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This thesis deals with multiphase geometric optics expansions, for hyperbolic quasilinear boundary value problems, that is, asymptotic expansions of approximate solutions for these systems, for which the forcing boundary term oscillate at high frequency with multiple planar phases on the boundary. The framework is weakly nonlinear, namely the boundary term is of order O(?), when the frequencies are of order O(1/?). In a first part, interest is made on a boundary value problem satisfying the uniform Kreiss-Lopatinskii condition, and the first term of a WKB expansion is constructed for this problem. The multiple frequencies on the boundary generate a countable infinite number of phases inside the domain, and we therefore use an almost periodic functional framework, here in the sense of Bohr. The major difficulties of this work are the lack of symmetry in the leading profile equation and the occurrence of infinitely many resonances (opposite to the simple phase case studied earlier). The leading profile is constructed as the solution of a quasilinear problem, which is solved using a priori estimates without loss of derivatives. The assumptions of this work are illustrated with the example of isentropic Euler equations in space dimension two. The second part is devoted to the study of instabilities for geometric optics expansions of weakly stable problems, where the forcing boundary term is perturbated by a small amplitude oscillating function, of transverse frequency. Since the boundary frequencies lie in the locus where the Lopatinskii determinant is zero, the amplifications on the boundary give rise to a highly coupled system of equations for the profiles. A toy model of this system is solved in an analytical framework, using the Cauchy-Kovalevskaya theorem as well as a version of it ensuring analyticity in space and time for the solution. Then it is proven that, through resonances and amplification, a particular configuration for the phases may create an instability, in the sense that the small perturbation on the boundary may interfere at the leading order in the asymptotic expansion. Finally we study the possibility for such a configuration of frequencies to happen for the isentropic Euler equations in space dimension three.; Cette thèse porte sur des développements d'optique géométrique multiphasée, pour des problèmes aux limites hyperboliques et quasi-linéaires, c'est-à-dire des développements asymptotiques de solutions approchées de ces systèmes, pour lesquels le terme de bord oscille à une fréquence élevée suivant plusieurs phases planes au bord. On se place dans un cadre faiblement non-linéaire, c'est-à-dire que le terme de bord est d'ordre O(?) quand les fréquences sont d'ordre O(1/?). Dans une première partie, on s'intéresse à un problème aux limites satisfaisant la condition de Kreiss- Lopatinskii uniforme, et l'on construit pour ce problème le premier terme d'un développement BKW pour la solution approchée. La multiplicité des fréquences au bord engendre, à l'intérieur du domaine, un nombre infini dénombrable de fréquences, nous contraignant à utiliser un cadre de fonctions presque-périodiques, ici au sens de Bohr. La principale difficulté de ce travail réside dans le défaut de symétrie dans le système vérifié par le profil principal, et l'occurence d'une infinité de résonances (à l'inverse du cas d'une seule phase étudié précédemment). Le profil principal est alors obtenu comme la solution d'un problème quasi-linéaire, qui est résolu à l'aide d'estimations a priori sans perte de dérivée. Les hypothèses de cette partie sont illustrées avec l'exemple des équations d'Euler compressibles isentropiques en dimension deux d'espace. La deuxième partie est consacrée à l'étude de l'instabilité de développements d'optique géométrique pour des problèmes aux limites faiblement stables, où le terme de forçage au bord subit une perturbation de petite amplitude, oscillant suivant une fréquence transversale. Puisque les fréquences au bord appartenant au lieu d'annulation du déterminant de Lopatinskii, les amplifications au bord donnent lieu à un système hautement couplé d'équations pour les profils. Un modèle jouet de ce système est résolu dans un cadre de fonctions analytiques, à l'aide du théorème de Cauchy-Kovalevskaya, et d'une version de celui-ci assurant l'analyticité en temps et en espace. On montre ensuite que, à travers les résonances et les amplifications, une configuration particulière de fréquences au bord peut donner lieu à une instabilité, c'est-à- dire que la petite perturbation au bord peut intervenir à l'ordre principal dans le développement asymptotique. On étudie enfin la possibilité qu'une telle configuration de fréquences au bord existe pour l'exemple des équations d'Euler compressibles isentropiques en dimension trois d'espace.

International audience; As the volume of marine transportation increases, it becomes increasingly important to monitor ships for efficient coastal monitoring and management. To this end, high-resolution satellite images can be utilized to surveil oceanic environments synoptically. In this study, high-resolution optical satellite image was used to detect ships and estimate the size of each ship in the Korean coastal region. All the pixels in an image were first classified into ship, ship shadow, wake, sea, and land by applying a maximum likelihood classifier. The positions corresponding to the boundary of the ship were obtained from the magnitude of the 2-dimensional gradient on the classified ship pixels, and then the length and width of the ship were estimated by applying an ellipse fitting method to the ship periphery. This method resulted, in slight overestimations of the sizes of the ships. In order to improve the accuracy of the estimated ship sizes, a correction formula was developed by investigating the errors of the estimated values and their potential relationships to the variables representing the spatial shape of the vessels, such as eccentricity, kurtosis. Applying the suggested formulation for ship size estimation improved accuracy by 54.41% compared to the estimated sizes obtained through ellipse fitting. We anticipate that our method of estimating the lengths of the vessels will contribute to identifying missing ships using high-resolution satellite images.

International audience; Linear regression is used as an analysis tool in practical teaching sessions about the conjugation relation. In two previous articles, we have shown how this practice was open to criticism; we have suggested an alternative method, which consists in calculating the focal length for each pair of distances measured; this allows to deduce a measure of the focal length. However, our alternative, if it remains accessible in the first class, is not optimal. Here, we propose a more efficient method, but only accessible to the university level. Using a Monte-Carlo simulation, we show, in a general way, how to compare the performances of different analysis methods. Finally, we discuss the possible extension of our alternative to the study of other physical laws in experimental teaching sessions.; La régression linéaire est utilisée comme outil d’analyse en séance de travaux pratiques sur la relation de conjugaison. Dans deux articles précédents, nous avons montré combien cette pratique était critiquable ; puis nous avons proposé une méthode alternative, consistant à calculer la focale pour chaque couple de distances relevées ; cela permet d’en déduire une mesure de la distance focale. Cependant, notre alternative, si elle reste accessible en classe de première, n’est pas optimale. Ici, nous proposons une méthode plus efficiente, mais uniquement accessible auniveau universitaire. À l’aide d’une simulation Monte-Carlo, nous montrons, en toute généralité, comment comparer les performances de différentes méthodes d’analyse. Enfin, nous discutons de l’extension possible de notre alternative à l’étude d’autres lois physiques en séance de travauxpratiques.

The common secondary school teaching practice is to use linear regression to deal with data from experiments on the thin lens equation. As we have shown in a first paper, this practice is open to criticism in many aspects. In this second article, we present an alternative: to calculate the focal length for each pair of distances measured, to represent these values and to calculate their mean and standard deviation. More scientifically justified and bringing out the variability inherent in any measurement, it is much more in line with the physics and chemistry curriculum of secondary schools. In addition to providing a measure of the focal length, this approach also allows, via a Monte-Carlo simulation, to judge the adequacy of the model to the experiment. The calculations remain simple, which allows them to be performed indifferently with a spreadsheet or using the Python™ programming language., La pratique scolaire courante consiste à utiliser la régression linéaire pour traiter les données d’expériences sur la relation de conjugaison. Comme nous l’avons montré dans un premier article, cette pratique est critiquable sur de nombreux aspects. Dans ce deuxième article, nous présentons une alternative : celle de calculer la focale pour chaque couple de distances relevées, de représenter ces valeurs et d’en calculer moyenne et écart-type. Plus justifiée scientifiquement et faisant émerger la variabilité inhérente à toute mesure, elle s’inscrit bien davantage dans les programmes de spécialité physique-chimie de première. En sus de fournir une mesure de la distance focale, cette approche permet également, via une simulation Monte-Carlo, de juger de l’adéquation du modèle à l’expérience. Les calculs restent simples, ce qui permet de les réaliser indifféremment avec un tableur ou en langage Python™.

In the framework of vectorial complex ray model (VCRM), this thesis aims to solve the three-dimensional (3D) scattered intensity of plane wave or shaped beam by a large particle of any smooth surface. The main work and achievements are summarized as follows: As the first step, the calculation method based on VCRM for the 2D scattered intensity of plane wave by a cylinder of any smooth cross section is proposed. And the proposed method is applied to solving the scattered intensity of plane wave by a composite elliptical cylinder (CEC), whose cross section can take various shapes ranging from circular, elliptical to highly-deformed. The effects of shape deformation, refractive index and incident direction on the scattering fields, especially on the rainbows, are quantitatively analyzed. Based on VCRM, the ray tracing, the phase shifts due to focal lines and optical path, the divergence and convergence of wavefront, and the cross polarization in 3D scattering are addressed. An interpolation algorithm based on triangulation has been developed which permits to take into account the interference of 3D scattered rays, thus breaking through the bottle-neck problem for VCRM in the extension to 3D scattering. The proposed method, which is based on VCRM while allows to calculate 3D scattering field, is applied to simulating the 3D scattered intensity of plane wave by a real liquid jet. Furthermore, taking advantage of the ability of VCRM for interpreting the scattering mechanism, a systematic analysis is made for the scattered light of different orders, in regard to their separation or interference in 3D space. An experiment is carried out to verify the proposed method for 3D scattering and to examine the simulated results. In the framework of VCRM, a ray description method for incident elliptical Gaussian beam is proposed, thus providing one feasible way to calculate the 3D scattered intensity of elliptical or circular Gaussian beam by a large particle of any smooth surface. The calculation for the 3D far-field scattered intensity of elliptical Gaussian beam by a real liquid jet is successfully achieved. The scattering fields near the first- and second-order rainbows for incident beams of different divergence angles are investigated in 3D space. These results as well as the proposed method open a promising way to characterize finely the structure of a real liquid jet and particles of other complex surfaces.; Cette thèse est dédiée à une étude de diffusion de la lumière dans l’espace (3D) d’une onde plane ou d’un faisceau laser, dans le cadre du modèle tracée de rayons vectoriels complexes (VCRM Vectorial Complex Ray Model en anglais), par une grosse particule de surface lisse. Les principaux travaux réalisés se résument comme suit : Dans un premier temps, une méthode de calcul pour la diffusion 2D de l’onde plane par un cylindre infini de section quelconque est proposée. Cette méthode est ensuite appliquée à la simulation de l’intensité diffusée de l’onde plane par un cylindre elliptique composé (CEC), dont la section est formée par deux demi-ellipses de paramètres différents. Les effets de la déformation, de l’indice de réfraction et de la direction de l’onde incidente sur les champs diffusés, en particulier les positions des arcs-en-ciel ainsi que leurs dispositions de l’intensité, sont analysées quantitativement. Puis, les travaux se sont étendus à la diffusion dans l’espace (3D) d’une onde plane par une particule de forme quelconque en tenant en compte les déphasages dus aux lignes focales et au chemin optique, la divergence et la convergence du front d’onde, et la polarisation croisée. Un algorithme d’interpolation basé sur la triangulation est développé qui permet de prendre en compte l’inférence des rayons diffusés dans l’espace. La méthode proposée pour la diffusion 3D est appliquée à la simulation de l’intensité diffusée d’une onde plane par un jet de liquide réel. Ceci a permis d’interpréter le mécanisme de diffusion dans l’espace: l’analyse de mode de diffusion, la séparation ou l’interférence de différents ordres. Une expérience est menée pour vérifier la méthode de calcul et pour examiner les résultats simulés. Afin de prendre en compte la forme du faisceau incident, une méthode de description d’un faisceau gaussien elliptique incident par rayons est proposée, qui permet de calculer l’intensité diffusée en 3D d’un faisceau gaussien circulaire ou elliptique par une grosse particule. Le calcul de l’intensité diffusée en champ lointain d’un faisceau gaussien elliptique par un jet de liquide réel est réalisé avec succès. Les champs de diffusion aux alentours des arcs-en-ciel du premier et du second ordre pour les faisceaux incidents de différents angles et divergences sont étudiés.

L'évaluation de la démarche humaine est l'une des composantes essentielles dans les soins de santé. Les systèmes à base de marqueurs avec plusieurs caméras sont largement utilisés pour faire cette analyse. Cependant, ces systèmes nécessitent généralement des équipements spécifiques à prix élevé et/ou des moyens de calcul intensif. Afin de réduire le coût de ces dispositifs, nous nous concentrons sur un système d'analyse de la marche qui utilise une seule caméra de profondeur. Le principe de notre travail est similaire aux systèmes multi-caméras, mais l'ensemble de caméras est remplacé par un seul capteur de profondeur et des miroirs. Chaque miroir dans notre configuration joue le rôle d'une caméra qui capture la scène sous un point de vue différent. Puisque nous n'utilisons qu'une seule caméra, il est ainsi possible d'éviter l'étape de synchronisation et également de réduire le coût de l'appareillage. Notre thèse peut être divisée en deux sections: reconstruction 3D et analyse de la marche. Le résultat de la première section est utilisé comme entrée de la seconde. Notre système pour la reconstruction 3D est constitué d'une caméra de profondeur et deux miroirs. Deux types de capteurs de profondeur, qui se distinguent sur la base du mécanisme d'estimation de profondeur, ont été utilisés dans nos travaux. Avec la technique de lumière structurée (SL) intégrée dans le capteur Kinect 1, nous effectuons la reconstruction 3D à partir des principes de l'optique géométrique. Pour augmenter le niveau des détails du modèle reconstruit en 3D, la Kinect 2 qui estime la profondeur par temps de vol (ToF), est ensuite utilisée pour l'acquisition d'images. Cependant, en raison de réflections multiples sur les miroirs, il se produit une distorsion de la profondeur dans notre système. Nous proposons donc une approche simple pour réduire cette distorsion avant d'appliquer les techniques d'optique géométrique pour reconstruire un nuage de points de l'objet 3D. Pour l'analyse de la démarche, nous proposons diverses alternatives centrées sur la normalité de la marche et la mesure de sa symétrie. Cela devrait être utile lors de traitements cliniques pour évaluer, par exemple, la récupération du patient après une intervention chirurgicale. Ces méthodes se composent d'approches avec ou sans modèle qui ont des inconvénients et avantages différents. Dans cette thèse, nous présentons 3 méthodes qui traitent directement les nuages de points reconstruits dans la section précédente. La première utilise la corrélation croisée des demi-corps gauche et droit pour évaluer la symétrie de la démarche, tandis que les deux autres methodes utilisent des autoencodeurs issus de l'apprentissage profond pour mesurer la normalité de la démarche., The problem of assessing human gaits has received a great attention in the literature since gait analysis is one of key components in healthcare. Marker-based and multi-camera systems are widely employed to deal with this problem. However, such systems usually require specific equipments with high price and/or high computational cost. In order to reduce the cost of devices, we focus on a system of gait analysis which employs only one depth sensor. The principle of our work is similar to multi-camera systems, but the collection of cameras is replaced by one depth sensor and mirrors. Each mirror in our setup plays the role of a camera which captures the scene at a different viewpoint. Since we use only one camera, the step of synchronization can thus be avoided and the cost of devices is also reduced. Our studies can be separated into two categories: 3D reconstruction and gait analysis. The result of the former category is used as the input of the latter one. Our system for 3D reconstruction is built with a depth camera and two mirrors. Two types of depth sensor, which are distinguished based on the scheme of depth estimation, have been employed in our works. With the structured light (SL) technique integrated into the Kinect 1, we perform the 3D reconstruction based on geometrical optics. In order to increase the level of details of the 3D reconstructed model, the Kinect 2 with time-of-flight (ToF) depth measurement is used for image acquisition instead of the previous generation. However, due to multiple reflections on the mirrors, depth distortion occurs in our setup. We thus propose a simple approach for reducing such distortion before applying geometrical optics to reconstruct a point cloud of the 3D object. For the task of gait analysis, we propose various alternative approaches focusing on the problem of gait normality/symmetry measurement. They are expected to be useful for clinical treatments such as monitoring patient's recovery after surgery. These methods consist of model-free and model-based approaches that have different cons and pros. In this dissertation, we present 3 methods that directly process point clouds reconstructed from the previous work. The first one uses cross-correlation of left and right half-bodies to assess gait symmetry while the other ones employ deep auto-encoders to measure gait normality.

In the framework of vectorial complex ray model (VCRM), this thesis aims to solve the three-dimensional (3D) scattered intensity of plane wave or shaped beam by a large particle of any smooth surface. The main work and achievements are summarized as follows: As the first step, the calculation method based on VCRM for the 2D scattered intensity of plane wave by a cylinder of any smooth cross section is proposed. And the proposed method is applied to solving the scattered intensity of plane wave by a composite elliptical cylinder (CEC), whose cross section can take various shapes ranging from circular, elliptical to highly-deformed. The effects of shape deformation, refractive index and incident direction on the scattering fields, especially on the rainbows, are quantitatively analyzed. Based on VCRM, the ray tracing, the phase shifts due to focal lines and optical path, the divergence and convergence of wavefront, and the cross polarization in 3D scattering are addressed. An interpolation algorithm based on triangulation has been developed which permits to take into account the interference of 3D scattered rays, thus breaking through the bottle-neck problem for VCRM in the extension to 3D scattering. The proposed method, which is based on VCRM while allows to calculate 3D scattering field, is applied to simulating the 3D scattered intensity of plane wave by a real liquid jet. Furthermore, taking advantage of the ability of VCRM for interpreting the scattering mechanism, a systematic analysis is made for the scattered light of different orders, in regard to their separation or interference in 3D space. An experiment is carried out to verify the proposed method for 3D scattering and to examine the simulated results. In the framework of VCRM, a ray description method for incident elliptical Gaussian beam is proposed, thus providing one feasible way to calculate the 3D scattered intensity of elliptical or circular Gaussian beam by a large particle of any smooth surface. The calculation for the 3D far-field scattered intensity of elliptical Gaussian beam by a real liquid jet is successfully achieved. The scattering fields near the first- and second-order rainbows for incident beams of different divergence angles are investigated in 3D space. These results as well as the proposed method open a promising way to characterize finely the structure of a real liquid jet and particles of other complex surfaces., Cette thèse est dédiée à une étude de diffusion de la lumière dans l’espace (3D) d’une onde plane ou d’un faisceau laser, dans le cadre du modèle tracée de rayons vectoriels complexes (VCRM Vectorial Complex Ray Model en anglais), par une grosse particule de surface lisse. Les principaux travaux réalisés se résument comme suit : Dans un premier temps, une méthode de calcul pour la diffusion 2D de l’onde plane par un cylindre infini de section quelconque est proposée. Cette méthode est ensuite appliquée à la simulation de l’intensité diffusée de l’onde plane par un cylindre elliptique composé (CEC), dont la section est formée par deux demi-ellipses de paramètres différents. Les effets de la déformation, de l’indice de réfraction et de la direction de l’onde incidente sur les champs diffusés, en particulier les positions des arcs-en-ciel ainsi que leurs dispositions de l’intensité, sont analysées quantitativement. Puis, les travaux se sont étendus à la diffusion dans l’espace (3D) d’une onde plane par une particule de forme quelconque en tenant en compte les déphasages dus aux lignes focales et au chemin optique, la divergence et la convergence du front d’onde, et la polarisation croisée. Un algorithme d’interpolation basé sur la triangulation est développé qui permet de prendre en compte l’inférence des rayons diffusés dans l’espace. La méthode proposée pour la diffusion 3D est appliquée à la simulation de l’intensité diffusée d’une onde plane par un jet de liquide réel. Ceci a permis d’interpréter le mécanisme de diffusion dans l’espace: l’analyse de mode de diffusion, la séparation ou l’interférence de différents ordres. Une expérience est menée pour vérifier la méthode de calcul et pour examiner les résultats simulés. Afin de prendre en compte la forme du faisceau incident, une méthode de description d’un faisceau gaussien elliptique incident par rayons est proposée, qui permet de calculer l’intensité diffusée en 3D d’un faisceau gaussien circulaire ou elliptique par une grosse particule. Le calcul de l’intensité diffusée en champ lointain d’un faisceau gaussien elliptique par un jet de liquide réel est réalisé avec succès. Les champs de diffusion aux alentours des arcs-en-ciel du premier et du second ordre pour les faisceaux incidents de différents angles et divergences sont étudiés.

This thesis is devoted to the numerical simulation of the scattering of plane wave by a pendent droplet in three dimensions using the Statistic Vectorial Complex Ray Model (SVCRM), which is based on the Vectorial Complex Ray Model (VCRM) developed in the laboratory CORIA. Optical metrology is widely used in many domains of scientific research due to its advantages of being fast and non-intrusive. Numerous measurement techniques have been developed to characterize the size, the temperature, ... of the particles. But most of them are limited to the particles of simple shape because of the lack of theoretical model to predict the relation of the scattered light with the properties of the scatterers, especially for the large non-spherical particle. To overcome this obstacle, the Vectorial Complex Ray Model (VCRM) has been developed. In this model, the wave front curvature is introduced as a new property of light rays. The divergence and the convergence of a wave on the curved surface of the particle can be described easily by the wave front equation. So it can be applied to the scattering of light by large particles of any shape with smooth surface. The VCRM has been validated experimentally and numerically in the cases of scattering in a symmetric plane of scatterer. In order to get over the problem of 2D interpolation with irregular data, Statistic Vectorial Complex Ray Model (SVCRM) is proposed. But the interference phenomena is not considered in its initial version. In this thesis, the method to count the phase due to the optical path, the Fresnel coefficients and the focal liens are carefully studied for a non-spherical particle in the framework of SVCRM. It is then applied to the simulation of the three dimension scattering of a pendent droplet. The scattering patterns around the first and the second order rainbows, in the forward direction are exampled for four typical shapes of pendent droplets obtained experimentally. The results are found in good agreement with experimental scattering patterns. The scattering mechanism and the contribution of different orders of rays are also investigated., Cette thèse est consacrée à la simulation numérique tridimensionnelle de la diffusion d’une onde plane par une gouttelette pendante à l’aide d’un modèle de Tracé de Rayons Vectoriels Complexes Statistiques (TRVCS), basé sur modèle de Tracé de Rayons Vectoriels Complexes (TRVC) précédemment mis au point par le laboratoire CORIA. La métrologie optique est largement utilisée dans de nombreux domaines de la recherche scientifique et non intrusive. De nombreuses techniques de mesure ont été développées pour caractériser la taille, la température, ... des particules. Mais la plupart d’entre elles sont limitées aux particules de forme simple en raison de l’absence d’outils théorique ou numérique permettant de prédire la relation entre la lumière diffusée et les propriétés des diffuseurs, en particulier pour les grosses particules non sphériques. Pour surmonter cet obstacle, TRVC a été développé. Dans ce modèle, la courbe du front d’onde est introduite comme une nouvelle propriété des rayons lumineux. La divergence et la convergence d’une onde sur la surface courbée de la particule peuvent être facilement prédites par l’équation du front d’onde. Ainsi, il peut être appliqué à la diffusion de la lumière par de grosses particules de forme quelconque et de surface lisse. La TRVC a été validée expérimentalement et numériquement dans les cas de diffusion dans un plan de diffusion symétrique. Afin de contourner le problème de l’interpolation 2D avec des données irrégulières, nous proposons un modèle de TRVCS. Mais le phénomène d’interférence n’est pas pris en compte dans sa version initiale. Dans cette thèse, la méthode de calcul de la phase due au chemin optique, aux coefficients de Fresnel et aux lignes focales sont soigneusement étudiés pour une particule non sphérique dans le cadre de TRVCS. Il est ensuite appliqué à la simulation de la diffusion en trois dimensions d’une gouttelette pendante. Les figures de diffusion aux alentours des arcs-en-ciel du premier et du second ordre, dans la direction avant, sont simulées pour quatre formes typiques de gouttelettes pendantes obtenues expérimentalement. Les résultats numériques sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Le mécanisme de diffusion et la contribution de différents ordres de rayons sont également étudiés.

In this thesis, we consider the coupling between two ideal and homogeneous plasmas, giving rise to a tangential discontinuity across a time-dependent hypersurface. The motion of such a fluid is described by the ideal incompressible magnetohydrodynamics equations. This shear flow leads to the creation of a current-vortex sheet.The first part of this work is devoted to the construction of analytic solutions to the current-vortex sheet system, using a Cauchy-Kowalevskaya theorem.In a second part, we look at the qualitative behavior of exact solutions to the current-vortex sheet system, obtained from highly oscillating initial data. We use tools of geometric optics and we exhibit the creation of surface waves when the initial datum is oscillating with particular frequencies.; On considère dans cette thèse le couplage de deux plasmas homogènes et idéaux, présentant une discontinuité tangentielle le long d'une hypersurface évoluant au cours de temps. Le mouvement d'un tel fluide est dicté par les équations de la magnétohydrodynamique idéale incompressible. Le phénomène de cisaillement du plasma conduit à la création d'une nappe de tourbillon-courant.Un premier travail consiste à construire des solutions analytiques au système des nappes de tourbillon-courant, en utilisant un théorème de Cauchy-Kowalevskaya.Dans une seconde partie, on s'attarde sur le comportement qualitatif des solutions exactes du système des nappes de tourbillon-courant, issues de données initiales de faible amplitude et fortement oscillantes. Pour ce faire, on utilise des outils d'optique géométrique, et on met en évidence la formation d'ondes de surface lorsque les données initiales oscillent à des fréquences bien particulières.

The subject of this PhD thesis is " Electromagnetic propagation modeling in inhomogeneous media with refractive index gradients based on Gaussian beams - Application to realistic atmospheric propagation and radio occultation between satellites ". The study started on december 2nd, 2013 at the DEMR (Département Électromagnétisme et Radar) department of the ONERA research laboratory, in Toulouse, France. It was funded both by the ONERA and Région Midi-Pyrénées. It was supervised by Jérôme Sokoloff (LAPLACE/UPS, thesis director), Alexandre Chabory (ENAC, thesis co-director) and Vincent Fabbro (ONERA). The doctoral school was "École Doctorale Génie Électrique, Électronique, Télécommunications : du système au nanosystème ". The Gaussian beam was mostly used in scientific investigations to study optical systems such as lasers. Rarer and more recent works suggested the use of the Gaussian beam formalism in order to model the propagation of seismic waves. The properties of the Gaussian beam also led some authors to develop models for atmospheric propagation. In this thesis a model based on Gaussian beams called GBAR (Gaussian Beam for Atmospheric Refraction) was developped for tropospheric propagation in realistic and deterministic conditions. The scientific approach consisted in rewritting the fundamental equations introduced by Cerveny and Popov describing iteratively the propagation of a Gaussian beam in inhomogeneous media, under the high-frequency assumption (asymptotic model). New equations were derived from them in order to get analytical equations of the propagation of a Gaussian beam in inhomogeneous media described by the variations of the refractive index. The basic assumption under to get the analytical equations is to consider that the refractive index gradient is vertical and constant around the beam axis. The analytical equations that describe the propagation of a Gaussian beam were extended to model the propagation of an arbitrary field in a tropospheric medium with strong variations and inversions of the refractive index. This was done by coupling the analytical equations with the multibeam expansion procedure developped by Alexandre Chabory in his PhD thesis. The GBAR model was validated in tropospheric conditions, using refractive index grids from the WRF (Weather Research and Forecasting) mesoscale meteorological model. In the third and final phase, the GBAR model was used to simulate Radio Occultation data inversions. Tools exist to allow for interpretations of Radio Occultation data in order to estimate the physical properties of the atmosphere from measured phased, amplitude, Doppler shift and delay of GNSS signals transmitted between satellites orbiting around the Earth; La thèse, dont le sujet est "Modélisation de la propagation électromagnétique en milieux à gradient d'indice basée sur les faisceaux gaussiens - Application à la propagation en atmosphère réaliste et à la radio-occultation entre satellites" a été commencée le 2 décembre 2013, au Département ÉlectroMagnétisme et Radar (DEMR) de l'Onera de Toulouse et avec le laboratoire LAPLACE de l'Université Paul Sabatier. Elle est co-financée par l'ONERA et par la Région Midi-Pyrénées. L'encadrement a été assuré par Jérôme Sokoloff (Laplace/UPS, directeur de thèse), Alexandre Chabory (ENAC, co-directeur) et Vincent Fabbro (ONERA). L'École Doctorale est l' "École Doctorale Génie Électrique, Électronique, Télécommunications : du système au nanosystème". Le faisceau gaussien a été principalement utilisé dans la recherche scientifique afin d'étudier les systèmes optiques tels que les lasers. Des études plus rares et plus récentes ont proposé de l'utiliser pour modéliser la propagation des ondes sismiques. Ses propriétés spatiales et spectrales ont amené certains auteurs à étudier son utilisation dans des modèles de propagation atmosphériques. Cette thèse a consisté à développer un modèle, appelé GBAR (Gaussian Beam for Atmospheric Refraction), de propagation troposphérique réaliste et déterministe en utilisant le formalisme des faisceaux gaussiens. La démarche adoptée a consisté à reprendre les équations fondamentales introduites par Cerveny et Popov décrivant de façon itérative la propagation d'un faisceau gaussien en milieu inhomogène, sous hypothèse de haute fréquence (modèle asymptotique). De nouvelles équations ont été développées à partir d'elles pour obtenir une description analytique de la propagation d'un faisceau gaussien dans un milieu troposphérique décrit par les variations spatiales de l'indice de réfraction. L'hypothèse de base pour l'obtention de la formulation analytique est que le gradient de l'indice de réfraction peut être considéré vertical et constant au voisinage du faisceau. Les équations analytiques pour la description de la propagation d'un seul faisceau ont ensuite été étendues à la modélisation d'un champ quelconque dans un milieu troposphérique pouvant contenir de fortes variations du gradient d'indice, y compris des inversions de gradient. Ceci a été réalisé en couplant les équations analytiques avec la procédure de décomposition multi-faisceaux développée dans sa thèse pas Alexandre Chabory. Le modèle GBAR a été validé dans des milieux troposphériques réalistes issus de simulations du modèle météo méso-échelle WRF (Weather Research and Forecasting). Dans un troisième temps, le modèle a été utilisé pour simuler des inversions de données de radio-occultation. Des outils existent pour fournir un modèle d'interprétation de ces données pour estimer les propriétés physiques de l'atmosphère à partir des mesures en phase, amplitude, Doppler et délai des signaux GNSS transmis entre satellites en orbite autour de la Terre

The subject of this PhD thesis is « Electromagnetic propagation modeling in inhomogeneous media with refractive index gradients based on Gaussian beams – Application to realistic atmospheric propagation and radio occultation between satellites ». The study started on december 2nd, 2013 at the DEMR (Département Électromagnétisme et Radar) department of the ONERA research laboratory, in Toulouse, France. It was funded both by the ONERA and Région Midi-Pyrénées. It was supervised by Jérôme Sokoloff (LAPLACE/UPS, thesis director), Alexandre Chabory (ENAC, thesis co-director) and Vincent Fabbro (ONERA). The doctoral school was «École Doctorale Génie Électrique, Électronique, Télécommunications : du système au nanosystème ».The Gaussian beam was mostly used in scientific investigations to study optical systems such as lasers. Rarer and more recent works suggested the use of the Gaussian beam formalism in order to model the propagation of seismic waves. The properties of the Gaussian beam also led some authors to develop models for atmospheric propagation. In this thesis a model based on Gaussian beams called GBAR (Gaussian Beam for Atmospheric Refraction) was developped for tropospheric propagation in realistic and deterministic conditions.The scientific approach consisted in rewritting the fundamental equations introduced by Cerveny and Popov describing iteratively the propagation of a Gaussian beam in inhomogeneous media, under the high-frequency assumption (asymptotic model). New equations were derived from them in order to get analytical equations of the propagation of a Gaussian beam in inhomogeneous media described by the variations of the refractive index. The basic assumption under to get the analytical equations is to consider that the refractive index gradient is vertical and constant around the beam axis.The analytical equations that describe the propagation of a Gaussian beam were extended to model the propagation of an arbitrary field in a tropospheric medium with strong variations and inversions of the refractive index. This was done by coupling the analytical equations with the multibeam expansion procedure developped by Alexandre Chabory in his PhD thesis. The GBAR model was validated in tropospheric conditions, using refractive index grids from the WRF (Weather Research and Forecasting) mesoscale meteorological model.In the third and final phase, the GBAR model was used to simulate Radio Occultation data inversions. Tools exist to allow for interpretations of Radio Occultation data in order to estimate the physical properties of the atmosphere from measured phased, amplitude, Doppler shift and delay of GNSS signals transmitted between satellites orbiting around the Earth. Those models suggest that both the Earth the its atmosphere are spherically symmetric. The GBAR model was used to simulate the refrative effects of the troposphere on the propagation of the GNSS signals, and to process the amplitude of the field to give inverted profiles of the refractive index in the atmosphere. The impact of the spherical symmetry on the inverted profiles was also evaluated.The work of the PhD thesis was presented in the French conference Journées Nationales Microondes in June 2015, in Bordeaux, and in the international conference The 10th European Conference on Antennas and Propagation, in April 2016, in Davos, Swiss. Two papers are in final phase of redaction and should be submitted to IEEE Antennas and Propagation in Spring 2017. Furthermore, the results brought by this PhD thesis led to discussions with the CNES (Centre National d'Études Spatiales) in order to continue the investigations., Le développement et l'utilisation des systèmes de détection ou de communication, tels que les radars ou les transmissions d'une station sol vers un aéronef, nécessitent de modéliser et de prévoir les phénomènes atmosphériques impactant leurs performances. Parmi ces phénomènes, la réfraction troposphérique joue un rôle important. Son effet sur les signaux GNSS transmis entre satellites peut également être exploité lorsque la liaison est occultée par la Terre (Radio Occultation). Une estimation des propriétés physiques des couches atmosphériques traversées par les signaux peut alors être effectuée. Pour des domaines de grandes dimensions, les méthodes classiques de modélisation de la propagation telles que l'Optique Géométrique et la méthode de l'Équation Parabolique souffrent d'une efficacité limitée.Le travail de recherche effectué dans le cadre de cette thèse a pour objectif de proposer un nouveau modèle de propagation 2D des ondes électromagnétiques en milieu inhomogène pour des problèmes à grande échelle, en utilisant le formalisme faisceau gaussien. Historiquement, ce formalisme a été introduit pour la conception de systèmes optiques, puis utilisé pour modéliser la propagation d'ondes sismiques, ainsi que pour l'étude de systèmes rayonnants.Le travail de recherche est organisé en quatre parties. La première dresse un état de l'art des méthodes de propagation classiques, en se focalisant sur les hypothèses, avantages et limites de l'Optique Géométrique et de l'Équation Parabolique. Au regard de leurs limitations, le formalisme faisceau gaussien est proposé.La deuxième partie concerne le développement d'une nouvelle formulation du faisceau gaussien en milieu inhomogène, en supposant que le gradient d'indice de réfraction est vertical et constant. Ceci permet d'obtenir une description analytique (appelée GBAR, Gaussian Beam for Atmospheric Refraction) de la propagation d'un faisceau, ensuite validée par comparaison avec l'Équation Parabolique.La troisième partie rend compte de l'utilisation de la nouvelle formulation analytique en conditions troposphériques réalistes et pour un champ incident quelconque. Pour ce faire, le milieu de propagation réaliste est subdivisé en cellules élémentaires pour chacune desquelles est associé le gradient d'indice correspondant, considéré vertical et constant. De cette façon, les équations GBAR peuvent être utilisées pour décrire la propagation d'un faisceau de cellule en cellule en assurant la continuité des propriétés du faisceau. D'autre part, la formulation GBAR est complétée par la procédure de décomposition multi-faisceaux qui permet de décrire le champ en faisceaux élémentaires et ainsi de traiter la propagation en conditions difficiles telles qu'une forte inversion de gradient. Enfin, la méthode est appliquée à des grilles issues du modèle météo WRF (Weather Research and Forecasting). Les performances intéressantes de la méthode proposée sont constatées par rapport à la méthode de l'Équation Parabolique. La méthode ayant été validée et s'avérant efficace sur de grands domaines, la quatrième et dernière partie s'attache à appliquer le formalisme développé à la Radio-Occultation. Plus précisément elle consiste à modéliser le problème direct de la propagation des signaux GNSS puis de leur inversion pour estimer le profil d'indice de réfraction aux périgées, c'est-à-dire les points les plus proches de la surface terrestre le long des trajectoires des signaux transmis entre un satellite GNSS et un satellite LEO. La méthode est d'abord validée sur un cas canonique, puis appliquée à un cas réaliste. L'erreur induite par le modèle d'inversion testé est de l'ordre de 10 % sur les cas considérés.L'étude est conclue par une synthèse des travaux et une mise en perspectives. Parmi les axes de recherches proposés figurent l'optimisation de la méthode, l'étude de la propagation sur toute une bande de fréquences, la prise en compte du relief et l'extension du modèle au 3D. Il serait également intéressant d'étudier l'ajout, dans le modèle, de la scintillation atmosphérique qui impacte les signaux GNSS dans l'ionosphère ainsi que des signaux de plus hautes fréquences dans la troposphère. Enfin, le modèle proposé n'est pas restreint aux applications atmosphériques, et il pourrait être intéressant de le porter sur des problématiques mécaniques, optiques ou acoustiques.

National audience; Il nous semble que le sentiment largement répandu de nos jours d'incompréhension ou de rejet face à la science et à son enseignement doit être pris au sérieux. Et que celui-ci ne pourra être dépassé qu'en offrant un regard sur cette science qui va au-delà du dogmatisme ou du simple traitement formel et mathématique. Qui ose se poser des questions quant à sa construction et à son essence même. Ainsi ce livre a pour objectif de proposer un enseignement de physique – et en particulier d'optique géométrique – porteur d'un sens qui va au-delà de son champ limité habituel.Ce manuel pratique, pédagogique et historique propose de présenter en des termes aussi simples que possible les bases de l'optique géométrique enseignée au lycée et à l'université. Ceci en essayant d'éviter les points de détails inutiles et les détours trop techniques, tout en conservant une exigence intacte quant à la précision des concepts manipulés. Mais aussi en insistant fortement sur la pratique, ainsi que sur l'étude d'étapes clés de l'histoire de la discipline et les questions philosophiques qui y sont liées, dans le but d'enrichir et de faciliter l'appropriation et la compréhension des solutions actuelles par le lecteur.Ce livre a pour ambition d'être diffusé dans les foyers et dans les bibliothèques comme dans les salles de classe. De pouvoir être lu par des débutants comme par des personnes plus expertes des questions posées. Par des étudiants, comme par des enseignants et chercheurs de lycée et d'université. Qu'ils soient physiciens, mathématiciens ou ingénieurs, philosophes ou historiens des sciences. Ou tout simplement curieux.

Le traité de Jacques-Nicolas Paillot de Montabert, publié en 10 volumes en 1829, représente par son exhaustivité et son influence l’un des manuels de peinture les plus importants du XIXe siècle. Le projet de Paillot de Montabert, élève du peintre Jacques-Louis David et adepte de l’historien de l’art Seroux d’Agincourt, était notamment de reformer l’enseignement du dessin et de la perspective. Il s’agissait donc d’un vrai projet d’éducation visuelle, qui, en mélangeant la physiologie de la perception à la tradition du dessin projectif, voulait fournir aux peintres une nouvelle méthode graphique pour mettre à jour l’étude de la figure humaine avant tout. Une partie significative du Traité est dédiée à la formulation d’une grammaire visuelle du portrait, notamment grâce à la présence d’illustrations qui permettent une dissémination rapide et efficace des canons. Le caractère de « genre de consumation » qui prend le portrait dans la société du début du XIXe siècle est l’une des raisons à l’origine de l’importance que Paillot de Montabert lui attribue dans l’architecture générale du Traité. Pour le savant le portrait représente l’image symbolique d’une nouvelle forme de vision incarnée (embodied vision), issue notamment des savoirs de l’optique géométrique et physiologique. Selon la théorie de Paillot de Montabert, le regard est une image résultante d’une transcription du regard en mouvement de l’artiste sur le modèle : une série de techniques et une machinerie permettent de capturer dans une synthèse visuelle les différents points de vue des traits et du corps du modèle, selon un système de projections mêlant l’iconographie de la silhouette aux pratiques du dessin linéaire naissant. Cela permet de relire les enjeux du concept de ressemblance, au cœur des pratiques discursives du portrait depuis la Renaissance (Édouard Pommier, Sébastien Allard), en ouvrant la voie à une considération intermédiale du portrait. D’un coté le concept de ressemblance est relié, par les biais de la mesure géométrique et du regard instrumenté, à un principe de projection ou calque du réel, qui se trouve ensuite aux origines de l’essor d’une anthropométrie moderne dans le second XIXe siècle (Claire Barbillon). De l’autre coté, dès que, grâce aux savoirs physiologiques, la vision commence à être considérée comme incarnée dans un corps, le concept de ressemblance aboutit à la transcription d’une synthèse d’impressions visuelles relatives. L’obsession pour la mesure et l’interprétation du portrait en tant qu’image résultante d’un regard instrumenté en mouvement seront réinterprétées de nouveau au cours de la seconde moitié du XIXe siècle à travers les pratiques photographiques, à l’instar du portrait anthropométrique d’Alphonse Bertillon ou du regard mouvant de la photosculpture. S’appuyant notamment sur les outils des études visuelles et de l’histoire du regard, cette contribution montre comment les savoirs du passé sont transmis et réactualisés par Paillot de Montabert à travers le filtre de la société industrielle naissante. Les traités, comme celui de Paillot de Montabert, constituent des sources de choix pour réfléchir à la question de la transmission des savoirs et de leur réactualisation. On ne peut pas réduire, donc, le Traité complet de la peinture aux étiquettes historiographiques de néoclassicisme ou de primitivisme. Il faudra plutôt lire ce manuel comme le résultat d’une stratification de savoirs qui combinent la tradition classique des traités sur le dessin projectif (de Piero della Francesca, à Albrecht Dürer, de Jean Cousin à Abraham Bosse) aux connaissances scientifiques émergents au début du XIXe siècle, grâce à la diffusion de la géométrie descriptive de Gaspar Monge et du dessin linéaire. Il s’agissait en effet d’imposer en France une sorte de nouveau regard productiviste sur les pratiques du dessin, comme le montre aussi l’invention du diagraphe de Charles Gavard, un instrument optique qui permet de réaliser un portrait selon la méthode projective de Paillot de Montabert. L’émergence des écoles polytechnique et la propagation du dessin industriel obligeaient par la suite l’éducation artistique à se confronter avec des nouveaux outils visuels. Cette méthode du dessin projectif n’a pas été initialement mise en œuvre dans les Écoles des beaux-arts, puisqu’elle a été considérée trop proche de la géométrie descriptive. À partir de la seconde moitié du XIXe siècle, en revanche, elle devient centrale dans l’enseignement artistique, grâce au rôle d’hégémonie culturelle atteint par le dessin linéaire dans le système d’éducation visuelle nationale (Renaud D’Enfert)., Nicolas Paillot de Montabert, allievo del pittore Jacques-Louis David e seguace di Seroux d’Agincourt, pubblica nel 1829 un trattato di pittura in dieci volumi, che rappresenta, per esaustività e influenza, uno dei più importanti manuali di pittura dell’Ottocento. Si trattava infatti di un progetto di educazione visuale, che, mescolava l’ottica geometrica alla fisiologia della percezione per riformare l’insegnamento delle tecniche pittoriche. Una parte significativa del trattato è dedicata alla formulazione di una grammatica visiva del ritratto, soprattutto grazie alla presenza cospicua di illustrazioni, che, rispetto ai precetti, permettono una più rapida ed efficace disseminazione dei canoni. Il carattere di “genere di consumo” che acquisisce il ritratto nella società dei primi decenni dell’Ottocento è una delle ragioni alla base della centralità che gli attribuisce Paillot de Montabert nell’architettura complessiva del Traité. Paillot de Montabert elabora in particolare una teoria della percezione secondo cui il ritratto è un’immagine risultante da una sintesi dello sguardo in movimento del pittore sul modello. Il pittore deve disporre quindi di una serie di tecniche per catturare i vari punti di vista e ridurli ad una sintesi. Si tratta di un sistema di misurazioni e proiezioni che mescola l’iconografia neoclassica della silhouette con le pratiche del nascente disegno tecnico. Se questo nuovo metodo non viene inizialmente recepito nei contesti accademici, in quanto considerato troppo debitore della geometria, nella seconda metà dell’Ottocento diventerà invece fondamentale, nel quadro dell’insegnamento delle Accademie d’arte, proprio in virtù dell’ormai raggiunta egemonia culturale del disegno tecnico nell’educazione visiva.

Il nous semble que le sentiment largement répandu de nos jours d'incompréhension ou de rejet face à la science et à son enseignement doit être pris au sérieux. Et que celui-ci ne pourra être dépassé qu'en offrant un regard sur cette science qui va au-delà du dogmatisme ou du simple traitement formel et mathématique. Qui ose se poser des questions quant à sa construction et à son essence même. Ainsi ce livre a pour objectif de proposer un enseignement de physique – et en particulier d'optique géométrique – porteur d'un sens qui va au-delà de son champ limité habituel.Ce manuel pratique, pédagogique et historique propose de présenter en des termes aussi simples que possible les bases de l'optique géométrique enseignée au lycée et à l'université. Ceci en essayant d'éviter les points de détails inutiles et les détours trop techniques, tout en conservant une exigence intacte quant à la précision des concepts manipulés. Mais aussi en insistant fortement sur la pratique, ainsi que sur l'étude d'étapes clés de l'histoire de la discipline et les questions philosophiques qui y sont liées, dans le but d'enrichir et de faciliter l'appropriation et la compréhension des solutions actuelles par le lecteur.Ce livre a pour ambition d'être diffusé dans les foyers et dans les bibliothèques comme dans les salles de classe. De pouvoir être lu par des débutants comme par des personnes plus expertes des questions posées. Par des étudiants, comme par des enseignants et chercheurs de lycée et d'université. Qu'ils soient physiciens, mathématiciens ou ingénieurs, philosophes ou historiens des sciences. Ou tout simplement curieux.

We are interested in hyperbolic boundary value problems in the half space or in the quarter space. This manuscript is composed of two independant parts, the first one deals with weakly well-posed problems in the half space. By weakly well-posed we mean that the solution is not as regular as the source terms of the problem. In this framework, we show the optimality of energy estimates established in the existing literature and a finite speed of propagation result. In the second part of the manuscript, about hyperbolic boundary value problems in the quarter space, we show that the problem is strongly well-posed (in the sense that the solution is as regular as the source terms) in the particular framework of symetric with stricly dissipative boundary conditions problems. Then we give some new contributions about the strong well-posedness in the general framework. Finally, we construct rigorous geometric optics expansion of the solution of the problem in the quarter space. This expansion permits, in particular, to show that some new phenomenons such that selfinteraction phenomenons beetwen the phases, the generation of an infinite number of phases or the concentration at the corner.; On s'intérèsse aux problèmes aux limites hyperboliques posés dans le demi-espace ou dans le quart d'espace. Ce mémoire se compose de deux parties indépendantes, la première qui a trait aux problèmes dans le demi-espace concerne les problèmes faiblement bien posés au sens ou la solution est moins régulière que les données du problème. On montre alors l'optimalité des estimations d'énergie démontrées dans la littérature et un résultat de propagation à vitesse finie de l'information. Dans la seconde partie, à propos des problèmes dans le quart d'espace, on montre que le problème est fortement bien posé, au sens ou la solution est aussi régulière que les données du problème dans un cadre particulier, le cas symétrique à conditions de bord strictement dissipatives. Puis on apporte des contributions dans le cas général par rapport à la littérature. Enfin, on construit de façon rigoureuse le développement d'optique géométrique de la solution d'un problème dans le quart d'espace. Ce développement permet en particulier de mettre en évidence de nouveaux phénomènes comme par exemple, le phénomène d'autointeraction entre les phases, la génération d'un nombre infini de phases ou encore de concentration au coin.

C'est la version française de mon travail "A direct proof of Malus' theorem using the symplectic structure of the set of oriented straight lines". La partie historique contient quelques détails supplémentaires, la démonstration de la proposition 4.2 contient une précision supplémentaire, la terminologie est maintenant celle employée par Hamilton.; Nous présentons une preuve directe du théorème de Malus-Dupin de l'optique géométrique basée sur la structure symplec- tique de l'ensemble des droites orientées d'un espace a ne euclidien.

National audience; Le but de cette étude est de caractériser les propriétés radiatives d'un milieu poreux fortement hétérogène et anisotrope. Une approche statistique a été adoptée afin de déterminer les fonctions de distribution cumulée d'extinction, d'absorption et de diffusion ainsi que les fonctions de phase de diffusion à partir de la morphologie du milieu et de ses caractéristiques locales. La caractérisation complète a permis de montrer qu'au voisinage des parois, la loi de Beer n'est pas vérifiée. Une expression simple de la fonction de phase a été numériquement démontrée.

This research project investigates the role that social mediation plays in the destabilization of representations of the concept of horizontal transmission of light of primary school pupils. The resistance that this system of representations shows in the attempt to destabilize it has been studied with two groups of children, 10-11 years old. One of the groups (the experimental) participated in a teaching process which aimed to lead pupils to cognitive conflict ; the second (the control group) followed traditional teaching methods. In all experimental situations that were studied the progress between pre-test and post-tests was significant for the subjects of the experimental group both at the level of explanation of the phenomena of horizontal transmission of light, and at the level of the stability of cognitive acquisitions., Cette recherche porte sur le rôle de la médiation sociale dans la déstabilisation didactique d’une conception «horizontale» de la propagation de la lumière chez des élèves de l’école primaire. La résistance de ce système de représentation spontané à des tentatives de déstabilisation a été analysée sur deux groupes d’enfants âgés de 10 à 11 ans, dont l’un (groupe expérimental) a participé à des interactions didactiques visant à créer chez les sujets un conflit cognitif, tandis que l’autre (groupe témoin) a suivi l’enseignement scolaire traditionnel. Dans toutes les situations expérimentales étudiées, les progrès entre le pré-test et les post-tests ont été plus marquants pour les sujets du groupe expérimental, tant au niveau de l’explication des phénomènes liés à la propagation de la lumière en ligne droite qu’au niveau de la stabilité de ces acquisitions., Esta investigación trata sobre el roi de la mediación social en la desestabilización didáctica de una conception «horizontal» de la propagation de la luz en los alumnos de la escuela primaria. La resistencia de este sistema de representación espontânea en tentativas de desestabilización ha sido analizada en dos grupos de niños de edad comprendra entre 10 y 11 años, donde uno de ellos (grupo experimental) participó en interacciones didácticas enfocadas a crear en los alumnos un conflicto cognitivo, mientras que el otro grupo (grupo control) siguió la enseñanza escolartradicional. En todas las situaciones experimentales estudiadas, los progresos entre el pre-test y los post-tests han sido mas notables para los sujetos del grupo experimental, tanto en el nivel de la explicación de los fenómenos ligados a la propagación de la luz en línea recta, como en el nivel de la estabilidad de esas adquisiciones., Ravanis Konstantinos, Papamichael Yannis. Procédures didactiques de déstabilisation du système de représentations spontanées des élèves pour la propagation de la lumière. In: Didaskalia, n°7, 1995. Enseignement des sciences et des techniques à l'école élémentaire. pp. 43-61.

In this thesis, I propose a new optical technique for measuring 3D relative positions, sizes and refractive indices of a set of particles, which are illuminated by a plane and pulsed laser beam. In this work, the particles are spherical, transparent, homogeneous and isotropic. When these particles are illuminated, they have the behavior of sources of spherical light waves which interfere. The recording of interference fringes and analysisby Fourier transform can measure the characteristics of the particles. I describe the influence of particle characteristics on spectral representations of the interference fringes created by the pairs of particles illuminated in 2D Fourier space. The interference fringes are simulated numerically using the Lorenz-Mietheory. The inverse problem is approached by showing how it is possible to measure the characteristics of particles with geometrical optics and spatial filtering by Fourier transformation.; Dans ce mémoire, je propose une nouvelle technique optique de mesure de positions relatives 3D, tailles et indices de réfraction d’un ensemble de particules, éclairées par un faisceau laser plan pulsé : l’imagerie interférométrique de Fourier (FII). Dans le cadre de ce travail, les particules sont sphériques, homogènes transparentes et isotropes. Lorsque ces particules sont éclairées, elles se comportent comme des sources d’ondes lumineuses sphériques qui interférent entre elles. L’enregistrement des franges d’interférences et leur analyse par transformation de Fourier peut permettre d’accéder aux caractéristiques des particules. Dans ce mémoire, je décris l’influence des caractéristiques de particules sur les représentations spectrales des franges d’interférences crées par les couples de particules éclairées dans l’espace de Fourier 2D. Les franges d’interférences sont simulées numériquement en utilisant la théorie de Lorenz-Mie. Puis j’aborde le problème inverse en montrant comment il est possible de retrouver les caractéristiques des particules, en me servant de l’optique géométrique et du filtrage spatial par transformation de Fourier.

Sea surface infrared emissivity and reflectivity are important parameters in oceanic remote sensing, e.g. for deriving the sea surface temperature. They are both nearly constant for observation directions near zenith, but they vary largely for large grazing angles, because of the surface roughness. This thesis aims at calculating the sea surface infrared emissivity and reflectivity with accuracy. In addition, polarization is taken into account. Indeed, the phenomena of shadowing and multiple surface reflections are taken into account in the models through illumination functions without and with surface reflections. In order to validate developed models, a reference method, based on a Monte Carlo ray tracing algorithm, is used. Simulation results show very good agreements of the models with the ray tracing algorithm. Moreover, the agreement with emissivity measurements of the literature is improved if one surface reflection is considered. The criterion of energy conservation is better met by taking the sea surface reflections into account in the model. Thus, these results clearly show the usefulness of considering shadowing and surface reflections in the modeling.; L'émissivité et la réflectivité infrarouges d'une surface de mer sont des paramètres clés pour le calcul de la température apparente d'une surface de mer. Pour des angles d'observation rasants (proches de l'horizon), elles dépendent fortement de la rugosité de la surface de mer. Cette thèse a pour but de modéliser l'émissivité et la réflectivité d'une surface de mer dans le domaine infrarouge avec précision. De plus, la polarisation de l'onde est prise en compte dans la modélisation. En effet, les phénomènes d'ombrage et de réflexions multiples par la surface sont pris en compte dans les modèles via les fonctions d'illumination monostatique et bistatique sans et avec réflexions. Pour tester la validité de ces modèles, une méthode de référence, basée sur une méthode de tracé de rayons de Monte Carlo, est mise en œuvre. Des simulations montrent alors de bons accords entre les modèles avec ombrage et réflexions multiples développés et la méthode de tracé de rayons. De plus, l'accord avec des mesures de l'émissivité issues de la littérature est meilleur lorsqu'une réflexion sur la surface est prise en compte. Le critère de la conservation de l'énergie est également mieux vérifié en prenant en compte les réflexions multiples par la surface de mer. Ainsi, ces résultats montrent clairement l'intérêt de prendre en compte l'ombrage et les réflexions multiples dans la modélisation.

In this thesis, I propose a new optical technique for measuring 3D relative positions, sizes and refractive indices of a set of particles, which are illuminated by a plane and pulsed laser beam. In this work, the particles are spherical, transparent, homogeneous and isotropic. When these particles are illuminated, they have the behavior of sources of spherical light waves which interfere. The recording of interference fringes and analysisby Fourier transform can measure the characteristics of the particles. I describe the influence of particle characteristics on spectral representations of the interference fringes created by the pairs of particles illuminated in 2D Fourier space. The interference fringes are simulated numerically using the Lorenz-Mietheory. The inverse problem is approached by showing how it is possible to measure the characteristics of particles with geometrical optics and spatial filtering by Fourier transformation., Dans ce mémoire, je propose une nouvelle technique optique de mesure de positions relatives 3D, tailles et indices de réfraction d’un ensemble de particules, éclairées par un faisceau laser plan pulsé : l’imagerie interférométrique de Fourier (FII). Dans le cadre de ce travail, les particules sont sphériques, homogènes transparentes et isotropes. Lorsque ces particules sont éclairées, elles se comportent comme des sources d’ondes lumineuses sphériques qui interférent entre elles. L’enregistrement des franges d’interférences et leur analyse par transformation de Fourier peut permettre d’accéder aux caractéristiques des particules. Dans ce mémoire, je décris l’influence des caractéristiques de particules sur les représentations spectrales des franges d’interférences crées par les couples de particules éclairées dans l’espace de Fourier 2D. Les franges d’interférences sont simulées numériquement en utilisant la théorie de Lorenz-Mie. Puis j’aborde le problème inverse en montrant comment il est possible de retrouver les caractéristiques des particules, en me servant de l’optique géométrique et du filtrage spatial par transformation de Fourier.

Interfaces between materials having opposite dielectric constants support electromagnetic waves confined close to these interfaces called surface waves. For metals and polar crystals, they are respectively called surface plasmon-polaritons and surface phonon-polaritons. The goal of this thesis is to revisit some theoretical aspects associated to these surface waves.Using the Green formalism, we derive an expression of the surface wave field as a sum of modes. With losses, these waves must have a complex wave vector or frequency. Thus we give two expressions of their field, for each of these cases, and discuss when each of these expressions should be used.We then give the basis of a surface wave Fourier optics and geometrical optics. We derive a 2D Helmholtz equation for surface waves, a Huygens-Fresnel principle for surface waves, and an eikonal equation for surface waves. We then take a look at Pendry’s superlens, in which surface waves play a major role. We study the behavior of the superlens in pulsed mode taking losses into account, and show that its resolution can be increased for some pulse shapes compared to the steady state, at the expense of a signal decay.We then develop a quantum treatment of surface waves. We first calculate their energy, and then give an expression of their hamiltonian and field operators. Without losses, we show that the Purcell factor given by our quantum theory is perfectly equal to the Purcell factor given by the classical theory. We then compare this Purcell factor to the lossy case on an example, and show that losses can often be neglected. We then derive the Einstein coefficients associated to surface wave emission and absorption, which allow studying the population inversion dynamics of a gain medium. We then use this quantum formalism to study the interaction between electrons and surface phonon-polaritons in quantum wells, particularly their interaction with a phonon mode which features high confinement thanks to an epsilon near zero (ENZ) effect.; Il existe au niveau d’interfaces séparant des milieux de constantes diélectriques de signes opposés des ondes électromagnétiques confinées à proximité de ces interfaces. On parle d’ondes de surface. C’est notamment le cas des métaux et des cristaux polaires : on parle alors de plasmons-polaritons de surface et de phonons-polaritons de surface respectivement. L’objectif de cette thèse est de revisiter certains aspects théoriques associés à ces ondes de surface.Dans un premier temps, en nous basant sur le formalisme de Green, nous donnons un moyen d’obtenir une expression du champ des ondes de surface sous forme de somme de modes. En présence de pertes, ces ondes ont nécessairement un vecteur d’onde ou une pulsation complexe. Nous donnons ainsi deux expressions de leur champ, correspondant à chacun de ces deux cas, et discutons de l’opportunité d’utiliser l’une ou l’autre de ces expressions.Nous posons par la suite les bases d’une optique de Fourier et d’une optique géométrique des ondes de surface. Nous montrons comment obtenir une équation de Helmholtz à deux dimensions pour les ondes de surface, un principe d’Huygens-Fresnel pour les ondes de surface, ainsi qu’une équation eikonale pour les ondes de surface, qui s’applique sous certaines hypothèses. Nous nous intéressons également à la superlentille proposée par Pendry, qui s’appuie sur les ondes de surface. Nous étudions notamment le fonctionnement de cette superlentille en régime impulsionnel, et montrons qu’en présence de pertes, il est possible d’obtenir une meilleure résolution avec certaines formes d’impulsion par rapport au régime harmonique, au prix d’une importante baisse de signal toutefois.Nous développons ensuite un traitement quantique des ondes de surface. Nous calculons au préalable une expression de leur énergie, et nous donnons une expression de leur hamiltonien et de leurs opérateurs champ. Sans pertes, nous montrons que le facteur de Purcell prédit par notre théorie quantique est rigoureusement égal au facteur de Purcell calculé avec des outils classiques. Nous comparons ensuite ce facteur de Purcell à celui calculé classiquement avec pertes, et montrons sur un exemple que les pertes peuvent être négligées dans de nombreux cas. Nous donnons enfin une expression des coefficients d’Einstein associés aux ondes de surface permettant d’étudier la dynamique de l’inversion de population d’un milieu fournissant un gain aux ondes de surface. Nous appliquons par la suite ce formalisme quantique à l’interaction électrons-phonons-polaritons de surface dans les puits quantiques, notamment leur interaction avec un mode de phonon du puits particulièrement confiné grâce à un effet de constante diélectrique proche de zéro (epsilon near zero, ENZ).

Interfaces between materials having opposite dielectric constants support electromagnetic waves confined close to these interfaces called surface waves. For metals and polar crystals, they are respectively called surface plasmon-polaritons and surface phonon-polaritons. The goal of this thesis is to revisit some theoretical aspects associated to these surface waves.Using the Green formalism, we derive an expression of the surface wave field as a sum of modes. With losses, these waves must have a complex wave vector or frequency. Thus we give two expressions of their field, for each of these cases, and discuss when each of these expressions should be used.We then give the basis of a surface wave Fourier optics and geometrical optics. We derive a 2D Helmholtz equation for surface waves, a Huygens-Fresnel principle for surface waves, and an eikonal equation for surface waves. We then take a look at Pendry’s superlens, in which surface waves play a major role. We study the behavior of the superlens in pulsed mode taking losses into account, and show that its resolution can be increased for some pulse shapes compared to the steady state, at the expense of a signal decay.We then develop a quantum treatment of surface waves. We first calculate their energy, and then give an expression of their hamiltonian and field operators. Without losses, we show that the Purcell factor given by our quantum theory is perfectly equal to the Purcell factor given by the classical theory. We then compare this Purcell factor to the lossy case on an example, and show that losses can often be neglected. We then derive the Einstein coefficients associated to surface wave emission and absorption, which allow studying the population inversion dynamics of a gain medium. We then use this quantum formalism to study the interaction between electrons and surface phonon-polaritons in quantum wells, particularly their interaction with a phonon mode which features high confinement thanks to an epsilon near zero (ENZ) effect.; Il existe au niveau d’interfaces séparant des milieux de constantes diélectriques de signes opposés des ondes électromagnétiques confinées à proximité de ces interfaces. On parle d’ondes de surface. C’est notamment le cas des métaux et des cristaux polaires : on parle alors de plasmons-polaritons de surface et de phonons-polaritons de surface respectivement. L’objectif de cette thèse est de revisiter certains aspects théoriques associés à ces ondes de surface.Dans un premier temps, en nous basant sur le formalisme de Green, nous donnons un moyen d’obtenir une expression du champ des ondes de surface sous forme de somme de modes. En présence de pertes, ces ondes ont nécessairement un vecteur d’onde ou une pulsation complexe. Nous donnons ainsi deux expressions de leur champ, correspondant à chacun de ces deux cas, et discutons de l’opportunité d’utiliser l’une ou l’autre de ces expressions.Nous posons par la suite les bases d’une optique de Fourier et d’une optique géométrique des ondes de surface. Nous montrons comment obtenir une équation de Helmholtz à deux dimensions pour les ondes de surface, un principe d’Huygens-Fresnel pour les ondes de surface, ainsi qu’une équation eikonale pour les ondes de surface, qui s’applique sous certaines hypothèses. Nous nous intéressons également à la superlentille proposée par Pendry, qui s’appuie sur les ondes de surface. Nous étudions notamment le fonctionnement de cette superlentille en régime impulsionnel, et montrons qu’en présence de pertes, il est possible d’obtenir une meilleure résolution avec certaines formes d’impulsion par rapport au régime harmonique, au prix d’une importante baisse de signal toutefois.Nous développons ensuite un traitement quantique des ondes de surface. Nous calculons au préalable une expression de leur énergie, et nous donnons une expression de leur hamiltonien et de leurs opérateurs champ. Sans pertes, nous montrons que le facteur de Purcell prédit par notre théorie quantique est rigoureusement égal au facteur de Purcell calculé avec des outils classiques. Nous comparons ensuite ce facteur de Purcell à celui calculé classiquement avec pertes, et montrons sur un exemple que les pertes peuvent être négligées dans de nombreux cas. Nous donnons enfin une expression des coefficients d’Einstein associés aux ondes de surface permettant d’étudier la dynamique de l’inversion de population d’un milieu fournissant un gain aux ondes de surface. Nous appliquons par la suite ce formalisme quantique à l’interaction électrons-phonons-polaritons de surface dans les puits quantiques, notamment leur interaction avec un mode de phonon du puits particulièrement confiné grâce à un effet de constante diélectrique proche de zéro (epsilon near zero, ENZ).

The central part of energy-saving lamps consists of a glass tube filled with a mercury plasma and coated with a layer of phosphor grains. These micron-sized grains absorb UV radiation and emit visible light. In this thesis, two problems related to these layers are studied. In the first part, a phase-field model is developed to describe the change in the morphology of grains during annealing in presence of a flux, which is a major step during phosphor fabrication. Using this model, we have highlighted the role of surface tension and transport of material in the liquid. In the second part, we use the ray tracing method to model the optical properties of a layer of phosphor grains, which has to fulfill two seemingly contradictory goals: maximize absorption of UV and maximize the extraction of visible light. We have found that there exists an optimum for the extraction efficiency, which suggests that the loss of visible light in the lamp can be reduced by using less compact layers., La partie centrale des lampes à basse consommation est constituée d'un tube en verre rempli de plasma de mercure et recouvert d'une couche de grains de luminophores. Ces grains de quelques microns absorbent la radiation UV et émettent de la lumière visible. Dans cette thèse, deux problèmes liés à ces couches sont étudiés. Dans une première partie, un modèle de champ de phase est développé pour décrire le changement de la morphologie des grains lors du recuit de synthèse en présence d'un fondant. A l'aide de ce modèle, nous avons mis en évidence le rôle des tensions de surface et des mécanismes de transport de matière dans le liquide. Dans une seconde partie, nous utilisons la méthode du tracé de rayons pour modéliser les propriétés optiques d'une couche de grains de luminophores. Cette dernière a deux buts qui peuvent sembler contradictoire : absorber le maximum de rayons UV et maximiser l'extraction de lumière visible. Nous avons mis en évidence l'existence d'un optimum d'efficacité d'extraction, ce qui suggère que les pertes de lumière visible dans la lampe peuvent être atténuées en utilisant des couches peu compactes.

International audience; We compute and justify rigorous geometric optics expansions for linear hyperbolic boundary value problems that do not satisfy the uniform Lopatinskii condition. We exhibit an amplification phenomenon for the reflection of small high frequency oscillations at the boundary. Our analysis has two important consequences for such hyperbolic boundary value problems. Firstly, we make precise the optimal energy estimate in Sobolev spaces showing that losses of derivatives must occur from the source terms to the solution. Secondly, we are able to derive a lower bound forthe finite speed of propagation, showing that waves may propagate faster than for the propagation in free space. We illustrate our analysis with some examples.; Nous calculons et justifions rigoureusement des développements d’optique géométrique pour des problèmes aux limites hyperboliques ne satisfaisant pas la condition de Lopatinskii uniforme. Nous mettons en évidence un phénomène d’amplification pour la réflexion au bord d’oscillations haute fréquence et de petite amplitude. Notre analyse induit deux conséquences importantes pour de tels problèmes aux limites. Tout d’abord, nous précisons la perte de régularité optimale dans l’échelle des espaces de Sobolev entre les termes source et la solution du problème. Ensuite, nous donnons une borne inférieure pour la vitesse finie de propagation, celle-ci pouvant être supérieure à la vitesse de propagation libre dans tout l’espace. Nous illustrons notre analyse par quelques exemples.

A theoretical and experimental study of the stability of elliptical vortex in rotating stratified flows is completed in the present study. Firstly, we analyze the stability of a Lagrangian unsteady non-uniform vortices with a shorter wavelength WKB type formalism. It appears that the mechanism of destabilization of these eddies is the same as the one destabilizinga elliptical uniform vortex. This result shows that the elliptical instability is a universal 3D mechanism of destabilization 2D vortex. In a second time, is theoretically and experimentally studied the stability of elliptical eddies confined in a stratified fluid in rotation. The experimental device allowing the study consists of a rotating cylinder (filled with a stratified fluid in density following the vertical), elliptical distorted by two rolls fixed, all united by a panel also rotating. By varying the parameters of our experience (the frequency of Brunt-Väisälä Nb and the absolute vorticity Ta, the two quantities are non dimensional by the relative rate of rotation of fluid particles), we observed that the rotation and the stratification have antagonist contribution to the stability of elliptical vortices. Thus, if the stratification is sufficiently strong (Nb > 1), we observe that only anticyclones (such as |Ta| < 1) are unstable. Cyclones will remain still stable. Moreover, if the stratification is low (Nb < 1), areas of instability reversed. Finally, the wavelengths are in good agreement with theoretical predictions.; Une étude théorique et expérimentale de la stabilité de tourbillons elliptiques est menée à terme dans la présente étude. On analyse dans un premier temps la stabilité de tourbillons lagrangiens instationnaires non uniformes avec un formalisme courte longueur d'onde de type WKB. Il apparait alors que le mécanisme de déstabilisation de ces tourbillons est le même que celui déstabilisant un tourbillon elliptique uniforme. Ce résultat montre ainsi que l'instabilité elliptique est un mécanisme universel de déstabilisation 3D de tourbillons 2D. Dans un deuxième temps est étudié théoriquement et expérimentalement la stabilité de tourbillons elliptiques confinés dans un fluide stratifié en rotation. Le dispositif expérimental permettant cette étude est constitué d'un cylindre en rotation (rempli d'un fluide stratifié en densité suivant la verticale), déformé elliptiquement par deux rouleaux fixes, le tout étant solidaire d'une table elle aussi en rotation. En faisant varier les différents paramètres de notre expérience (la fréquence de Brünt-Väisälä Nb et la vorticité absolue Ta, les deux grandeurs étant adimensionnées par le taux relatif de rotation des particules fluides), nous avons observé que la stratification et la rotation ont une contribution antagoniste sur la stabilité d'un tourbillon elliptique. Ainsi si la stratification est suffisamment forte (Nb > 1), nous observons que seuls les anticyclones (tels que |Ta| < 1) sont instables. Les cyclones étant toujours stables. Par ailleurs si la stratification est faible (Nb < 1), les zones d'instabilité s'inversent. Finalement les longueurs d'ondes ainsi que les taux de croissance des modes, mesurés par analyse d'images, sont en bon accord avec les prévisions théoriques.

The visual appearance of the painted steel sheets that are constitutive of a car's body, is a prominent factor in the appreciation of the quality of the car. Characterising the link between this appearance and the rough topography of the flat carbon steel used in this context, is of a crucial importance for the industry and remains a serious scientific challenge. In this thesis, a detailed investigation of this matter is achieved through a series of experiments. We also introduce our own methods and software that make it possible for us to apprehend serenely the exhaustive set of data that has been gathered, especially by defining automatic techniques for the correction of the surface's form. Thanks to this work, we define the first models for the prediction of the topographic evolutions undergone by the steel sheets through the paint process. We also review the various optical models that will make it possible to render the painted appearance of these sheets.; L'aspect visuel des tôles peintes qui constituent la carrosserie d'une automobile est un facteur déterminant pour la qualité de l'ensemble du véhicule. La caractérisation de l'influence de la topographie des tôles rugueuses utilisées dans ce contexte, est un enjeu de premier plan pour les industriels, tout en représentant un important défi scientifique. Nous proposons, au cours de ce projet de thèse, une exploration détaillée de cette problématique par le biais d'importantes campagnes expérimentales. Et, nous développons une série de méthodes et logiciels aptes à tirer le meilleur parti des données exhaustives qui ont alors été acquises, notamment en proposant des techniques de correction automatique des écarts de forme. Les fruits de ces travaux nous permettent d'élaborer les premiers modèles de prédiction des topographies des tôles peintes à partir des propriétés topographiques de leurs états de surface avant peinture. Et nous présentons aussi les premiers modèles optiques qui permettront, à l'avenir, de simuler l'''effet peinture''.

The visual appearance of the painted steel sheets that are constitutive of a car's body, is a prominent factor in the appreciation of the quality of the car. Characterising the link between this appearance and the rough topography of the flat carbon steel used in this context, is of a crucial importance for the industry and remains a serious scientific challenge. In this thesis, a detailed investigation of this matter is achieved through a series of experiments. We also introduce our own methods and software that make it possible for us to apprehend serenely the exhaustive set of data that has been gathered, especially by defining automatic techniques for the correction of the surface's form. Thanks to this work, we define the first models for the prediction of the topographic evolutions undergone by the steel sheets through the paint process. We also review the various optical models that will make it possible to render the painted appearance of these sheets.; L'aspect visuel des tôles peintes qui constituent la carrosserie d'une automobile est un facteur déterminant pour la qualité de l'ensemble du véhicule. La caractérisation de l'influence de la topographie des tôles rugueuses utilisées dans ce contexte, est un enjeu de premier plan pour les industriels, tout en représentant un important défi scientifique. Nous proposons, au cours de ce projet de thèse, une exploration détaillée de cette problématique par le biais d'importantes campagnes expérimentales. Et, nous développons une série de méthodes et logiciels aptes à tirer le meilleur parti des données exhaustives qui ont alors été acquises, notamment en proposant des techniques de correction automatique des écarts de forme. Les fruits de ces travaux nous permettent d'élaborer les premiers modèles de prédiction des topographies des tôles peintes à partir des propriétés topographiques de leurs états de surface avant peinture. Et nous présentons aussi les premiers modèles optiques qui permettront, à l'avenir, de simuler l'''effet peinture''.

A theoretical and experimental study of the stability of elliptical vortex in rotating stratified flows is completed in the present study. Firstly, we analyze the stability of a Lagrangian unsteady non-uniform vortices with a shorter wavelength WKB type formalism. It appears that the mechanism of destabilization of these eddies is the same as the one destabilizinga elliptical uniform vortex. This result shows that the elliptical instability is a universal 3D mechanism of destabilization 2D vortex. In a second time, is theoretically and experimentally studied the stability of elliptical eddies confined in a stratified fluid in rotation. The experimental device allowing the study consists of a rotating cylinder (filled with a stratified fluid in density following the vertical), elliptical distorted by two rolls fixed, all united by a panel also rotating. By varying the parameters of our experience (the frequency of Brunt-Väisälä Nb and the absolute vorticity Ta, the two quantities are non dimensional by the relative rate of rotation of fluid particles), we observed that the rotation and the stratification have antagonist contribution to the stability of elliptical vortices. Thus, if the stratification is sufficiently strong (Nb > 1), we observe that only anticyclones (such as |Ta| < 1) are unstable. Cyclones will remain still stable. Moreover, if the stratification is low (Nb < 1), areas of instability reversed. Finally, the wavelengths are in good agreement with theoretical predictions., Une étude théorique et expérimentale de la stabilité de tourbillons elliptiques est menée à terme dans la présente étude. On analyse dans un premier temps la stabilité de tourbillons lagrangiens instationnaires non uniformes avec un formalisme courte longueur d'onde de type WKB. Il apparait alors que le mécanisme de déstabilisation de ces tourbillons est le même que celui déstabilisant un tourbillon elliptique uniforme. Ce résultat montre ainsi que l'instabilité elliptique est un mécanisme universel de déstabilisation 3D de tourbillons 2D. Dans un deuxième temps est étudié théoriquement et expérimentalement la stabilité de tourbillons elliptiques confinés dans un fluide stratifié en rotation. Le dispositif expérimental permettant cette étude est constitué d'un cylindre en rotation (rempli d'un fluide stratifié en densité suivant la verticale), déformé elliptiquement par deux rouleaux fixes, le tout étant solidaire d'une table elle aussi en rotation. En faisant varier les différents paramètres de notre expérience (la fréquence de Brünt-Väisälä Nb et la vorticité absolue Ta, les deux grandeurs étant adimensionnées par le taux relatif de rotation des particules fluides), nous avons observé que la stratification et la rotation ont une contribution antagoniste sur la stabilité d'un tourbillon elliptique. Ainsi si la stratification est suffisamment forte (Nb > 1), nous observons que seuls les anticyclones (tels que |Ta| < 1) sont instables. Les cyclones étant toujours stables. Par ailleurs si la stratification est faible (Nb < 1), les zones d'instabilité s'inversent. Finalement les longueurs d'ondes ainsi que les taux de croissance des modes, mesurés par analyse d'images, sont en bon accord avec les prévisions théoriques.

On présente le nouvel instrument solaire composite CLIMSO, installé récemment au Pic du Midi et entré progressivement en fonction à partir de 2007. La conception des coronographes C1 et C2 de CLIMSO est exposée d'abord quant à son principe, les coronographes étant généralement des systèmes subtils qui combinent plusieurs techniques d'optique instrumentale ; on suit alors la logique de leurs cahiers des charges, la façon de les satisfaire, et les difficultés liées aux indispensables filtres à fenêtre spectrale étroite – qui soulèvent aussi divers problèmes d'optique physique. Enfin, on esquisse les questions d'astrophysique solaire pour l'étude desquelles CLIMSO a été construit.

We study the high frequency limit of the Helmholtz equation with source term in the case when the frequency of the oscillations due to the source is the same as that of the eigen modes of the Helmholtz operator, so as to create resonant ineractions. We quantify the asymptotic transport of the energy using Wigner measures (or semiclassical measures).We study two different situations: the case of two point sources (for which we restrict ourselves to a constant index of refraction), and the case of a refraction index that is discontinuous along an interface between two unbounded inhomogeneous media. In both cases, we prove that, under some geometric hypotheses, the Wigner measure is the integral along the rays of geometric optics and up to infinite time, of an energy source that measures the resonant interactions between the source and the solution., Nous étudions la limite haute fréquence de l'équation de Helmholtz avec terme source dans le cas où la fréquence des oscillations dues à la source est identique à celle des modes propres de l'opérateur de Helmholtz qui régit la propagation des ondes, de sorte que des intéractions résonantes peuvent se produire. Nous quantifions le transport asymptotique de l'énergie via l'utilisation des mesures de Wigner (ou mesures semi-classiques).Nos résultats concernent deux cadres d'étude : le cas de deux sources quasi-ponctuelles (pour lequel nous nous limitons à un indice de réfraction constant), et le cas d'un indice de réfraction discontinu le long d'une interface séparant deux milieux inhomogènes non bornés.Dans les deux cas, nous montrons que, sous des hypothèses géométriques appropriées, la mesure de Wigner est l'intégrale le long des rayons de l'optique géométrique et jusqu'en temps infini, d'une source d'énergie qui mesure les interactions résonantes entre la source et la solution.

Recently, general public expresses a passion for communicating objects, which require the fast transfer of an always increasing quantity of information. In this context, one of the scientific challenges is based on the search for short range high data rates radio transmissions techniques. A possible technique is the use of UWB signals, which were authorized in February 2002 by the American frequencies regulation commission. To evaluate the performances of UWB systems, the modeling of channel propagation is essential. These modelings are generally statistical. The objective of the thesis consisted in examining the contribution of deterministic modeling for the study of UWB channel. The presented works concern the study of the propagation mechanisms impact on UWB signals, the design of a deterministic modeling tool and the realization of measurements that evaluate the modeling tool made.; Depuis peu, le grand public manifeste un engouement pour des objets communicants qui requièrent le transfert rapide d'une quantité d'information sans cesse croissante. Dans ce contexte, l'un des challenges scientifiques repose sur la recherche de techniques de transmissions radio à très haut débit sur de courtes portées. Une technique possible est l'utilisation de signaux UWB, lesquels ont été autorisés en février 2002 par l'organisme américain de régulation des fréquences. Pour évaluer les performances des systèmes UWB, la modélisation du canal de propagation est indispensable. Ces modélisations sont généralement statistiques. L'objectif de la thèse a consisté à examiner l'apport de la modélisation déterministe pour l'étude du canal UWB. Les travaux présentés portent sur l'étude de l'impact des mécanismes de propagation sur les signaux UWB, sur la conception d'un outil de modélisation déterministe et sur la réalisation de campagnes de mesures pour l'évaluation de l'outil.

We present some results around three directions: 1- Focusing at one point in nonlinear geometrical optics. The equations considered are essentially wave and Schrödinger equations. 2- Role of quadratic oscillations in nonlinear Schrödinger equations. 3- Linear vs. nonlinear effects for nonlinear Schrödinger equations with a potentiel.; Nous présentons des travaux autour de trois axes : 1- Phénomène de focalisation en un point en optique géométrique non linéaire. Les équations considérées sont principalement des équations d'ondes et de Schrödinger non linéaires. 2- Rôle des oscillations quadratiques dans les équations de Schrödinger non linéaires. 3- Equations de Schrödinger non linéaire en présence d'un potentiel extérieur.

The paper shows first how a computer-based materialised model can be implementedin a teaching-learning sequence in geometrical optics. Then it gives results from the analysisof the students activity when using this materialised model in a real class in the last level ofupper secondary school. The conclusion is certainly that this tool facilitates the meaningconstruction and modeling processes, but that this positive effect is related to its conditions ofuse and in particular to the teacher intervention., D'une part l'article décrit l'incorporation d'un modèle matérialisé informatisé dansune séquence d'enseignement en optique géométrique, et les hypothèses d'apprentissage quile fondent, d'autre part il rend compte de l'analyse de l'activité des élèves utilisant ce modèledans une classe réelle de Terminale. Il en ressort indubitablement que cet outil favorise laconstruction de sens et les processus de modélisation, et que ces effets positifs sont liés à sesconditions d'utilisation et notamment à l'intervention de l'enseignant.

Wealth and limits of a computer-based «materialised model» in geometrical optics The paper shows first how a computer-based materialised model can be implemented in a teaching-learning sequence in geometrical optics. Then it gives results from the analysis of the students activity when using this materialised model in a real class in the last level of upper secondary school. The conclusion is certainly that this tool facilitates the meaning construction and modeling processes, but that this positive effect is related to its conditions of use and in particular to the teacher intervention., D’une part l’article décrit l'incorporation d’un modèle matérialisé informatisé dans une séquence d’enseignement en optique géométrique, et les hypothèses d’apprentissage qui le fondent, d’autre part il rend compte de l’analyse de l'activité des élèves utilisant ce modèle dans une classe réelle de Terminale. Il en ressort indubitablement que cet outil favorise la construction de sens et les processus de modélisation, et que ces effets positifs sont liés à ses conditions d’utilisation et notamment à l’intervention de l’enseignant., Buty Christian. Richesses et limites d'un «modèle matérialisé» informatisé en optique géométrique / Wealth and limits of a computer-based «materialised model» in geometrical optics. In: Didaskalia, n°23, 2003. Environnement informatique et enseignement de la physique. pp. 39-63.

In this Ph.D thesis, we deal with the optimization of the uniform exponential decay rate of the wave equation on a one- or two-dimensional domain W. The energy decrease is due to a constant damping k on a subset w. The decay rate is given by the spectral abscissa m of the operator associated to the problem, and in the two-dimensional case by a geometrical quantity g, first introduced by Bardos, Lebeau and Rauch. We establish that the spectral abscissa is differentiable with respect to k at the origin, and we study this derivative J in order to approximate m by the product of k and J. In the first part, we address the theoretical properties of the functionals J and g. We characterize the optimal geometries in the case of an interval or a square for some particular values of the area constraint. In the case of a square, we obtain an algorithm for the exact calculus of the geometrical quantity in the case where w is the union of square based on a new theorem of limits inversion. The second part of the thesis is dedicated to the numerical optimization of the quantities J and g by different types of genetic algorithms. The obtained results are not intuitive., Dans cette thèse, nous traitons de l'optimisation du taux de décroissance exponentielle uniforme de l'équation des ondes sur un domaine W mono ou bidimensionnel. L'amortissement se fait à l'aide d'un feedback en vitesse égal à une certaine constante k sur un sous domaine w. Ce taux de décroissance est lié à l'abscisse spectrale m de l'opérateur associé au problème et à une quantité géométrique g, introduite par Bardos, Lebeau et Rauch dans le cas bidimensionnel. On montre que l'abscisse spectrale est dérivable par rapport à k à l'origine, et on étudie cette dérivée J pour approximer m par le produit de k et J. Dans la première partie de la thèse, nous étudions de façon théorique les fonctionnelles J et g. Nous caractérisons les géométries optimales dans le cas d'un intervalle ou d'un carré pour des valeurs particulières de la contrainte d'aire. Dans le cas du carré, nous concevons un algorithme de calcul exact de la quantité géométrique dans le cas où w est un réunion de carrés basé sur un nouveau théorème d'interversion de limites. La seconde partie est dédiée à l'optimisation numérique des quantités J et g à l'aide de différents algorithmes génétiques. Les résultats obtenus ne sont pas intuitifs.

This paper focuses on undergraduate students’ difficulties when analysing situations in Optics which imply, in traditional teaching, two models : geometrical optics and wave optics. The findings of three questionnaires show that many students are a long way from a global understanding of these two models. We underline the necessity to build a content analysis of this subject both coherent and well adapted to undergraduate students. Some germs are proposed for this building : emphasis on the notion of «grouping of paths of light» and use of a «backwards» reasoning, starting from the arrival point of the light, in other words from its impact on the considered receiver., Cet article vise à mettre en évidence les difficultés d’étudiants (deuxième et troisième années universitaires) à propos de situations d’optique qui s’analysent classiquement, dans l’enseignement, à l’aide de deux «modèles» à la fois : «géométrique» et «ondulatoire». Les résultats de trois questionnaires confirment l’existence de problèmes importants pour une compréhension intégrée de ces deux approches. Ils nous amènent à souligner la nécessité de construire une présentation du contenu en cause -situations d’optique impliquant à la fois diffraction et imagerie optique -qui soit adaptée à ce public tout en restant cohérente. Quelques germes pour cette construction sont proposés ici : importance de la notion de «groupement de rayons» et raisonnement «par l’aval», c’est-à-dire à partir du point d’observation., Este articulo pretende poneren evidencia las dificultades de los estudiantes (segundo y tercer ano universitario) con relación a situaciones de óptica que se analizan clasicamente en la enseñanza, con la ayuda de los modelos : «geometrico» y «ondulatorio». Los resultados de tres cuestiuonarios confirman la existencia de problemas importantes para una comprensión integrada de esas dos aproximaciones. Ello conduce a resaltar la necesidad de construir una presentacion des contenido en causa - situaciones de óptica implicando a la vez difracción e imaginería óptica - que sea adaptada a ese público sin perder la coherencia. Algunos germenes para esta construcción son propuestos : importancia de la noción de «grupo de rayos» y razonamiento «por aval», es decir, a partir del punto de observación, Colin Philippe, Viennot Laurence. Les difficultés d'étudiants post-bac pour une conceptualisation cohérente de la diffraction et de l'image optique / Coherent conceptualization of diffraction and optical imaging : university students' difficulties. In: Didaskalia, n°17, 2000. Enseigner les sciences à l'université et en formation des maîtres. pp. 29-54.

23 pages; Une analogie est proposée entre la propagation de la lumière dans différents milieux isotropes et anisotropes d'une part, et le déplacement d'un sportif courant dans différents milieux naturels (champs, forêts) d'autre part. L'analogue de la vitesse de la lumière dans le milieu (proportionnelle à l'inverse de l'indice optique) est ici la vitesse de course du coureur, qui dépend du terrain traversé. Si le sportif essaie de minimiser son temps de course entre deux points imposés (les balises de la course d'orientation), il a intérêt, toutes choses égales par ailleurs, à ce que son trajet suive les lois de l'optique géométrique, c'est-à-dire les lois de la réfraction de la lumière de Descartes-Snell transposées à son problème (conséquences du principe optimal de Fermat). Dans le cas des milieux anisotropes, la vitesse du coureur dépend de la direction de déplacement : ainsi en remontant un terrain en pente, on court plus vite en coupant les courbes de niveau de façon oblique que le long de la ligne de plus grande pente. Il peut y avoir alors plusieurs chemins optimaux, comme pour les milieux anisotropes biréfringents. L'originalité de la course en pleine nature par rapport à l'optique est que la vitesse de propagation dépend non seulement de la direction mais aussi du sens de propagation (suivant que l'on remonte ou descend la pente dans une direction donnée la vitesse diffère). En physique on considère au contraire très généralement que la vitesse de la lumière est la même dans les deux sens pour une direction donnée. Quelques indications sur une expérimentation conduite par un groupe de lycéens de Saint-Etienne pour valider ces hypothèses sont données. Pour maintenir une vitesse constante dans des conditions d'effort identiques, on se base sur une fréquence cardiaque constante, mesurée en route par cardio-fréquencemètre avec visualisation au poignet du coureur. Dans cette hypothèse de dépense énergétique constante, on peut prédire la forme de la loi de vitesse en fonction de la pente pour le cas anisotrope : la vitesse de course, qui sert à lutter contre les forces de frottement, diminue en montant une pente plus raide, une partie de l'énergie dépensée étant convertie en énergie potentielle de gravitation. Les expérimentations conduites par les lycéens s'accordent avec les prévisions. Quelques pistes de nature théorique sont proposées.