both observational methods are used for the same region, there is a gap in the spatial scales to correctly compare the Galactic magnetic field with the magnetic field probed inside the clouds. -- This thesis proposes the necessary steps to make this type of multi-scle analysis and to better understand the role that can be played by magnetic fields in stellar formation regions. The GF 9 region is the first region analysed with this method. Then, a study of the morphology of the magnetic field located in filamentary molecular clouds OMC-2 and OMC-3 is presented, followed by a multi-scale analysis of the Orion A region, the molecular cloud complex in which these clouds are embedded. -- The results covering both regions can be summarized as follows. it is statistically shown that the large scale morphology of the field is poloidal in the GF 9 region, and probably toroidal in the Orion A complex. On the smaller spatial scale of the envelopes of the clouds, the magnetic fields appear to be aligned with the fields at their periphery. On the spatial scale of the cores, the poloidal magnetic field located in the vicinity of GF 9 is apparently twisted and entrained by the rotation of the core and ambipolar diffusion does not seem to be effective at the present time. In Orion A, the morphology of the fields can hardly be probed in active sites of stellar formation in OMC-2, and is strongly constrained by the effects of gravity in OMC-1. There is no evidence for turbulence in all the observed regions. -- All in all, the multiscale analyses suggest that independently of the evolutionary state or of the range in mass of the star-forming regions, the magnetic field morphology is significantly affected on spatial scales similar to those of cores, in the same way that molecular clouds properties remain self-similar down to the spatial scales similar to those of cores. / Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada

Le cancer est une pathologie que l’on se doit de détecter le plus tôt possible si l’on veut accroître les chances de guérison. Ces travaux étudient l’apport de la signature polarimétrique à la caractérisation et l’identification des tissus cancéreux. Il s’agit d’extraire des images multidimensionnelles de polarisation des informations physiques qui caractérisent les constituants de l’objet bien au-delà de l’information visuelle des images d’intensité. Durant cette thèse, un imageur de Mueller, POLARIS, a pu être mis en place ainsi que les outils de traitement et de calibration adaptés. Une méthode de segmentation d’images de Mueller en condition d’éclairement non homogène a été proposée. Une première base d’images multi-spectrales polarimétriques de tissus sains et pathogènes chez la souris a été constituée. Une approche originale a enfin été proposée en se basant sur les forêts aléatoires pour extraire parmi un ensemble de paramètres physiques un jeu de paramètres permettant de différencier les zones saines des zones pathogènes aux différentes longueurs d’ondes de travail. Une comparaison est proposée avec la littérature et permet de valider l’approche. / Cancer is a pathology that must be detected as soon as possible in order to increase the chances of recovery. These studies investigate the contribution of polarimetric signature to the characterization and identification of cancerous tissues. It is a matter of extracting multidimensional polarization images of the physical information which characterize the constituents of the object well beyond the visual information of the intensity images. During this thesis, a Mueller imager, POLARIS, was set up, as well as the appropriate processing and calibration tools. A method of Mueller images segmentation in non-homogeneous illumination has been proposed. A first database of polarimetric multi-spectral images of healthy and pathogenic tissues in mice was constructed. An original approach was finally proposed based on random forests to extract from a set of physical parameters a set of parameters allowing to differentiate the healthy zones from the pathogenic zones at different working wavelengths. A comparison is proposed with the literature and validates the approach.

Ce travail est consacré à l'étude de la complémentarité polarimétrie / interférométrie pour la détection et la caractérisation de cibles en utilisant des données SAR. La télédétection polarimétrique concerne l'étude du comportement de l'onde interagissant avec une scène et renseigne sur la nature physique de la zone étudiée. L'interférométrie informe sur la nature topographique de la scène ou sur les déformations de celle-ci. L'interférométrie et la polarimétrie sont des outils très performants en télédétection SAR qui sont généralement appliqués séparément.<br />La notion de complémentarité polarimétrie/interférométrie consiste à relier une phase interférométrique avec un mécanisme de diffusion. Les approches exposées introduisent les méthodes à haute résolution, principalement la méthode ESPRIT, dans l'imagerie SAR. Elles permettent ainsi de distinguer la phase d'un sol de celle de la canopée, dans une zone forestière et d'isoler la phase d'un bâtiment du reste de son environnement.<br />Un autre concept de la complémentarité est proposé : la superrésolution. Il s'agit d'utiliser des données interférométriques afin d'améliorer la résolution d'une image SAR. Les résultats d'analyses polarimétriques en appliquant le principe de la superrésolution permettent une meilleure caractérisation de la nature des cibles, comme la détection des contours de bâtiments.<br />Les différentes méthodes exposées ont été appliquées sur des données SAR polarimétriques interférométriques en bande L afin d'améliorer l'estimation et la caractérisation des zones urbaines, par rapport à l'utilisation de la polarimétrie ou de l'interférométrie de façon séparée.

Ce travail est consacré à la caractérisation des paramètres bio- et géo-physiques d'un sol nu à partir de données SAR polarimétriques, multi-fréquentielles et multi-résolutions.<br /><br />Des relations quantitatives entre la rugosité et l'humidité du sol et des descripteurs polarimétriques sont déterminées au moyen d'un modèle de diffusion utilisant la méthode de l'équation intégrale. Deux algorithmes d'inversion multi-fréquentiels sont développés pour l'extraction des paramètres physiques d'une surface et sont appliqués sur des mesures SAR polarimétriques acquises au laboratoire européen JRC.<br /><br />La réponse électromagnétique d'une surface rugueuse dépend aussi de la taille de la cellule de résolution radar. La relation entre la résolution SAR et les caractéristiques polarimétriques d'une surface est établie en partageant son spectre en deux composantes. Un nouveau modèle de diffusion prenant en compte la résolution est ainsi présenté et validé sur des données multi-résolutions polarimétriques.

Le comportement polarimétrique d'un champ électromagnétique diffracté par un cible localisée à l'interface air-sol est analysée pour une onde incidente variant de l'incidence normale à l'incidence rasante.<br />Le champ rétrodiffusé dans le cas monostatique est analysé au moyen de la théorie géométrique de la diffraction (G.T.D) ou la méthode étalon. Dans cette thèse, un modèle de rayon précis a été implémenté. Une attention toute particulière a été portée aux zones de transition, où proches de telles frontières d'ombre, les rayons réfléchis disparaissent et se transforment en rayons rampants sur la cible et sont fortement atténués dans la zone d'ombre. Les études ont montré que les éléments de la matrice de Sinclair [S] et les états de polarisation caractéristiques associés présentent une variation rapide sur la sphère de Poincaré. Les localisations significatives sur la sphère de Poincaré peuvent être exploitées afin d'extraire l'information sur les paramètres géométriques ou les propriétés géophysiques de l'environnement.

Les expériences de violation de la parité dans les atomes, explorant l'interaction faible électron-noyau à très faible énergie sont un test de la théorie électrofaible complémentaire de ceux de haute énergie. Une mesure précise de la charge faible du noyau de césium apporterait des informations très utiles sur les corrections radiatives. L'expérience proposée sur la transition très interdite 6S - 7S du césium à 540 nm vise à atteindre une précision de l'ordre de 1% sur cette mesure. Les atomes sont excités de 6S à 7S en présence d'un champ électrique longitudinal par un laser pulsé (durée de l'ordre de 10 ns). Il sont ensuite détectés par émission induite par un laser sonde accordé sur 7S - 6P3/2 à 1.470 μm). L'amplification transitoire du faisceau sonde peut dépasser 100%. La vapeur présente un fort dichroïsme plan dû à l'alignement de 7S par la polarisation linéaire du faisceau pompe. L'interaction faible dans l'atome fait tourner cet alignement d'un petit angle (1 à 10 microradians) que la mesure de la polarisation de la sonde amplifiée permet de déterminer. Dans cette thèse sont décrites les trois principales étapes que nous avons franchies: l'essai avec un champ transverse et des lasers continus, la mise en oeuvre d'un laser pulsé, et enfin le passage à une configuration de champ longitudinal. L'utilisation d'un polarimètre équilibré à deux voies spécialement étudié et d'une double chaine de mesure d'impulsions lumineuses a permis la mesure à chaque tir du taux de polarisation d'impulsions de 10^8 photons, au bruit de photons près. Les résultats obtenus semblent indiquer que l'expérience projetée sera réalisable.

Les méthodes classiques d'imagerie SAR (Synthetic Aperture Radar) font l'hypothèse d'isotropie (les points imagés se comportent de la même manière selon l'angle sous lequel ils sont vus) et de blancheur (les points imagés ont le même comportement dans la bande fréquentielle émise) des réflecteurs imagés. Néanmoins, ces hypothèses ne sont plus valables avec l'émergence de nouvelles capacités d'imagerie (large bande fréquentielle, grandes excursions angulaires, ...).<br /><br />L'objectif du travail de thèse a consisté à développer une méthode d'analyse temps-fréquence basée sur l'utilisation d'ondelettes continues permettant de mettre en lumière les phénomènes d'anisotropie et de coloration des points imagés.<br /> <br />Une grande partie du travail a consisté à exploiter le caractère coloré et anisotrope des réflecteurs pour discriminer une cible dans une image SAR.<br /> <br />Enfin l'analyse par ondelettes continues a été étendue à la polarimétrie pour améliorer la classification des cibles aléatoires et cibles déterministes puis à l'interférométrie afin obtenir une meilleure estimation de la hauteur des cibles.

ilieu, dans le but de déterminer ses propriétés de dichroïsme, de biréfringence et de dépolarisation. Jusqu'à présent, ces instruments utilisaient une génération séquentielle des multiples états de polarisation nécessaires au calcul d'une matrice de Mueller, leur temps d'acquisition étant donc limité à la milliseconde. Nous proposons dans cette thèse de développer le premier polarimètre de Mueller dont le codage de la polarisation est effectué dans le domaine spectral, ce qui permet une génération parallèle des états de polarisation. Le temps d'acquisition d'une matrice de Mueller est alors limité par le temps d'intégration du détecteur, qui peut être potentiellement très court. L'objet de la thèse a été dans un premier temps de valider expérimentalement un polarimètre de Mueller par codage en longueur d'onde, que nous avons dénommé "le polarimètre de Mueller instantané". Il s'agit d'utiliser une source large bande (10nm), des lames de phases d'ordre élevé et un spectromètre couplé à une caméra CCD pour disperser tous les états de polarisation. L'étalonnage de l'instrument a été effectué, et s'appuie sur une modélisation détaillée des composants optiques utilisés dans le montage. La précision du polarimètre a été évaluée à 3%, grâce à des mesures sur des milieux connus. La stabilisation du polarimètre a également été envisagée, pour prendre en compte les dérives dues à la température et aux contraintes appliquées à la fibre optique. Enfin, deux pistes théoriques d'optimisation ont été proposées, à savoir le choix idéal de la configuration d'épaisseur des lames de phase et l'utilisation d'un polarimètre à deux voies de détection. L'instrument a ensuite été utilisé pour caractériser de manière statique et dynamique des cellules à cristaux liquides ferroélectriques (pure et stabilisée par polymère) en dispositif SSFLC. Cela a permis d'une part, de prouver que l'exploitation de la matrice de Mueller est avantageuse pour évaluer des organisations moléculaires dans ces échantillons, grâce à la variété d'information qu'elle propose. Puis, ces études ont également prouvé la faisabilité d'acquérir simplement et avec une bonne résolution temporelle des dynamiques de réorientations rapides ( ∼ 100μs ) avec le polarimètre instantané. Nous avons ainsi été capables en particulier de mettre en évidence le mouvement des couches smectiques lors d'une transition "up"/"down" dans une cellule SSFLC.

Ce travail de thèse propose une méthode générale d'estimation de déplacement de la surface des glaciers à partir d'images RSO polarimétriques à Haute Résolution spatiale. Les caractéristiques nouvelles de ces images offrent un niveau de détail propice au développement de nouvelles méthodes de suivi de texture complémentaires aux méthodes classiques d'interférométrie RADAR difficiles à mettre en oeuvre dans ce contexte. La méthode proposée est basée sur la vraisemblance du rapport d'images RSO multivariées. L'utilisation du rapport d'images RSO et des lois statistiques correspondantes offrent une souplesse adaptée aux caractéristiques des images RSO notamment au caractère multiplicatif du chatoiement. La texture extraite du jeu polarimétrique offre une bonne robustesse aux variations surfaciques de la neige. La question du modèle statistique sous-jacent des images HR est abordé et l'utilisation des lois de Fisher est justifié. Des protocoles de test permettent de souligner la sensibilité de ce type de méthode. Le schéma méthodologique est complété par un ensemble de traitements avancés tels que la segmentation hiérarchique et l'utilisation d'un modèle d'écoulement. Deux sites d'études dans les Alpes françaises et en Antarctique ont permis d'éprouver cette méthode sur l'estimation de déplacement des glaciers d'Argentière et de l'Astrolabe. Une étude préliminaire sur la généralisation multi-capteurs de cette chaîne de traitement est finalement introduite.

Ces travaux concernent l'utilisation de méthodes temps-fréquences pour l'étude des images SAR polarimétriques au travers de deux applications.<br />La réponse des cibles mobiles est étudiée. Sa forme particulière conduit à une méthode de détection et refocalisation basée sur la transformée de Fourier fractionnaire. La problématique est étendue au cas des cibles possédant de plus une réflectivité dépendant des paramètres d'illumination (angle et fréquence). Une approche basée sur une modélisation de la cible et sur l'algorithme de Matching-Pursuit est présentée.<br />La détection des bâtiments dans les images SAR de zones urbaines en bande L est abordée dans le cadre temps-fréquence. Les notions complémentaires de stationnarité et de cohérence sont exploitées pour produire une classification temps-fréquence, permettant d'identifier les environnements naturels et différents types de cibles artificielles. Des applications à la cartographie et à la caractérisation de bâtiments sont proposées.