Ce travail porte sur la croissance épitaxiale et la caractérisation optique de boîtes quantiques d’InAs/InP(001) en faible densité en vue de la réalisation de nouveaux composants nanophotoniques émettant à 1,55 µm. Les propriétés structurales et optiques des îlots ont été corrélés pour différents paramètres de croissance d’un système d’épitaxie par jet moléculaire à sources solides. Nos résultats soulignent l’influence des reconstructions de surface d’InAs sur la forme des îlots. Des boîtes, plutôt que des bâtonnets allongés généralement observés,peuvent être directement formées dans des conditions de croissance adéquates. Une transition de forme de bâtonnets vers des boîtes est également démontrée par des traitements postcroissance sous arsenic. Les faibles densités de boîtes sont obtenues pour des faibles épaisseurs d’InAs déposées. Leur émission est facilement contrôlée à 1,55 µm par une procédure d’encapsulation spécifique appelé « double cap ». Quelques propriétés des boîtes individuelles d’InAs/InP sont ensuite évaluées. Les études de micro-photoluminescence révèlent des pics d’émission très fins et distincts autour de 1,55 µm confirmant les propriétés« quasi-atomiques » de ces boîtes uniques. Enfin, nous proposons pour la première fois une méthode à haute résolution spatiale qui permet d’étudier le transport de charges autour d’une boîte unique grâce à une technique de cathodoluminescence à basse tension d’accélération.Une mesure directe de la longueur de diffusion des porteurs avant capture dans une boîte a été obtenue. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives quant à l’intégration de ces boîtes uniques dans des microcavités optiques pour la réalisation de sources de lumières quantiques à 1,55 µm. / This thesis focus on the epitaxial growth and optical characterization of diluted InAs/InP(001) quantum dots for the realisation of new nanophotonic devices emitting at 1.55μm. The structural and optical properties of the quantum islands are correlated to different growth parameters of a solid source molecular beam epitaxy system. Our results highlight the influence of InAs surface reconstructions on the island shape. Dots rather than elongated dashes usually observed can be directly formed by adequate growth conditions. Dash to dot shape transition is also demonstrated by post-growth treatments. Low dot densities are obtained for small InAs deposited thickness. Their emission wavelength is easily tuned to1.55 µm using the “double cap” procedure for the growth of the InP capping layer. Optical properties of such single InAs/InP quantum dots are then evaluated. Microphotoluminescence studies reveal sharp and well separated emission lines near 1.55 µm from single dots confirming their atom-like properties. Last, we propose for the first time a highspatial resolution method to study the carrier transport in the vicinity of a single quantum dotusing a low-voltage cathodoluminescence technique. A direct measurement of the carrier diffusion length before capture into one dot has been obtained. These results open the way to the integration of these single dots into optical micro-cavities for the realisation of quantumlight sources at 1.55 µm.

La reconstruction de surface, à partir de données échantillonnées, est un thème de recherche important et très actif depuis quelques années. L'enjeu est de pouvoir générer toute sorte de géométries et de topologies. Le but de ce travail est de trouver une surface régulière Gamma (typiquement de classe C2), passant au plus près de tous les points d'un échantillon V donné, c'est-à-dire telle que la distance euclidienne d(x, Gamma) soit minimale pour tout x dans V. Pour cela, on formule le problème à l'aide d'une équation aux dérivées partielles qui va caractériser l'évolution d'une surface Gamma(t). Cette EDP est composée d'un terme d'attraction, qui permet à Gamma(t) d'avancer jusqu'à V, et d'un terme de tension de surface, dont le rôle est de préserver la régularité de Gamma(t) au cours du temps. On montre d'abord que le problème est bien posé, c'est-à-dire que sa solution existe et qu'elle est unique. Cette EDP est ensuite résolue numériquement à l'aide de la méthode des lignes de niveau, et grâce à des schémas numériques spécifiques (avec approximation des dérivées d'ordre un et deux en espace en chaque noeud du maillage), sur des triangulations adaptées et anisotropes (pour améliorer la précision du résultat). D'un point de vue analyse, on montre que ces schémas sont consistants et stables en norme L2. Des exemples d'applications sont présentés pour illustrer l'efficacité de notre approche.

Developing remote sensing instrumentation allows obtaining information about an area rapidly and with low costs. This fact offers a challenge to remote sensing algorithms aimed at extracting information about an area from the available re&not / mote sensing data. A very typical and important problem being interpretation of satellite images. A very efficient approach to remote sensing is employing discrim&not / inant functions to distinguish different landscape classes from satellite images. Various methods on this direction are already studied. However, the efficiency of the studied methods are still not very high. In this thesis, we will improve efficiency of remote sensing algorithms. Besides we will investigate improving boundary detection methods on satellite images.

Les films ultraminces présentent une grande proportion d'atomes aux interfaces films-substrat et film-environnement. Grâce à cela, ces films possèdent des microstructures et donc des propriétés particulières différentes de celles des matériaux massifs. Nous avons étudié par microscopie à effet tunnel in situ d'une part la microstructure d'alliages binaires B - Ni où B = {Pd, Au, Ag} réalisés par co-dépôt électrochimique, et d'autre part la microstructure de films ultraminces où l'élément B est déposé sur une monocouche de nickel préalablement déposée sur Au(111). De plus, une méthode à été mise au point pour permettre de maintenir la surface de Au(111) non reconstruite pendant le les différents dépôts permettant de minimiser la formation d'alliage avec le substrat. Après avoir revisité le dépôt de Ni sur l'or non reconstruit, la microstructure des alliages co-déposés a été étudiée en fonction de leur composition et de la vitesse de dépôt. De plus, le choix des éléments B nous permet d'étudier l'influence de l'enthalpie de mélange du nickel avec Pd, Au et Ag sur la microstructure. Nous avons ainsi montré qu'il y a séparation de phase dans tous les cas mais à une échelle propre à chaque système. Le dépôt de B sur Ni a permis de mettre en évidence des processus de substitution entre B = {Pd, Au} et le nickel. Ces processus s'accompagnent d'une dissolution partielle du nickel extrudé de la couche. Les alliages formés sont composés d'un mélange de phase riches en nickel et riches en Pd ou Au. La morphologie de ces alliages est cependant très différente des alliages co-déposés.

Ce travail porte sur la croissance épitaxiale et la caractérisation optique de boîtes quantiques d'InAs/InP(001) en faible densité en vue de la réalisation de nouveaux composants nanophotoniques émettant à 1,55 µm. Les propriétés structurales et optiques des îlots ont été corrélés pour différents paramètres de croissance d'un système d'épitaxie par jet moléculaire à sources solides. Nos résultats soulignent l'influence des reconstructions de surface d'InAs sur la forme des îlots. Des boîtes, plutôt que des bâtonnets allongés généralement observés,peuvent être directement formées dans des conditions de croissance adéquates. Une transition de forme de bâtonnets vers des boîtes est également démontrée par des traitements postcroissance sous arsenic. Les faibles densités de boîtes sont obtenues pour des faibles épaisseurs d'InAs déposées. Leur émission est facilement contrôlée à 1,55 µm par une procédure d'encapsulation spécifique appelé " double cap ". Quelques propriétés des boîtes individuelles d'InAs/InP sont ensuite évaluées. Les études de micro-photoluminescence révèlent des pics d'émission très fins et distincts autour de 1,55 µm confirmant les propriétés" quasi-atomiques " de ces boîtes uniques. Enfin, nous proposons pour la première fois une méthode à haute résolution spatiale qui permet d'étudier le transport de charges autour d'une boîte unique grâce à une technique de cathodoluminescence à basse tension d'accélération.Une mesure directe de la longueur de diffusion des porteurs avant capture dans une boîte a été obtenue. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives quant à l'intégration de ces boîtes uniques dans des microcavités optiques pour la réalisation de sources de lumières quantiques à 1,55 µm.

En simulation de fluides, il est très difficile d'obtenir des simulations contenant un haut niveau de détails efficacement dû à la complexité des phénomènes étudiés. Beaucoup de travaux se sont attaqués à ce problème afin de développer de nouvelles techniques permettant d'augmenter la résolution apparente des fluides à plus faibles coûts de calcul. Les nouvelles méthodes adaptatives ou multi-échelles ont permis de grandement améliorer la qualité visuelle des simulations de fumée et de liquides, mais certains problèmes demeurent toujours ouverts et au centre de nombreuses recherches. L'objectif de ce mémoire est d'élaborer une méthode multi-échelles afin d'augmenter la résolution apparente d'une simulation de liquide basée sur un système de particules déjà existante, un type de simulation très populaire grâce à ses propriétés de conservation d'énergie. Une telle méthode permettrait d'obtenir des simulations de résolution apparente élevée à bien moindres coûts de calcul et permettrait ainsi aux artistes d'obtenir un aperçu de leur simulation plus rapidement, tout en ayant un résultat de haute qualité. Nous présentons une méthode permettant de reconstruire une surface d'une telle simulation qui soit encline à la simulation de dynamique de surface afin d'injecter des détails de hautes fréquences occasionnés par la tension de surface. Notre méthode détecte les endroits sous-résolus de la simulation et y injecte de la turbulence grâce à de multiples oscillateurs à différentes fréquences. Les vagues à hautes fréquences injectées sont alors propagées à l'aide d'une simulation d'onde sur la surface. Notre méthode s'applique totalement en tant que post-traitement et préserve ainsi entièrement le comportement général de la simulation d'entrée tout en augmentant nettement la résolution apparente de la surface de celle-ci. / Accurately simulating the behaviour of fluids remains a difficult problem in computer graphics, and performing these simulations at a high level of detail is particularly challenging due to the complexity of the underlying dynamics of a fluid. A recent and significant body of work targets this problem by trying to augment the apparent resolution of an underlying, lower-resolution simulation, instead of performing a more costly simulation at the full-resolution. Adaptive or multi-scale methods in this area have proven successful for simulations of smoke and liquids, but no comprehensive solution exists. The goal of this thesis is to devise a new multi-scale detail-augmentation technique suitable for application atop existing particle-based fluid simulators. Particle simulations of fluid dynamics are a popular, heavily-used alternative to grid-based simulations due to their ability to better preserve energy, and no detail-augmentation techniques have been devised for this class of simulator. As such, our work would permit digital artists to perform more efficient lower-resolution particle simulations of a liquid, and then layer-on a detailed secondary simulation at a negligible cost. To do so, we present a method for reconstructing the surface of a liquid, during the particle simulation, in a manner that is amenable to high-frequency detail injection due to higher-resolution surface tension effects. Our technique detects potentially under-resolved regions on the initial simulation and synthesizes turbulent dynamics with novel multi-frequency oscillators. These dynamics result in a high-frequency wave simulation that is propagated over the (reconstructed) liquid surface. Our algorithm can be applied as a post-process, completely independent of the underlying simulation code, and so it is trivial to integrate in an existing 3D digital content creation pipeline.

Le nombre de degrés de liberté à contrôler dans un système d'optique adaptative (OA) passe de quelques centaines pour les grands télescopes actuels à plusieurs milliers prévus sur les futurs télescopes de 30 à 100 mètres de diamètre. La méthode de commande de cette OA doit être repensée à la fois pour être en adéquation avec les nouveaux critères de performance et pour pouvoir estimer un si grand nombre de paramètres en temps réel. Je montre d'abord qu'il est possible d'améliorer l'estimation de la déformation de la surface d'onde, d'un facteur 2 sur la variance de l'erreur, en tenant compte de connaissances a priori sur la statistique de la turbulence atmosphérique et ce, tout en utilisant un algorithme rapide adapté aux grands systèmes. Ensuite, l'optimisation d'un critère en boucle fermée me conduit à une commande optimale par modèle interne, applicable en temps réel sur un télescope hectométrique grâce à l'algorithme rapide cité précédemment. La robustesse de cette nouvelle méthode de commande a enfin été éprouvée sur un simulateur complet d'OA et ses performances ont été comparées à d'autres approches.

Les nanofils (NFs) de semi-conducteur (SC) sont des objets possédant des propriétés très intéressantes pour la fabrication de futurs composants électroniques à l'échelle nanométrique. Ils sont élaborés grâce à l'utilisation d'un catalyseur métallique (Au) formant un point eutectique profond en s'alliant à la phase SC (Si) permettant la germination et la croissance du NF à basses températures. Ce travail a pour but l'étude de la formation, de la structure et du comportement de ces gouttes d'alliage eutectique en interaction avec le substrat dont les propriétés futures du NF vont dépendre. L'étude a été menée in-situ, par utilisation du rayonnement synchrotron qui est un outil parfaitement dédié à la caractérisation de structures à l'échelle atomistique. Les gouttes d'eutectique ont été obtenues par le démouillage d'un film d'or. L'étude de ce procédé a révélé des changements dans les relations d'épitaxies entre l'or et le silicium. Les gouttes ainsi formées sont accompagnées d'une couche de mouillage, se révélant être une reconstruction de surface, dont les conditions de formation ainsi que la structure atomique ont été déterminées. Lors du refroidissement, une augmentation des effets de surfusion a été observée en présence de cette reconstruction et sont expliqués par la structure même de cette dernière qui semble stabiliser l'état liquide. Des expériences similaires ont été faites sur d'autres systèmes (Au-Ge, Al-Si) et une synthèse a été réalisée pour comparer les connaissances actuelles sur le ce sujet avec les résultats de ce travail. / Semiconductor (SC) nanowires (NMs) have been identified as important components for future electronic and sensor nanodevices. They are produced using a metal catalyst (Au) that forms a low eutectic point with the SC phase (Si) and enables their nucleation and their growth at low temperatures. The aim of this study is to investigate the formation, the structure as well as the behaviour of such liquid eutectic droplets in interaction with the substrates on which the futur NMs properties will later depend. This work has been performed in-situ, using synchrotron radiation which is the perfect tool to characterize this mechanism at the atomistic scale. The eutectic droplets have been obtained through the dewetting of thin gold films. This process has been found to modify the epitaxial relationships between the gold and the silicon substrate. The obtained droplets are accompanied by a wetting layer (WL) whose conditions of formation as well as atomic structure, which turned to be a surface reconstruction, have been determined. During the cooling process, the supercooling effects in such AuSi eutectic droplets have been found to be enhanced in the presence of this reconstruction. They are explained by the specific structure of the reconstruction which is likely to stabilize the liquid phase. Similar experiments on other systems (Au-Ge or Al-Si) were performed and a synthesis has been made in order to present the current knowledge on this topic in comparison with the results of this work.

Le raffinement de nuage de points et la reconstruction de surface sont deux problèmes fondamentaux dans le traitement de la géométrie. La plupart des méthodes existantes ont été ciblées sur les données de capteur de distance et se sont avérées être mal adaptées aux données multi-vues. Dans cette thèse, deux nouvelles méthodes sont proposées respectivement pour les deux problèmes avec une attention particulière aux données multi-vues. La première méthode permet de lisser les nuages de points provenant de la reconstruction multi-vue sans endommager les données. Le problème est formulé comme une optimisation non-linéaire sous contrainte et ensuite résolu par une série de problèmes d’optimisation sans contrainte au moyen d’une méthode de barrière. La seconde méthode effectue une triangulation du nuage de points d’entrée pour générer un maillage en utilisant une stratégie de l’avancement du front pilotée par un critère de l’empilement compact de sphères. L’algorithme est simple et permet de produire efficacement des maillages de haute qualité. Les expérimentations sur des données synthétiques et du monde réel démontrent la robustesse et l’efficacité des méthodes proposées. Notre méthodes sont adaptées aux applications qui nécessitent des informations de position précises et cohérentes telles que la photogrammétrie et le suivi des objets en vision par ordinateur / Point cloud refinement and surface reconstruction are two fundamental problems in geometry processing. Most of the existing methods have been targeted at range sensor data and turned out be ill-adapted to multi-view data. In this thesis, two novel methods are proposed respectively for the two problems with special attention to multi-view data. The first method smooths point clouds originating from multi-view reconstruction without impairing the data. The problem is formulated as a nonlinear constrained optimization and addressed as a series of unconstrained optimization problems by means of a barrier method. The second method triangulates point clouds into meshes using an advancing front strategy directed by a sphere packing criterion. The method is algorithmically simple and can produce high-quality meshes efficiently. The experiments on synthetic and real-world data have been conducted as well, which demonstrates the robustness and the efficiency of the methods. The developed methods are suitable for applications which require accurate and consistent position information such photogrammetry and tracking in computer vision

Les surfaces complexes ont des applications dans divers domaines tels que ceux de la photonique, de l'énergie, du biomédical, du transport... Par contre, elles posent de véritables défis quant à leur spécification, fabrication et mesure ainsi que lors de l'évaluation de leur défaut de forme. Les processus de fabrication et de mesure de surfaces complexes sont fortement tributaires des dimensions, des tolérances et des formes spécifiées. Afin de rendre exploitable les informations données par le système de mesure, une étape importante de traitement s'impose. Il s'agit ici de la reconstruction de surfaces afin de reconstituer la géométrie et la topologie de la surface sous-jacente et d'en extraire les informations nécessaires pour des besoins de métrologie dimensionnelle (caractéristiques dimensionnelles et évaluation des défauts de forme). Dans la catégorie des surfaces asphériques pour lesquelles un modèle mathématique est associé, le processus de traitement de données géométriques, non nécessairement organisées, se fait par l'association du modèle aux données. Les résidus d'association recherchés en optique sont typiquement de l'ordre du nanomètre. Dans ce cadre, nous proposons l'utilisation de l'algorithme L-BFGS qui n'a encore jamais été utilisé en métrologie. Ce dernier permet de résoudre des problèmes d'optimisation non-linéaires, sans contraintes et d'une manière robuste, automatique et rapide. La méthode L-BFGS reste efficace pour des données contenant plusieurs millions de points. Dans la catégorie des surfaces gauches et notamment des aubes de turbines, la fabrication, la mesure et le traitement sont à une toute autre échelle, sub-micrométrique. Les surfaces gauches ne sont généralement pas définies par un modèle mathématique mais sont représentées par des modèles paramétriques de type B-Spline et/ou NURBS. Dans ce cadre, nous exposons un état de l'art détaillé et proposons une nouvelle approche itérative d'association B-Spline. L'algorithme s'affranchit de tous les problèmes liés à l'initialisation et au paramétrage initial. Par conséquent, un tel algorithme constitue une nouveauté dans ce domaine. Nous établissons une étude approfondie en évoquant les avantages et les limites actuelles de cette approche sur des exemples de courbes fermées en 2D. Nous complétons ensuite cette étude par des perspectives d'amélioration et de généralisation aux surfaces en 3D. / Complex surfaces exhibit real challenges in regard to their design specification, their manufacturing, their measurement and the evaluation of their manufacturing defects. They are classified according to their geometric/shape complexity as well as to their required tolerance. Thus, the manufacturing and measurement processes used are selected accordingly. In order to transcribe significant information from the measured data, a data processing scheme is essential. Here, processing involves surface reconstruction in the aim of reconstituting the underlying geometry and topology to the points and extracting the necessary metrological information (form and/or dimensional errors). For the category of aspherical surfaces, where a mathematical model is available, the processing of the data, which are not necessarily organized, is done by fitting/associating the aspherical model to the data. The sought precision in optics is typically nanometric. In this context, we propose the L-BFGS optimization algorithm, first time used in metrological applications and which allows solving unconstrained, non-linear optimization problems precisely, automatically and fast. The L-BFGS method remains efficient and performs well even in the presence of very large amounts of data.In the category of general freeform surfaces and particularly turbine blades, the manufacturing, measurement and data processing are all at a different scale and require sub-micrometric precision. Freeform surfaces are generally not defined by a mathematical formula but are rather represented using parametric models such as B-Splines and NURBS. We expose a detailed state-of-the-art review of existing reconstruction algorithms in this field and then propose a new active contour deformation of B-Splines approach. The algorithm is independent of problems related to initialization and initial parameterization. Consequently, it is a new algorithm with promising results. We then establish a thorough study and a series of tests to show the advantages and limitations of our approach on examples of closed curves in the plane. We conclude the study with perspectives regarding improvements of the method and its extension to surfaces in 3D.