La spectroscopie par la mesure du spectre optique est un outil dont on ne peut aujourd’hui plus se passer dans la grande majorité des laboratoires de chimie analytique et pour les applications de télédétection. À cet effet, l’usage de spectromètres par transformation de Fourier, les FTS (Fourier Transform Spectrometer), est très répandu. Parmi ces spectromètres, on trouve de plus en plus des instruments imageurs: les iFTS. À la différence des FTS classiques qui ne mesurent qu’un seul point, les iFTS mesurent un grand nombre de points d’une scène simultanément, ce qui ouvre la porte à des analyses spectrales sur des images. Les mesures spectrales effectuées par des FTS présentent certaines erreurs systématiques qui sont en grande partie décrites par la fonction de réponse spectrale de l’instrument, ou la SRF (Spectral Response Function). Dans le cas des instruments imageurs, chaque pixel possède sa propre réponse spectrale individuelle. Cela ouvre une toute nouvelle dimension dans l’analyse et la prédiction des erreurs systématiques de l’instrument. Grâce à la combinaison de la capacité d’imagerie et de télédétection des FTS imageurs, ce type d’instrument est souvent choisi pour des applications aérospatiales de sciences atmosphériques, tant pour l’étude de l’atmosphère terrestre que d’autre corps célestes. Ces applications sont toutefois très exigeantes et présentent des requis très stricts en matière de précision spectrale des instruments de mesure. Répondre à ces exigences sans une connaissance excellente de la réponse spectrale est impensable. La modélisation de la réponse des spectromètres permet d’obtenir une bonne connaissance des performances de ces instruments. Cette thèse propose d’abord une revue des effets affectant la réponse spectrale des FTS imageurs, pour ensuite présenter une nouveau modèle numérique de cette famille d’instruments. Ce modèle global de performance spectrale inclut des effets optiques généralement ignorés, simplifiés ou modélisés individuellement. La nécessité de modéliser ces effets, tels que ceux qui sont causés par la fonction de transfert optique de l’objectif du détecteur ou par l’architecture de la matrice de détecteur en plan focal (FPA), est démontrée par des usages exemplaires du modèle. Enfin, l’application du modèle comme support à l’analyse de performance du spectromètre imageur GLORIA est présentée. / Spectroscopy and the measurement of light spectrum have become essential tools in a large number of fields, from analytic laboratories to remote sensing field measurements. In these applications, the use of Fourier transform spectrometers (FTS) is widespread and, more recently, imaging Fourier transform spectrometers (iFTS) are becoming ever more popular. The iFTS instruments enable spatially resolved highresolution spectral analysis within a single measurement, thus allowing the study of fine spectral variations in observed scenes. Such measurements inherently include systematic errors which can be in large part described by the instrument spectral response function, often referred to as SRF. In the case of iFTS, each pixel of the instrument will sport a different spectral response, which opens a whole new dimension not only in the measurement itself, but also for error analysis and instrument design. Because of their unique imaging capacity, iFTS instruments are a prime choice for remote sensing applications from airborne or spaceborne platforms for the measurement of the Earth atmosphere, as well as the atmosphere of other celestial bodies. The requirements on the spectral accuracy demanded by such missions are very high. To achieve these requirements, an excellent knowledge of the instrument spectral response is essential. Modelling of the spectral response of iFTS instruments is a possible approach to achieve the desired knowledge of instrument performances. This thesis offers a review of the factors affecting the spectral performances of FTS instruments from which a numerical model of the spectral response specifically designed with imaging instrument in mind is proposed. This model integrates optical effects which were up to now only studied separately – if at all – and not integrated in a global performance model of the instrument. The necessity to consider these effects, such as those caused by the optical transfer function of the detector imaging optic or the architecture of the imaging focal plane array (FPA), is demonstrated. Using dedicated measurement of the airborne iFTS GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance of the Atmosphere), the application of the model for performance analysis and review is demonstrated.

Malgré tous leurs avantages, les spectromètres par transformation de Fourier (FTS, de Fourier Transform Spectrometer) imageurs présentent un désavantage marqué par rapport aux autres technologies de spectromètres. Comme leur nom l'indique, on doit effectuer une transformée de Fourier sur les données brutes pour en extraire les spectres. Pour les instruments dotés d'un seul pixel, ce n'est plus un problème, grâce à l'algorithme de transformée de Fourier rapide (FFT) combiné aux ordinateurs modernes. Par contre, pour un FTS imageur équipé d'une large matrice de détecteurs (i.e. 320x256 pixels), la quantité de données à traiter peut vite devenir trop lourde pour la plupart des ordinateurs modernes, particulièrement si on désire faire le tout en temps réel. Une architecture de type SoC (système sur une puce - System On a Chip) sur réseau prédiffusé programmable par l'utilisateur (FPGA - Field Programmable Gate Array) est présenté dans ce mémoire. Cette architecture est capable de faire le traitement en temps réel de données provenant d'un FTS imageur. Par exemple, il est possible de faire du moyennage de plusieurs hypercubes, la transformation de Fourier rapide, du rognage spectral, de même que la calibration radiométrique, le tout à une vitesse atteignant 34 mégapoints par seconde (Mpts/s). Les calculs faits sur le FPGA n'ont pas le même niveau d'exactitude que ceux fait sur un PC avec des nombres à virgule flottante de 64 bits. Par contre, l'erreur introduite par l'utilisation de nombres en points fixes sur le FPGA ne dégrade pas le niveau de bruit d'un FTS imageur opérant dans la bande Long Wave (LVV) de plus de 10 %.

Un spectromètre imageur pour l'astronomie conçu spécifiquement pour être utilisé au télescope de 1.6 m de l'observatoire du mont Mégantic a été réalisé sur la base d'un interféromètre de Michelson. Un spectre pour chacun des quelques 1.4 millions de pixels que contient l'image peut être obtenu par le calcul de la transformée de Fourier des interférogrammes. Ceux-ci sont recueillis sous la forme d'une série d'images panchromatiques de la scène prises à différentes valeurs équidistantes de différences de parcours optiques dans l'interféromètre. Cette façon de faire confère à l'instrument un caractère distinctif dans l'ensemble des concepts de spectromètres imageurs existants puisque, pour la totalité de la mesure, toute la lumière de la scène dans le champ de vue alloué au détecteur est captée et ce pour la pleine étendue spectrale de celui-ci. Ce pouvoir de collection de lumière inégalé présente à la fois des avantages et des inconvénients qui sont discutés dans le présent document. L'instrument, baptisé SpIOMM, qui résulte de ces travaux est au moment de sa mise en service le premier du genre au monde à produire des résultats scientifiques dans la bande du visible (350 - 900 nm).

Ce mémoire présente l’utilisation d’une caméra plénoptique comme détecteur d’un interféromètre à transformée de Fourier. Des algorithmes d’acquisition, de variation numérique du foyer et de télémétrie ont été développées pour le traitement des données de deux montages. Un interféromètre fixe a été utilisé pour étudier l’interaction entre les franges d’interférence dues au désalignement de l’instrument et une caméra plénoptique. Un interféromètre à transformée de Fourier a ensuite été utilisé pour obtenir des mesures télémétriques d’une scène en transmission et en réflexion dans différentes bandes spectrales. Une estimation de distance à pu être obtenue à partir de chaque bande spectrale. / This master thesis present the usage of a light field camera as a detector for a Fourier transform interferometer. An algorithm for data acquisition, numerical refocus and ranging has been develloped to process the data from two experimental setups. A fixed interferometer has been used to study the interaction between misalignement fringes from the instrument and the light field camera. A Fourier transform interferometer was then used to obtain hyperspectral ranging data from a transmissive and reflective scene. It was possible to obtain a distance estimation in each spectral band.

La conception d'instruments de mesure optique complexes comme des spectromètres par transformation de Fonder nécessite l'intégration de plusieurs sous-systèmes jouant tous un rôle critique dans les performances de l'ensemble. Ce mémoire fait d'abord un survol de l'intégration des systèmes lors de la conception d'un spectromètre par transformation de Fourier imageur avec une emphase particulière sur l'intégration du détecteur dans l'instrument. Une présentation des méthodes habituelles de caractérisation des performances des détecteurs sensibles à la lumière infrarouge; est ensuite effectuée puis une nouvelle méthode est proposée. Cette nouvelle approche de caractérisation de responsivité de détecteurs est dérivée; des techniques utilisées habituellement. Une étude de la théorie sous-jacente à cette méthode de caractérisation de responsivité est faite et les hypothèses requises sont présentées. Par la suite, une étude des performances de bruit des détecteurs est effectuée; et une méthode d'analyse expérimentale qui vise principalement à évaluer le bruit de grenaille de photodétecteur est analysée.

Nous présentons des mesures de section efficace de réaction, obtenues par la technique directe pour des dizaines de noyaux riches en neutrons (N

Lors de l'été 2005, une équipe de scientifique du centre de recherche et développement pour la Défense Canada (division de Valcartier) a effectuée des essais à l'aide d'un prototype de spectromètre imageur aéroporté. Un échantillon varié de cibles a été utilisé, dont une série d'explosion au sol. Le but de ce mémoire est de déterminer la possibilité, uniquement fondé sur les données recueillies par le spectromètre, d'identifier les différents types d'explosifs ayant été détonnés et mesurés, et ainsi généraliser que ce prototype puisse être utilisé à des fins appliquées aux explosifs. Afin de répondre à ce but, le mémoire aborde premièrement les principes fondamentaux du spectromètre dont il est question, et explique les caractéristiques de fonctionnement de l'instrument, se penchant aussi sur ses limites, ses paramètres et ses possibilités d'exploitation. On traite ensuite de la mise en œuvre des essais et de quelle façon les données ont été recueillies, suivi d'un développement détaillé des manipulations qu'ont subit les données afin de pouvoir être analysées aisément. Finalement, on termine avec l'interprétation des données, permettant ainsi de conclure si un potentiel d'application existe pour un tel instrument, quant aux explosifs en général. / During the summer of 2005, a scientific team of the Defence Research and Development, Canada Centre (Valcartier Division) has carried out a series of tests using an airborn imaging spectrometer prototype. A great sample of tragets was used, including a series of ground explosions. The aim of this thesis is to determine the possibility, only based on the data acquired by the spectrometer, of identifying the different types of explosives detonated and measured, thus generalizing that this prototype can be applied to explosive purposes. In order to meet this goal, the thesis tackles first of ail the fundamental principals of the spectrometer at hand, and examines the operating characteristics of the instrument, explaining also its limits, parameters and utilization possibilities. We then discuss the tests coordination and by what means the data was collected, followed by a detailed appreciation of the manipulation the data has undergone in order to be easily analyzed. The thesis ends with the data interpretation, thus enabling to conclude an application potential of the instrument with regards to explosives in general.

Cette thèse porte sur l’étude des régions HII dans les galaxies proches avec l’instrument SpIOMM, un spectro-imageur à transformée de Fourier à l’Observatoire du Mont-Mégantic. Un échantillon de sept galaxies a été observé avec SpIOMM et un spectrographe longue-fente. La méthode d’analyse proposée profite des avantages des deux instruments. La synthèse des populations stellaires, qui se base sur les données longue-fente, permet de corriger l’ensemble des données SpIOMM pour la présence des profils d’absorption stellaires sous-jacents aux raies d’émission des régions HII. La mesure précise des raies d’émission révèle les détails du gaz ionisé sur toute la surface du disque des galaxies. Un total de 2930 régions HII a été identifié dans les galaxies de l’échantillon. Les caractéristiques physiques de ces régions sont extraites avec des méthodes développées sur-mesure pour les données SpIOMM. Entre autres, des bases de données construites avec des codes de photoionisation sont utilisées pour extraire la métallicité, le paramètre d’ionisation et le rapport d’abondances [N/O] du gaz ionisé. Ces méthodes ont d’ailleurs permis de mettre en évidence certaines lacunes des outils actuellement disponibles pour faire l’analyse des régions HII. La grande résolution spatiale d’SpIOMM révèle les variations des paramètres physiques dans les régions et l’effet du gaz diffus sur les diagnostics. Le profil de luminosité de l’ensemble des régions HII est présenté. Les gradients globaux de métallicité et le rapport d’abondances [N/O] sont mesurés avec précision pour cinq galaxies. L’âge des complexes stellaires contenus dans les régions HII est également estimé. Le profil de luminosité, la courbe de rotation ainsi que certains paramètres de la cinématique des galaxies (vitesse systémique et angle de position) sont obtenus et comparés à la littérature. Mes objectifs de démontrer l’efficacité d’SpIOMM pour l’étude des galaxies et de développer une méthode adaptée aux données de l’instrument pour extraire les paramètres physiques des régions HII ainsi que les caractéristiques générales des galaxies, ont été atteints. Tous les résultats démontrent qu’SpIOMM et SITELLE, son successeur au Télescope Canada-France-Hawaii, sont des instruments inégalables pour l’étude détaillée des raies d’émission dans les galaxies. / This thesis focuses on the study of HII regions in nearby galaxies with SpIOMM, an imaging Fourier transform spectrograph of the Observatoire du Mont-Mégantic. A sample of seven galaxies was observed with SpIOMM and a long-slit spectrograph. The analytical method proposed benefits from the capabilities of both instruments. The synthesis of stellar populations based on the long-slit data allows us to correct the SpIOMM data for the presence of stellar absorption line profiles underneath the HII region emission lines. The accurate measurement of emission lines reveals details of the ionized gas over the whole disk of the galaxies. A total of 2930 HII regions is identified in the whole galaxy sample. The physical characteristics of these regions are extracted using different methods tailored for SpIOMM data. Multiple databases built using photoionization codes are used to extract the metallicity, the ionization factor, and the [N/O] abundance ratio of the ionized gas. These methods have helped to highlight some deficiencies of the currently available tools to analyze the HII regions. The high spatial resolution of SpIOMM underlines the variation of the physical parameters within the regions themselves and, among others, the effect of the diffuse ionized gas on the diagnostics. The luminosity profile for the whole sample of HII regions is presented. The overall metallicity and the [N/O] abundance ratio gradients for five galaxies are measured accurately. The age of the stellar complexes contained in the HII regions is also given. The luminosity profile, rotation curve, and other parameters related to the galaxy kinematics (systemic velocity and position angle) are obtained and compared to the literature. My goals to demonstrate SpIOMM’s efficiency for the study of galaxies and to develop a method adapted to these data in order to extract the HII regions physical parameters and the general characteristics of the galaxies have been reached. All the results demonstrate that SpIOMM and its successor SITELLE, at the Canada-France-Hawaii telescope, are ideal instruments to study in great details the gas emission in galaxies.

Le développement des spectromètres par transformée de Fourier (FTS) a connu un essor important en bénéficiant de l'attention de nombreux groupes de recherche à travers le monde depuis les années 1960 (bien que cet instrument existait déjà bien avant), résultant dans la connaissance approfondie que nous en avons aujourd'hui. Dans les années 1990 et 2000, l'augmentation grandissante des performances des caméras à intégration (de type «charge-coupled device» (CCD) ou autre) a permis la croissance accélérée de la technologie FTS imageur, combinant ainsi l'information spatiale à l'information spectrale, et ouvrant la porte à de nouvelles applications pour cet instrument de pointe. Mise à part la quantité phénoménale de données produite par un tel instrument, certains aspects fondamentaux de l'appareil, bien caractérisés pour les instruments mono-pixel, méritent une nouvelle analyse lorsqu'un détecteur de type intégrateur est utilisé. Ce mémoire de maîtrise se concentre sur l'un de ces éléments : la minimisation de la gigue d'échantillonnage des données acquises en présence de perturbations mécaniques. Cette gigue étant principalement due aux variations de vitesse du chariot du miroir en mouvement dans l'instrument, la qualité de l'information de position et de vitesse est tout d'abord améliorée afin d'obtenir un estimé plus précis de l'état du chariot. Puis, sur la base de cette connaissance fiable, deux approches générales sont analysées. Dans un premier temps, une approche de réduction de la gigue d'échantillonnage a priori (soit avant l'intégration intrinsèque à l'acquisition avec une caméra) est abordée et les performances de trois méthodes de génération des instants d'échantillonnage sont comparées, à la fois en simulation et via leur implantation dans un système réel. Dans un deuxième temps, deux algorithmes de ré-échantillonnage sont utilisés afin de corriger la grille d'échantillonnage a posteriori, soit avec la connaissance de la position d'échantillonnage du signal telle qu'estimée par le laser de référence. Pour terminer, l'analyse combinée des résultats fait ressortir la meilleure approche globale et les ressources technologiques requises pour l'implémenter.

Ce projet vise l’étude de la focalisation d’un faisceau ionique à la pression atmosphérique. Les sources ioniques récentes fonctionnent à cette pression et la région de dérive séparant la région d’ionisation de l’entrée du spectromètre de masse est telle qu’une importante partie du signal produit est perdu avant son introduction dans le spectromètre de masse. La source LDTD ionise les analytes par une décharge couronne qui est produite par une pointe à haute tension. Le champ électrique généré par cette configuration tend à grandement disperser les ions. Pour limiter cette dispersion et focaliser une plus grande partie du signal produit au centre, des lentilles électrostatiques annulaires minces ont été introduites dans la région de dérive. Des simulations ainsi que des expériences réalisées sur un montage, nous ont permis d’observer une focalisation d’un faisceau ionique. Les résultats expérimentaux ont corroboré les résultats obtenus en simulation.