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On the one hand, Graded Photonic Crystals (GPC) allow to efficiently control the flow of light thanks to the shape of their photonic bands, which we verified by demonstrating a “photonic mirage” at wavelength scale. On the other hand, GRaded INdex (GRIN) optics is undergoing a renewal because it allows downsizing optical systems, opening a new way to optical design. But GRIN optics was limited by a lack of easy to implement fabrication techniques. Nanotechnology enables to efficiently fabricate photonic crystals, which we will implement to fabricate GPC for GRIN optics. The main purpose of this Ph.D. topic is to explore graded photonic crystals and related gradient index optics in the near-infrared domain for applications on Silicon On Insulator (SOI) platforms. Gradient photonic crystals in the microwave band have been investigated by previous Ph.D. students in our group. This work then attempts to extend the application to the near-infrared field. According to the theory of subwavelength electromagnetism, the size of the device should be of the same order of magnitude as the operating wavelength. Thus, unlike the previous microwave field, a big challenge in the NIR field is the fabrication and characterization of the corresponding devices. A significant part of this work is focused on the fabrication and characterization process of gradient photonic crystals in the NIR field. We focus on nano-fabrication technology as well as SNOM characterization. SOI was chosen as the processing platform for this work, considering the good compatibility of the silicon-based platform with photonic devices and its ability to integrate well with nanofabrication techniques. In addition, another emphasized aspect of this work is to explore the effect of the variation of the photonic crystal parameters on its effective refractive index. Thus, the case of normalized frequencies in different photonic crystal energy bands is also a direction of the investigation. We attempt to manipulate the effective refractive index (even negative refractive index) of photonic crystals by changing their parameters. Experimental demonstration of negative refractive index gradient photonic crystal lens and related gradient photonic crystal devices will be highlighted. In summary, we have designed, fabricated and characterized gradient photonic crystal lens in the near-infrared domain., D'une part, les cristaux photoniques à gradient permettent de contrôler la propagation du champ électromagnétique grâce à la courbure de leur structure de bandes, ce que nous avons vérifié en démontrant un 'mirage photonique'. D'autre part, l'optique à gradient d'indice connaît un renouveau parce qu'elle offre de nouvelles possibilités pour la conception optique, notamment elle permet de miniaturiser les systèmes optiques. Les nanotechnologies permettent de fabriquer efficacement des cristaux photoniques ; nous les mettrons en œuvre pour fabriquer des cristaux photoniques à gradient. L'objectif principal de ce sujet de doctorat est d'explorer les cristaux photoniques à gradient et les optiques à gradient d'indice connexes dans le domaine du proche infrarouge pour des applications sur des plates-formes de silicium sur isolant (SOI). Les cristaux photoniques à gradient dans la bande des micro-ondes ont été étudiés par les précédents doctorants de notre groupe. Ce travail tente ensuite d'étendre l'application au domaine du proche infrarouge. Selon la théorie de l'électromagnétisme sub-longueur d'onde, la taille du dispositif doit être du même ordre de grandeur que la longueur d'onde de fonctionnement. Ainsi, contrairement au domaine précédent des micro-ondes, un grand défi dans le domaine du NIR est la fabrication et la caractérisation des dispositifs correspondants. Une partie importante de ce travail se concentre sur le processus de fabrication et de caractérisation des cristaux photoniques à gradient dans le domaine du proche infrarouge. Nous nous concentrons sur la technologie de nanofabrication ainsi que sur la caractérisation du SNOM. Le SOI a été choisi comme plateforme de traitement pour ce travail, compte tenu de la bonne compatibilité de la plateforme à base de silicium avec les dispositifs photoniques et de sa capacité à bien s'intégrer aux techniques de nanofabrication. De plus, un autre aspect mis en avant dans ce travail est d'explorer l'effet de la variation des paramètres du cristal photonique sur son indice de réfraction effectif. Ainsi, le cas des fréquences normalisées dans différentes bandes d'énergie de cristaux photoniques est également une direction d'investigation. Nous tentons de manipuler l'indice de réfraction effectif (voire l'indice de réfraction négatif) des cristaux photoniques en modifiant leurs paramètres. La démonstration expérimentale d'une lentille en cristal photonique à gradient d'indice de réfraction négatif et de dispositifs en cristal photonique à gradient connexes sera mise en évidence. En résumé, nous avons conçu, fabriqué et caractérisé une lentille à gradient de cristaux photoniques dans le domaine du proche infrarouge.

The increase of greenhouse gases concentration in the atmosphere leads to global warming, which has aroused widespread concern in society. Studying the earth's atmosphere and predicting future climate change are closely related to the accurate observation of greenhouse gas concentrations. At present, the high spectral resolution instruments used to observe column concentration of atmospheric greenhouse gases generally have large sizes and high costs, which are not conducive to monitor the greenhouse gases on a large scale. The laser heterodyne radiometer with high resolution can be made small, low-power consumption, compact and robust. It is conducive to the realization of the mobile observation of atmospheric greenhouse gases in the field. This thesis mainly focuses on infrared laser heterodyne detection technology and application. The main work and innovations of the thesis are as follows : An all-fiber dual-channel laser heterodyne radiometer was developed to detect CH₄ and CO₂ in the atmospheric simultaneously. In the device, a fiber optic switch and other fiber optic devices were used to improve the stability and reliability of the measurement system significantly. Continuous observation experiments were performed in Hefei, and the measurement results are approximately consistent with the GOSAT results. The integrated instrument also conducted field observations in Qinghai province. Then, an interband cascade laser based mid-infrared LHR has been demonstrated in an attractive atmospheric window of 3-5 μm, for the first time, in ground-based solar occultation mode. High-resolution (0.0033 cm⁻¹) spectra near 3.53 µm were obtained for simultaneous atmospheric observations of HDO and CH₄. Finally, an external cavity laser based laser heterodyne radiometer for the detection of ¹³CO₂ and ¹²CO₂ in the atmospheric was developed. The external cavity laser was used as the local oscillator to implement the continuous spectrum measurement in the range of 6248.5 cm⁻¹∼ 6256 cm⁻¹. And the atmospheric transmittance of ¹²CO₂ and ¹³CO₂ in the entire atmosphere was obtained., La mesure des profils de concentration verticale des gaz à effet de serre (GES) est extrêmement importante pour notre compréhension de la qualité de l’air régional et des tendances du changement climatique mondial. Dans ce contexte, la technique du radiomètre hétérodyne au laser (LHR) a été développée pour les mesures à distance au sol des GES dans la colonne atmosphérique. Le rayonnement solaire subissant une absorption par plusieurs espèces dans l'atmosphère est couplé à un instrument LHR dans lequel la lumière du soleil est mélangée à un oscillateur local (OL), généralement une source laser accordable, dans un photodétecteur rapide. Le battement de la note aux radiofréquences (RF) résultant de ce photomélange contient des informations sur l'absorption des molécules ciblées par LO. L'analyse de la fréquence LO sur les lignes d'absorption moléculaires cibles permet d'extraire les caractéristiques d'absorption correspondantes de l'absorption totale du rayonnement solaire par toutes les molécules de la colonne atmosphérique. Dans le présent travail, des instruments LHR fonctionnant dans le proches-IR (~ 1,5 µm) et la mi-IR (3,5 µm) ont été développées. Des campagnes de mesure sur le terrain ont été réalisées à Dunkerque en France et à Hefei en Chine. Les spectres du CH₄, du CO₂ (y compris ¹³CO₂ / ¹²CO₂), de la vapeur d'H₂O vapeur ainsi que son isotopologue HDO dans la colonne atmosphérique ont été mesurés.

Les bactéries sont des microorganismes unicellulaires participant à de nombreux processus biologiques. Les espèces impliquées dans la fermentation lactique et la croissance des plantes suscitent un intérêt particulier en agro-industrie. L’identification de souches bactériennes est essentielle pour concevoir des ferments lactiques pour les produits laitiers et des biofertilisants pour les sols. Les techniques actuelles d’identification des bactéries sont destructives, et nécessitent donc de préparer des échantillons dédiés aux analyses. L’objectif de ce travail est de développer une méthode de criblage par spectroscopie UV-Vis-NIR de bactéries inoculées sur boîtes de Pétri, afin d’en évaluer le potentiel en tant qu’alternative simple, rapide et non destructive aux outils de diagnostic conventionnels. Un protocole de mesure a tout d’abord été établi sur un nombre restreint de souches bactériennes pour un spectromètre NIR et un spectromètre UV-Vis-NIR. 142 souches de bactéries lactiques et 76 souches de rhizobactéries favorisant la croissance des plantes ont ensuite été inoculées sur milieu gélosé puis analysées avec les deux instruments au cours de plusieurs expérimentations. Un biais associé à ces séries d’inoculations et de mesures était présent sur les spectres bruts. Une réduction de ce biais a été possible en corrigeant les acquisitions par rapport aux spectres de boîtes de gélose pure réalisées à chaque expérimentation. Une analyse exploratoire des données spectrales a mis en évidence des différences entre les genres et les espèces des bactéries. Elles ont majoritairement été attribuées aux polysaccharides contenus dans les parois cellulaires, constituants la capsule bactérienne ou sécrétés dans l’environnement extracellulaire. Des modèles de classification ont été développés avec les données spectrales par PLS-DA et réseaux de neurones artificiels. Leurs performances ont été comparées en prédiction sur 84 souches de bactéries lactiques isolées de laits crus et 19 souches de rhizobactéries supplémentaires. Les taux de classification correct des meilleurs modèles obtenus sont respectivement de 70% et 63% pour le genre et l’espèce des bactéries lactiques, et de 66% pour le genre des rhizobactéries. Des pistes d’amélioration ont été proposées pour améliorer les performances et étendre les applications de la méthode

This study examined the effects of long-term storage conditions on the chemical composition, pepsin-cellulase dry matter digestibility (PCDMD), and visible (VIS)/near infrared spectra (NIR) of forage. Eighteen samples of different whole-crop maize varieties originally harvested in 1987 were used. After drying, these samples were analyzed in the laboratory for ash, crude protein (CP), structural carbohydrates, total soluble carbohydrates (TSC), starch and PCDMD, and the remaining samples were stored frozen (at &minus, 20&deg, C) or at barn temperature (ambient temperatures ranged from &minus, 8.5 &deg, C to 27.1 &deg, C). In 2016, the samples were analyzed for ash, CP, structural carbohydrates, TSC, starch and PCDMD. The visible/NIR spectra of both storage methods were obtained. Chemical composition and PCDMD analyses revealed significant differences (p &lt, 0.05) between the storage methods for TSC but not for the other parameters (p &gt, 0.05). After sample harvesting in 1987, the analyses were compared with those in 2016. It was found that the post-harvest TSC and ash content were higher (p &lt, 0.05) and lower (p &lt, 0.05), respectively, during 2016. No significant differences were found for starch and PCDMD. Important differences between the VIS/NIR spectra of both storage methods were obtained in the VIS segment, particularly in the area between 630 and 760 nm. We concluded that storing dry forage samples at ambient temperature for a very long time (29 years) did not change their nutritive value compared to the values obtained before storage.

With the development of cloud computing and video streaming, the amount of data transmitted across the Internet has skyrocketed during the last decade. It now represents between 6 % and 10 % of the global energy consumption, and is expected to keep rising with the emergence of Internet of Things applications. However, the limits of the current infrastructure are already becoming apparent. Integrated photonics has brought new concepts to overcome the limitation of electronics such as all-optical signal processing or optical interconnects. In particular, silicon photonics has enabled the realisation of photonic integrated circuits able to perform these complex tasks on a chip and compete with their electronic counterparts. Moreover, integrated designs benefit from better robustness, stability and compactness as well as a reduced energy consumption. Integrated light sources have been developed to drive these photonic integrated circuits. Integrated mode-locked lasers are especially interesting since they provide both a regular pulse train and a stable mode comb. These lasers rely on the combination of a multimode laser and a saturable absorber to phase-lock the modes of the cavity. Despite some progress towards their integration on a chip, their size is still in the millimetre to the centimetre range. Since the quality of the generated pulse train is related to the effective length of the cavity, which is the product of the group index of the guided mode and the actual length of the cavity, their miniaturisation remains a challenge.In this PhD work, a novel design based on the use of slow-light (high ng) in photonic crystals to achieve further miniaturisation of integrated mode-locked lasers is studied. Indeed, slow light allows us to keep the effective length of the cavity high in a compact design with group indices one order of magnitude higher than in standard cavities. In order to reach mode-locking, a wide regular mode comb must be present in the cavity spectrum. Nonetheless, the strong dispersion of slow light modes in photonic crystals limits the spectral width of the regular mode comb. Using dispersion engineering, the bandwidth of the mode comb can be drastically improved. Photonic crystal cavities exploiting dispersion-engineered slow light in active III-V materials on silica were designed using numerical simulations, then fabricated and characterised to demonstrate the validity of this approach and study its potential limitations. We show that in spite of the effect of fabrication-induced disorder, regular mode combs can be generated in cavities as long as 45,5 µm with a group index around 30. These cavities may allow for an 8-fold size reduction of mode-locked lasers compared to standard waveguide designs. In the future, a saturable absorber such as graphene could be introduced onto the cavities in order to achieve mode-locking., Le trafic internet a connu un accroissement sans précédent au cours de la dernière décennie avec l’essor du cloud computing et de la diffusion de flux vidéo, à tel point que le secteur des télécommunications représente aujourd’hui entre 6 % et 10 % de la consommation énergétique mondiale. Tandis que cette croissance doit continuer de s’accélérer avec le développement des objets connectés, les limites de l’infrastructure actuelle commencent à apparaître.La photonique intégrée propose de répondre à ces problèmes à l’aide du traitement tout optique de l’information et des interconnexions optiques. Le développement de la photonique sur silicium a permis la conception de circuits photoniques intégrés capables de réaliser ces fonctions complexes sur puce. L’intégration apporte également ses propres avantages, tels qu’une robustesse, une stabilité et une compacité accrues, ainsi qu’une consommation d’énergie réduite. Pour alimenter ces circuits photoniques, des sources intégrées compactes ont vu le jour. En particulier, les lasers à blocage de modes intégrés permettent de générer à la fois un train d’impulsion régulier et un peigne de modes stable. Ces composants exploitent la combinaison d’un laser multimode et d’un absorbant saturable pour mettre en phase les modes de la cavité. Si de tels lasers sur puce ont été mis au point, ils restent toutefois relativement longs (de l’ordre du millimètre, voire du centimètre), et leur miniaturisation est complexe, car la longueur effective de la cavité, égale au produit de l’indice de groupe et de la longueur de la cavité joue un rôle primordial dans la qualité du train d’impulsions généré.Dans cette thèse, une approche basée sur l’utilisation de la lumière lente est développée pour permettre la réalisation de lasers pulsés compacts et intégrés sur puce. La lumière lente (fort indice de groupe) permet en effet de conserver une grande longueur effective dans une cavité compacte. Ce ralentissement de la lumière peut être généré à l’aide des cristaux photoniques. Pour atteindre le régime de blocage de modes, le spectre de la cavité associée doit également présenter un peigne de modes équidistant, ce qui est difficile à obtenir à cause de la dispersion typiquement très élevée des modes lents. Grâce à l’ingénierie de dispersion dans les cristaux photoniques, une bande linéaire à faible vitesse de groupe peut être créée pour obtenir un peigne de modes équidistants sur une grande largeur spectrale. Des cavités optimisées alliant lumière lente, ingénierie de dispersion, et matériaux III-V reportés sur silice ont été conçues par simulations numériques, puis fabriquées et caractérisées pour étudier la viabilité de cette approche et ses limites. Les mesures montrent que malgré les effets du désordre induit par la fabrication dans le cristal photonique, des cavités laser multimodes de 45,5 µm de longueur et d’indice de groupe de l’ordre de 30 sont réalisables. Ces cavités peuvent prétendre à une réduction de longueur d’un facteur 8 par rapport à leurs équivalents basés sur des guides standards. Enfin, la géométrie de ces cavités est compatible avec le transfert d’un absorbant saturable tel que le graphène pour atteindre, dans le futur, le régime de blocage de modes.

With the development of cloud computing and video streaming, the amount of data transmitted across the Internet has skyrocketed during the last decade. It now represents between 6 % and 10 % of the global energy consumption, and is expected to keep rising with the emergence of Internet of Things applications. However, the limits of the current infrastructure are already becoming apparent. Integrated photonics has brought new concepts to overcome the limitation of electronics such as all-optical signal processing or optical interconnects. In particular, silicon photonics has enabled the realisation of photonic integrated circuits able to perform these complex tasks on a chip and compete with their electronic counterparts. Moreover, integrated designs benefit from better robustness, stability and compactness as well as a reduced energy consumption. Integrated light sources have been developed to drive these photonic integrated circuits. Integrated mode-locked lasers are especially interesting since they provide both a regular pulse train and a stable mode comb. These lasers rely on the combination of a multimode laser and a saturable absorber to phase-lock the modes of the cavity. Despite some progress towards their integration on a chip, their size is still in the millimetre to the centimetre range. Since the quality of the generated pulse train is related to the effective length of the cavity, which is the product of the group index of the guided mode and the actual length of the cavity, their miniaturisation remains a challenge.In this PhD work, a novel design based on the use of slow-light (high ng) in photonic crystals to achieve further miniaturisation of integrated mode-locked lasers is studied. Indeed, slow light allows us to keep the effective length of the cavity high in a compact design with group indices one order of magnitude higher than in standard cavities. In order to reach mode-locking, a wide regular mode comb must be present in the cavity spectrum. Nonetheless, the strong dispersion of slow light modes in photonic crystals limits the spectral width of the regular mode comb. Using dispersion engineering, the bandwidth of the mode comb can be drastically improved. Photonic crystal cavities exploiting dispersion-engineered slow light in active III-V materials on silica were designed using numerical simulations, then fabricated and characterised to demonstrate the validity of this approach and study its potential limitations. We show that in spite of the effect of fabrication-induced disorder, regular mode combs can be generated in cavities as long as 45,5 µm with a group index around 30. These cavities may allow for an 8-fold size reduction of mode-locked lasers compared to standard waveguide designs. In the future, a saturable absorber such as graphene could be introduced onto the cavities in order to achieve mode-locking.; Le trafic internet a connu un accroissement sans précédent au cours de la dernière décennie avec l’essor du cloud computing et de la diffusion de flux vidéo, à tel point que le secteur des télécommunications représente aujourd’hui entre 6 % et 10 % de la consommation énergétique mondiale. Tandis que cette croissance doit continuer de s’accélérer avec le développement des objets connectés, les limites de l’infrastructure actuelle commencent à apparaître.La photonique intégrée propose de répondre à ces problèmes à l’aide du traitement tout optique de l’information et des interconnexions optiques. Le développement de la photonique sur silicium a permis la conception de circuits photoniques intégrés capables de réaliser ces fonctions complexes sur puce. L’intégration apporte également ses propres avantages, tels qu’une robustesse, une stabilité et une compacité accrues, ainsi qu’une consommation d’énergie réduite. Pour alimenter ces circuits photoniques, des sources intégrées compactes ont vu le jour. En particulier, les lasers à blocage de modes intégrés permettent de générer à la fois un train d’impulsion régulier et un peigne de modes stable. Ces composants exploitent la combinaison d’un laser multimode et d’un absorbant saturable pour mettre en phase les modes de la cavité. Si de tels lasers sur puce ont été mis au point, ils restent toutefois relativement longs (de l’ordre du millimètre, voire du centimètre), et leur miniaturisation est complexe, car la longueur effective de la cavité, égale au produit de l’indice de groupe et de la longueur de la cavité joue un rôle primordial dans la qualité du train d’impulsions généré.Dans cette thèse, une approche basée sur l’utilisation de la lumière lente est développée pour permettre la réalisation de lasers pulsés compacts et intégrés sur puce. La lumière lente (fort indice de groupe) permet en effet de conserver une grande longueur effective dans une cavité compacte. Ce ralentissement de la lumière peut être généré à l’aide des cristaux photoniques. Pour atteindre le régime de blocage de modes, le spectre de la cavité associée doit également présenter un peigne de modes équidistant, ce qui est difficile à obtenir à cause de la dispersion typiquement très élevée des modes lents. Grâce à l’ingénierie de dispersion dans les cristaux photoniques, une bande linéaire à faible vitesse de groupe peut être créée pour obtenir un peigne de modes équidistants sur une grande largeur spectrale. Des cavités optimisées alliant lumière lente, ingénierie de dispersion, et matériaux III-V reportés sur silice ont été conçues par simulations numériques, puis fabriquées et caractérisées pour étudier la viabilité de cette approche et ses limites. Les mesures montrent que malgré les effets du désordre induit par la fabrication dans le cristal photonique, des cavités laser multimodes de 45,5 µm de longueur et d’indice de groupe de l’ordre de 30 sont réalisables. Ces cavités peuvent prétendre à une réduction de longueur d’un facteur 8 par rapport à leurs équivalents basés sur des guides standards. Enfin, la géométrie de ces cavités est compatible avec le transfert d’un absorbant saturable tel que le graphène pour atteindre, dans le futur, le régime de blocage de modes.

India and Belgium have jointly established two 4-meter class optical telescopes at Devasthal located in Nainital, India. After successful installation of the 3.6-m modern new technology Devasthal Optical Telescope (DOT) in 2015, it was technically activated by premiers of both countries from Brussels on March 30, 2016. Since then, the 3.6-m DOT has been used for both optical and near-Infrared (NIR) observations for a number of research proposals. The best angular resolution achieved is 0″.4 indicating that the optics of the 3.6-m DOT is good and capable of providing images of celestial bodies with sub-arc-second resolution. The observations provide proof that the care taken in the construction of the telescope dome building has paid a rich dividend as their thermal mass is so low that it has not degraded the natural atmospheric seeing at Devasthal measured about two decades ago during 1997 to 1999 using differential image motion monitor. A few preliminary scientific results obtained from recent observations are presented along with performance and global potential of the 3.6-m DOT in the field of galactic astronomy. The 3.6-m DOT is capable of providing internationally competitive science once high resolution spectrograph and other planned modern back-end instruments become operational. Geographical location of the observatory has global importance for time domain and multi-wavelength astrophysical studies.

The goal of this work was to enhance the photoluminescence in the near infrared using plasmonic antennas. Plasmonic antennas can modify both the recombination dynamics and the emission diagram; these two aspects can thus be used to enhance the photoluminescence of an emitter in comparison to an emitter not coupled with an antenna. During this thesis, two emitters were studied: carbon nanotubes and G-centers in silicon.Plasmonic antennas can be metallic nanoparticles for instance. Thus, we first studied the scattering properties of metallic nanoparticles. During this study, we developed a technique to deposit single nanoparticles on a substrate. The optical characterization of several nanoparticles on different substrates was realized through scattering spectrum measurements. Polarization studies on both the excitation light and the emitted light were realized in order to analyze the origin of plasmonic resonances in the scattering spectrum. The influence of the temperature and the substrate on the scattering spectrums was also investigated.Secondly, we looked into a first near infrared emitter: semi-conducting carbon nanotubes. We characterized the photoluminescence from an assembly of carbon nanotubes and then from single carbon nanotubes. The photoluminescence of a single carbon nanotube is characterized by a low quantum yield (typically, a few %) which implied, in our experimental setup, that the emission from a single nanotube is at the limit of detectability. In order to propose viable optical applications based on carbon nanotubes, we tried to enhance their photoluminescence with plasmonic antennas. We thus deposited metallic nanoparticles on top of a layer of carbon nanotubes. We occasionally observed some enhancements, but this typically ceased in less than a minute.Finally, we studied a second emitter in the near infrared: the G-centers in silicon. The optical characterization was realized. The emission spectrum was measured and quantitatively analyzed. The lifetime of the G-center was measured for the first time. These two studies (spectrally resolved and temporally resolved) were also realized for different temperatures in order to characterize the recombination dynamics of the G-centers. The saturation of an assembly of G-centers was also quantitatively studied. We also realized measurements suggesting that the single G-center regime has nearly been achieved. The enhancement of the photoluminescence of G centers with plasmonic antennas was not realized due to lack of time.; L'objectif général de cette thèse était d'exalter l'émission dans le proche infrarouge en utilisant des antennes plasmoniques. Les antennes plasmoniques permettent de modifier la dynamique de désexcitation ainsi que le diagramme d'émission d'un émetteur; ces deux aspects permettent donc d'améliorer/exalter la photoluminescence par rapport à un émetteur non couplé à une antenne. Au cours de cette thèse, deux émetteurs ont été étudiés : les nanotubes de carbone et les centres G dans le silicium.Les antennes plasmoniques sont, par exemple, des nanoparticules métalliques. Ainsi, dans un premier temps, nous avons étudié les propriétés de diffusion de nanoparticules métalliques. Ceci a permis de développer une technique permettant de déposer des nanoparticules uniques sur un substrat. La caractérisation optique de diverses nanoparticules déposées sur divers substrats fut réalisée par des mesures de spectres de diffusion. Des études en polarisation sur le signal excitateur ainsi que sur le signal diffusé ont permis de sonder l'origine des résonances plasmoniques apparaissant dans les spectres de diffusion. Les influences de la température et du substrat sur les spectres de diffusion ont aussi été étudiées.Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à un premier émetteur dans le proche infrarouge : les nanotubes de carbone semi-conducteurs. Nous avons caractérisé la photoluminescence d'un ensemble de nanotubes puis d'uniques nanotubes. La photoluminescence d'un nanotube de carbone unique est caractérisée par un faiblement rendement radiatif (de l'ordre du %) ce qui implique que, dans notre montage expérimental, l'émission par un unique nanotube est à la limite de détectabilité. Afin d’obtenir des applications optiques viables à base de nanotubes de carbone, nous avons essayé d'exalter leur photoluminescence grâce à des antennes plasmoniques. Nous avons donc déposé des nanoparticules métalliques au-dessus d’une couche de nanotubes de carbone. Nous avons observé ponctuellement l'exaltation de la photoluminescence, mais cette exaltation cessait sur des durées de l'ordre de la minute.Enfin, nous avons étudié un deuxième émetteur dans le proche infrarouge : les centres G dans le silicium. La caractérisation optique d'un ensemble de centre G a été réalisé. Le spectre d'émission a été mesuré et analysé quantitativement. Le temps de vie du centre G a aussi été mesuré pour la première fois. Ces deux types d'études (spectrales et temporelles) ont aussi été réalisées à diverses températures afin de sonder la dynamique de désexcitation des centres G. La saturation d'un ensemble de centres G a aussi été étudiée quantitativement. Enfin, nous avons réalisé des mesures laissant penser que le régime du centre G unique est presque atteint. L'exaltation de l'émission des centres G par des antennes plasmoniques n'a pas pu être étudiée par manque de temps.

The goal of this work was to enhance the photoluminescence in the near infrared using plasmonic antennas. Plasmonic antennas can modify both the recombination dynamics and the emission diagram; these two aspects can thus be used to enhance the photoluminescence of an emitter in comparison to an emitter not coupled with an antenna. During this thesis, two emitters were studied: carbon nanotubes and G-centers in silicon.Plasmonic antennas can be metallic nanoparticles for instance. Thus, we first studied the scattering properties of metallic nanoparticles. During this study, we developed a technique to deposit single nanoparticles on a substrate. The optical characterization of several nanoparticles on different substrates was realized through scattering spectrum measurements. Polarization studies on both the excitation light and the emitted light were realized in order to analyze the origin of plasmonic resonances in the scattering spectrum. The influence of the temperature and the substrate on the scattering spectrums was also investigated.Secondly, we looked into a first near infrared emitter: semi-conducting carbon nanotubes. We characterized the photoluminescence from an assembly of carbon nanotubes and then from single carbon nanotubes. The photoluminescence of a single carbon nanotube is characterized by a low quantum yield (typically, a few %) which implied, in our experimental setup, that the emission from a single nanotube is at the limit of detectability. In order to propose viable optical applications based on carbon nanotubes, we tried to enhance their photoluminescence with plasmonic antennas. We thus deposited metallic nanoparticles on top of a layer of carbon nanotubes. We occasionally observed some enhancements, but this typically ceased in less than a minute.Finally, we studied a second emitter in the near infrared: the G-centers in silicon. The optical characterization was realized. The emission spectrum was measured and quantitatively analyzed. The lifetime of the G-center was measured for the first time. These two studies (spectrally resolved and temporally resolved) were also realized for different temperatures in order to characterize the recombination dynamics of the G-centers. The saturation of an assembly of G-centers was also quantitatively studied. We also realized measurements suggesting that the single G-center regime has nearly been achieved. The enhancement of the photoluminescence of G centers with plasmonic antennas was not realized due to lack of time.; L'objectif général de cette thèse était d'exalter l'émission dans le proche infrarouge en utilisant des antennes plasmoniques. Les antennes plasmoniques permettent de modifier la dynamique de désexcitation ainsi que le diagramme d'émission d'un émetteur; ces deux aspects permettent donc d'améliorer/exalter la photoluminescence par rapport à un émetteur non couplé à une antenne. Au cours de cette thèse, deux émetteurs ont été étudiés : les nanotubes de carbone et les centres G dans le silicium.Les antennes plasmoniques sont, par exemple, des nanoparticules métalliques. Ainsi, dans un premier temps, nous avons étudié les propriétés de diffusion de nanoparticules métalliques. Ceci a permis de développer une technique permettant de déposer des nanoparticules uniques sur un substrat. La caractérisation optique de diverses nanoparticules déposées sur divers substrats fut réalisée par des mesures de spectres de diffusion. Des études en polarisation sur le signal excitateur ainsi que sur le signal diffusé ont permis de sonder l'origine des résonances plasmoniques apparaissant dans les spectres de diffusion. Les influences de la température et du substrat sur les spectres de diffusion ont aussi été étudiées.Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à un premier émetteur dans le proche infrarouge : les nanotubes de carbone semi-conducteurs. Nous avons caractérisé la photoluminescence d'un ensemble de nanotubes puis d'uniques nanotubes. La photoluminescence d'un nanotube de carbone unique est caractérisée par un faiblement rendement radiatif (de l'ordre du %) ce qui implique que, dans notre montage expérimental, l'émission par un unique nanotube est à la limite de détectabilité. Afin d’obtenir des applications optiques viables à base de nanotubes de carbone, nous avons essayé d'exalter leur photoluminescence grâce à des antennes plasmoniques. Nous avons donc déposé des nanoparticules métalliques au-dessus d’une couche de nanotubes de carbone. Nous avons observé ponctuellement l'exaltation de la photoluminescence, mais cette exaltation cessait sur des durées de l'ordre de la minute.Enfin, nous avons étudié un deuxième émetteur dans le proche infrarouge : les centres G dans le silicium. La caractérisation optique d'un ensemble de centre G a été réalisé. Le spectre d'émission a été mesuré et analysé quantitativement. Le temps de vie du centre G a aussi été mesuré pour la première fois. Ces deux types d'études (spectrales et temporelles) ont aussi été réalisées à diverses températures afin de sonder la dynamique de désexcitation des centres G. La saturation d'un ensemble de centres G a aussi été étudiée quantitativement. Enfin, nous avons réalisé des mesures laissant penser que le régime du centre G unique est presque atteint. L'exaltation de l'émission des centres G par des antennes plasmoniques n'a pas pu être étudiée par manque de temps.

International audience; In this article, a set of 50 turbid liquid samples with different levels of absorption and scattering properties were prepared and measured at various orientations of polarizers and analyzers to obtain the 16 elements of the complete Muller matrix. Partial Least Square (PLS) was used to build calibration models in order to assess the potential of polarization spectroscopy through the elements of Muller matrix to predict chemical and physical parameters.

This thesis is focused on the conception, synthesis and characterization of dipolar dyes D-π-A for fluorescence imaging and photoacoustic imaging.The first part aim to synthesize and to study new fluorophores emitting in the solid-state in the near-infrared for fluorescence imaging with two-photon excitation. In order to improve the optical properties in the solid-state, we first explored various electron donating groups D, then acceptors A and finally we modified the π bridge. In a second part, we focused on dyes for photoacoustic imaging. This technique is based on an optical excitation and an acoustic detection. It requires a strong absorption in the biological window. To red shift the absorption we incorporated a thiophene bridge with low aromaticity to increase the delocalization. We also studied several hemicyanines with strong absorption above 650 nm.Finally, dyes were formulated as water-soluble nanoparticles for their final application for imaging. Two types of nanoparticles were studied: nanoprecipitated dyes stabilized by a surfactant to increase the colloidal stability or encapsulated dyes in a amphiphilic polymer matrix stabilized with a silica shell. Those nanoparticles enabled cells imaging with biphotonic florescence imaging as well as photoacoustic imaging of a microfluidic chip and of the microvascularisation of mice ears in vivo.; Cette thèse traite de la conception, la synthèse et la caractérisation de chromophores dipolaires D-π-A pour l’imagerie de fluorescence et l’imagerie photoacoustique.La première partie est consacrée à la synthèse et à l’étude de nouveaux fluorophores émettant à l’état solide dans le proche infrarouge, pour l’imagerie de fluorescence biphotonique. Afin d’améliorer les propriétés optiques à l’état solide, nous avons exploré différentes pistes en modifiant d’abord le groupement D donneur d’électron, puis le groupement A accepteur et enfin le pont π conjugué de nos structures dipolaires.La seconde partie concerne l’imagerie photoacoustique. Cette imagerie, basée sur une excitation optique et une détection acoustique, nécessite une forte absorption dans le proche infrarouge. Une des stratégies pour effectuer ce décalage bathochrome de l’absorption a été incorporation de groupements thiophènes à faible aromaticité, afin d’augmenter la délocalisation du système π. Parallèlement, nous avons aussi étudiés des hémicyanines, présentant de fortes absorptions au-delà de 650 nm.Enfin, les colorants ont été formulés en nanoparticules organiques afin d’acquérir une solubilité aqueuse pour leur application en imagerie. Deux types de nanoparticules ont été étudiés : la nanoprécipitation des colorants en présence d’un agent tensioactif, ainsi que l’encapsulation des colorants dans une matrice polymérique amphiphile stabilisée par une couche de silice. Les meilleurs chromophores ont permis l’acquisition d’images de cellules par microscopie biphotonique ainsi que d’images photoacoustiques de circuits microfluidiques et de la microvascularisation de souris in vivo.

This thesis aims to develop persistent luminescent nanoparticles (NPs) for optical imaging in the deep red and near infrared range. Their use has a clear advantage as the irradiation step can be performed before injection, avoiding tissue stress and other autofluorescence phenomena. The chemical compositions studied are also re-excitable in vivo. We propose an original way of synthesis for the elaboration of “small” ZnGa2O4:Cr3+ NPs. Hydrothermal synthesis assisted by microwave heating followed by a heat treatment is used to obtain the NPs. The extensive characterization of the persistent luminescence properties and of the material’s fine structure showed a direct correlation between luminescence and local cation order in the structure (distribution and distortion of cationic sites). Thus, we have shown the benefits of a heat treatment without sintering on the improvement of luminescence properties. We have also highlighted the enhancement provided by the addition of a codopant such as Bi3+ ions or the modification of the matrix by substituting a part of Ga3+ ions by Ge4+ ions. The optimization limits of this material being reached, doping the matrix with Ni2+ ions to move the persistent luminescence in the near infrared range, opens a new pathway in this research field. Exploiting this new window for optical imaging should allow imaging deeper into tissue with a better signal-to-noise ratio.; Cette thèse porte sur l'élaboration de nanoparticules (NPs) à luminescence persistante pour l'imagerie optique dans le domaine du rouge profond et du proche infrarouge. Leur utilisation présente un avantage indéniable, l'étape d'irradiation pour obtenir l'état excité pouvant être réalisée avant injection, il est possible d'éviter tout stress des tissus et autres phénomènes d'autofluorescence. Dans les compositions chimiques étudiées, elles sont par ailleurs ré-excitables in vivo. Nous présentons une synthèse originale pour l'élaboration de " petites " NPs de ZnGa2O4 :Cr3+ par voie hydrothermale assistée par chauffage micro-onde qui peut être suivi d'un traitement thermique. Les caractérisations avancées des propriétés de luminescence persistante et la structure fine du matériau a montré une corrélation directe entre la luminescence et l'ordre local des cations dans la structure (répartition et distorsion des sites cationiques). Ainsi, nous avons montré l'effet bénéfique d'une calcination sans frittage sur l'amélioration des propriétés de luminescence. Nous avons également mis en évidence le gain apporté par l'ajout d'un codopant comme l'ion Bi3+ ou la modification de la matrice avec la substitution d'une partie des ions Ga3+ par des ions Ge4+. Les limites d'optimisation de ce matériau étant atteinte, une toute nouvelle voie a été ouverte dans cette thématique en dopant la matrice avec des ions Ni2+ pour déplacer la luminescence persistante dans le domaine du proche infrarouge. L'exploitation de cette nouvelle fenêtre pour l'imagerie optique devrait permettre d'imager plus profond dans les tissus avec un meilleur rapport signal/bruit.

This thesis aims to develop persistent luminescent nanoparticles (NPs) for optical imaging in the deep red and near infrared range. Their use has a clear advantage as the irradiation step can be performed before injection, avoiding tissue stress and other autofluorescence phenomena. The chemical compositions studied are also re-excitable in vivo. We propose an original way of synthesis for the elaboration of “small” ZnGa2O4:Cr3+ NPs. Hydrothermal synthesis assisted by microwave heating followed by a heat treatment is used to obtain the NPs. The extensive characterization of the persistent luminescence properties and of the material’s fine structure showed a direct correlation between luminescence and local cation order in the structure (distribution and distortion of cationic sites). Thus, we have shown the benefits of a heat treatment without sintering on the improvement of luminescence properties. We have also highlighted the enhancement provided by the addition of a codopant such as Bi3+ ions or the modification of the matrix by substituting a part of Ga3+ ions by Ge4+ ions. The optimization limits of this material being reached, doping the matrix with Ni2+ ions to move the persistent luminescence in the near infrared range, opens a new pathway in this research field. Exploiting this new window for optical imaging should allow imaging deeper into tissue with a better signal-to-noise ratio.; Cette thèse porte sur l'élaboration de nanoparticules (NPs) à luminescence persistante pour l'imagerie optique dans le domaine du rouge profond et du proche infrarouge. Leur utilisation présente un avantage indéniable, l'étape d'irradiation pour obtenir l'état excité pouvant être réalisée avant injection, il est possible d'éviter tout stress des tissus et autres phénomènes d'autofluorescence. Dans les compositions chimiques étudiées, elles sont par ailleurs ré-excitables in vivo. Nous présentons une synthèse originale pour l'élaboration de " petites " NPs de ZnGa2O4 :Cr3+ par voie hydrothermale assistée par chauffage micro-onde qui peut être suivi d'un traitement thermique. Les caractérisations avancées des propriétés de luminescence persistante et la structure fine du matériau a montré une corrélation directe entre la luminescence et l'ordre local des cations dans la structure (répartition et distorsion des sites cationiques). Ainsi, nous avons montré l'effet bénéfique d'une calcination sans frittage sur l'amélioration des propriétés de luminescence. Nous avons également mis en évidence le gain apporté par l'ajout d'un codopant comme l'ion Bi3+ ou la modification de la matrice avec la substitution d'une partie des ions Ga3+ par des ions Ge4+. Les limites d'optimisation de ce matériau étant atteinte, une toute nouvelle voie a été ouverte dans cette thématique en dopant la matrice avec des ions Ni2+ pour déplacer la luminescence persistante dans le domaine du proche infrarouge. L'exploitation de cette nouvelle fenêtre pour l'imagerie optique devrait permettre d'imager plus profond dans les tissus avec un meilleur rapport signal/bruit.

Nowadays short wavelength infrared (SWIR) imaging based on InP/InGaAs photo-diodes is quite popular for uncooled camera. The state of the art technology is a double layer planar heterointerface focal plane array. But, it remains expensive. Its cost comes essentially from the individually hybridization of photo-diodes array with read-out circuit, by the mean of an indium-bumps flip-chip process. We suggest an alternative method for hybridization, in order to lowering the cost and providing a sustainable process to decrease the pixel pitch. It consists in a direct integration by bonding silica of InP/InGaAs/InP structure above a finished read-out circuit (with CMOS technology) and circular diode architecture named “LoopHoles”. This diode consists in via-hole through the III-V materials and bonding silica layer down to top metal layer in the readout circuit for each active pixel. Via-hole is also used to diffuse laterally zinc in III-V layer in order to create p-type doping area. Because of the read-out circuit, temperature of diffusion has to be below 400°C which induces parasitic phenomena’s. We have found that a Hf02 coating on InP surface prevent this degradation while allowing zinc diffusion. We were able to control depth of p-n junction inside InP and InGaAs. We also investigated few steps of the processes like the molecular bonding, via etching and metallization. Finally, we succeeded to produce LoopHole photodiodes on bulk InP and on bonded materials with a high spectral efficiency, low pitch and a lower dark currant of 150 fA at room temperature.; Les imageurs à base d’alliage InGaAs sur substrat InP se sont fortement popularisés pour l’imagerie dans le proche infrarouge. La méthode de fabrication de référence est constituée d’une matrice de photodiodes planaires réticulées par diffusion localisée de zinc. Cette approche reste chère du fait d’une méthode d’hybridation individuelle entre circuit de lecture CMOS et circuit de détection. Afin de réaliser des imageurs proche infrarouge bas coût ou de grand format, cette méthode d’hybridation doit donc être revisitée. La solution présentée durant cette thèse est de transférer les structures III-V absorbantes directement sur le circuit de lecture par un collage moléculaire direct suivi d’une fabrication collective des matrices de photodiodes. Cette méthode demande le développement d’une nouvelle architecture pour la connexion électrique au circuit de lecture et la formation de diodes. Elle consiste en la réalisation de via de connexion à partir desquels un dopage localisé est réalisé. On forme alors des diodes circulaires autour de chaque via appelées LoopHoles. Ce dopage dont la température ne doit pas dépasser 400°C est réalisé par diffusion MOVPD. Malgré des phénomènes physiques parasites il a été possible de réaliser dans l’InP et l’InGaAs des jonctions p-n adaptées. Les caractéristiques optoélectroniques de groupes de diodes LoopHoles sur substrat InP et sur matériaux reportés ont ainsi pu être mesurées.

Nowadays short wavelength infrared (SWIR) imaging based on InP/InGaAs photo-diodes is quite popular for uncooled camera. The state of the art technology is a double layer planar heterointerface focal plane array. But, it remains expensive. Its cost comes essentially from the individually hybridization of photo-diodes array with read-out circuit, by the mean of an indium-bumps flip-chip process. We suggest an alternative method for hybridization, in order to lowering the cost and providing a sustainable process to decrease the pixel pitch. It consists in a direct integration by bonding silica of InP/InGaAs/InP structure above a finished read-out circuit (with CMOS technology) and circular diode architecture named “LoopHoles”. This diode consists in via-hole through the III-V materials and bonding silica layer down to top metal layer in the readout circuit for each active pixel. Via-hole is also used to diffuse laterally zinc in III-V layer in order to create p-type doping area. Because of the read-out circuit, temperature of diffusion has to be below 400°C which induces parasitic phenomena’s. We have found that a Hf02 coating on InP surface prevent this degradation while allowing zinc diffusion. We were able to control depth of p-n junction inside InP and InGaAs. We also investigated few steps of the processes like the molecular bonding, via etching and metallization. Finally, we succeeded to produce LoopHole photodiodes on bulk InP and on bonded materials with a high spectral efficiency, low pitch and a lower dark currant of 150 fA at room temperature.; Les imageurs à base d’alliage InGaAs sur substrat InP se sont fortement popularisés pour l’imagerie dans le proche infrarouge. La méthode de fabrication de référence est constituée d’une matrice de photodiodes planaires réticulées par diffusion localisée de zinc. Cette approche reste chère du fait d’une méthode d’hybridation individuelle entre circuit de lecture CMOS et circuit de détection. Afin de réaliser des imageurs proche infrarouge bas coût ou de grand format, cette méthode d’hybridation doit donc être revisitée. La solution présentée durant cette thèse est de transférer les structures III-V absorbantes directement sur le circuit de lecture par un collage moléculaire direct suivi d’une fabrication collective des matrices de photodiodes. Cette méthode demande le développement d’une nouvelle architecture pour la connexion électrique au circuit de lecture et la formation de diodes. Elle consiste en la réalisation de via de connexion à partir desquels un dopage localisé est réalisé. On forme alors des diodes circulaires autour de chaque via appelées LoopHoles. Ce dopage dont la température ne doit pas dépasser 400°C est réalisé par diffusion MOVPD. Malgré des phénomènes physiques parasites il a été possible de réaliser dans l’InP et l’InGaAs des jonctions p-n adaptées. Les caractéristiques optoélectroniques de groupes de diodes LoopHoles sur substrat InP et sur matériaux reportés ont ainsi pu être mesurées.

International audience; The potential of multispectral VIS-NIR imaging to discriminate beef meat muscles in relation with their type and animal origin was examined in the present study. Two hundred and forty muscles of three types (Longissimus thoracis, Biceps femoris and Semimembranosus) were obtained from the carcasses of three types of animals, two late-maturing cattle types of animals (Limousin and Blond d'Aquitaine) that grow slowly and deposit more muscles and less fat, compared to one early-maturing cattle types of animals (Angus) which tends to have muscles richer in collagen and in intramuscular fat. Two hundred and forty cube images were collected with nineteen emitting LEDs (405 to 1050 nm) using the Videometer Lab2 device. The image cubes were processed in order to extract image mean spectra and image shape features from co-occurrence and difference of histogram matrices. The results of the PLSDA performed on image texture features and spectral data show a maximum ranging from 63.5 to 83% of good classification depending on the muscle and breed considered. This study demonstrated the promising potential of the VIS-NIR multispectral imager to characterize beef meat muscles based on muscle type and its animal origin.

International audience; The combination of aerial images acquired in the visible and near infrared spectral ranges is particularly relevant for agricultural and environmental survey. In unmanned aerial vehicle (UAV) imagery, such a combination can be achieved using a set of several embedded cameras mounted close to each other, followed by an image registration step. However, due to the different nature of source images, usualregistration techniques based on feature point matching are limited when dealing with blended vegetation and bare soil patterns. Here, another approach is proposed based on i mage spatial frequency analysis. This approach, which relies on the Fourier-Mellin transform, has been adapted to homographic registration and distortion issues. It has been successfully tested on various aerial image sets, and has proved to be particularly robust and accurate, providing a registration error below 0.3 pixels in most cases.

International audience; Visible and Near-infrared (Vis-NIR) spectroscopy is now a common analytical method to measure different physical and chemical properties of soils, including carbon content. However, prediction model accuracy is insufficient for Vis-NIR spectroscopy to replace routine laboratory analysis. One of the main issues of this technique is facing up to is light scattering due to soil particles. It causes departure in the assumed linear relationship between the absorbance spectrum and the concentration of the chemical components as stated by Beer-Lambert's law, which underpins the linear calibration models.Therefore, it is essential to improve the quality of the measured signal in order to optimize the calibration results. Optics can help to mitigate scattering effect on the signal.The aims of this study were to test the feasibility of a new optical setup, names PoLiS, coupling linearly polarized light with a Vis-VNIR (350-800 nm) spectrometer to free the measured spectra from multiscattering effect. The measured signals were used to model the chemical absorbance of the soil samples using Dahm's equation in the frame of the Representative Layer Theory (RLT).The study was conducted using a set of 52 soil samples collected in France (in the French calcareous Prealps) to predict soil total organic carbon (TOC) content. The PoLiS absorbance signal tended to be more linearly related to the concentration of organic carbon, which is an important pre-requisite to perform linear multivariate modeling. In a second step, the PLS models achieved for TOC performed appreciably better than models based on classical reflectance spectra. The standard errors of cross validation decreased from 20.8 to 17.6 g kg−1 and the coefficient of determination R2 improved from 0.82 to 0.87 on ground samples. To compare the added-value of the PoLiS method, we benchmarked the PoLiS prediction models against models built from empirically preprocessed spectra. Again, the PoLiS method showed better performances.This work confirmed that by optical means, it is possible to significantly improve the quality of a spectroscopic signal and as a consequence, improve also the quality of the linear model.

International audience; In the dataset presented in this article, 36 sludge samples were characterized. Rheological parameters were determined and near infrared spectroscopy measurements were realized. In order to assess the potential of near infrared spectroscopy to predict rheological parameters of sludge, Partial Least Square algorithm was used to build calibration models.

International audience; The combination of aerial images acquired in the visible and near infrared spectral ranges is particularly relevant for agricultural and environmental survey. In unmanned aerial vehicle (UAV) imagery, such a combination can be achieved using a set of several embedded cameras mounted close to each other, followed by an image registration step. However, due to the different nature of source images, usualregistration techniques based on feature point matching are limited when dealing with blended vegetation and bare soil patterns. Here, another approach is proposed based on i mage spatial frequency analysis. This approach, which relies on the Fourier-Mellin transform, has been adapted to homographic registration and distortion issues. It has been successfully tested on various aerial image sets, and has proved to be particularly robust and accurate, providing a registration error below 0.3 pixels in most cases.

Adaptive Optics (AO) allows the correction of the atmospheric effects on the images. This technic is today mature in astronomy. However the future systems require more advanced developments to increase sky coverage. In that, recent Avalanche PhotoDiodes (APD) arrays are promising by providing possible low flux wave-front sensing from visible to near infra-red. Other applications are also searching for take advantage of AO, like space observation or free space optical telecommunications. The integration of the ODISSEE AO bench at the OCA provides a sky acces for new concepts validation in many fields.We present in this PhD thesis the approach to calibrate and optimize the bench. We carry out a detailed analysis of error sources from a complete characterization of the system and of its results in operation, supported by a fitted modeling. These works enable guide future bench optimization works, and represent a gain in terms of operability for space observation and telecom, where ODISSEE has an unique status in Europe.In parallel we prepare the implementation of APD array for Wave-Front Sensing (WFS), by studying the RAPID camera. This involves analysing the impact of cosmetic and Fixed Pattern Noise (FPN) propagation on WFSensing in AO. Therefore we propose a FPN modeling and its propagation in AO. These works allow to design an optimize a RAPID wave-front sensor, taking advantage of the major breakthrough of APD arrays for AO.; L’Optique Adaptative (OA) permet de corriger les perturbations de l’atmosphère sur la formation des images au sol. Délicate à mettre en oeuvre en astronomie, des développements sont requis pour les futurs systèmes afin d’augmenter la couverture du ciel. L’avènement des matrices de PhotoDiodes à Avalanche (APD) est en ce sens prometteur, en rendant possible l’analyse de front d’onde faible flux du visible au proche infrarouge. D’autres domaines cherchent également à bénéficier de l’OA, tel que la surveillance de l’espace ou les télécommunications optiques en espace libre. L’intégration du banc d’OA ODISSEE à l’OCA offre un accès au ciel pour valider les nouveaux concepts dans chacun de ces domaines.Nous présentons dans ce mémoire la démarche suivie afin d’étalonner le banc. Une analyse fine des sources d’erreur est réalisée à partir d’une caractérisation complète du système et de ses résultats en fonctionnement, appuyée par une modélisation au préalable recalée. Ces travaux permettent de guider les améliorations futures, et représentent de plus un gain en opérabilité dans les domaines de la surveillance et des télécommunications, où ODISSEE a acquis un statut unique en Europe.Parallèlement, nous préparons la mise en oeuvre en analyse de front d’onde d’un détecteur APD, autour de l’étude de la caméra RAPID. Il s’agit d’étudier l’impact en OA des défauts de cosmétique, et du Bruit Spatial Fixe (BSF). Nous en proposons une modélisation et simulons sa propagation. Ces travaux ouvrent la voie à la conception d’un ASO RAPID optimisé, tirant parti de l’avancée majeure que constitue cette nouvelle génération de détecteur pour l’OA.

Adaptive Optics (AO) allows the correction of the atmospheric effects on the images. This technic is today mature in astronomy. However the future systems require more advanced developments to increase sky coverage. In that, recent Avalanche PhotoDiodes (APD) arrays are promising by providing possible low flux wave-front sensing from visible to near infra-red. Other applications are also searching for take advantage of AO, like space observation or free space optical telecommunications. The integration of the ODISSEE AO bench at the OCA provides a sky acces for new concepts validation in many fields.We present in this PhD thesis the approach to calibrate and optimize the bench. We carry out a detailed analysis of error sources from a complete characterization of the system and of its results in operation, supported by a fitted modeling. These works enable guide future bench optimization works, and represent a gain in terms of operability for space observation and telecom, where ODISSEE has an unique status in Europe.In parallel we prepare the implementation of APD array for Wave-Front Sensing (WFS), by studying the RAPID camera. This involves analysing the impact of cosmetic and Fixed Pattern Noise (FPN) propagation on WFSensing in AO. Therefore we propose a FPN modeling and its propagation in AO. These works allow to design an optimize a RAPID wave-front sensor, taking advantage of the major breakthrough of APD arrays for AO., L’Optique Adaptative (OA) permet de corriger les perturbations de l’atmosphère sur la formation des images au sol. Délicate à mettre en oeuvre en astronomie, des développements sont requis pour les futurs systèmes afin d’augmenter la couverture du ciel. L’avènement des matrices de PhotoDiodes à Avalanche (APD) est en ce sens prometteur, en rendant possible l’analyse de front d’onde faible flux du visible au proche infrarouge. D’autres domaines cherchent également à bénéficier de l’OA, tel que la surveillance de l’espace ou les télécommunications optiques en espace libre. L’intégration du banc d’OA ODISSEE à l’OCA offre un accès au ciel pour valider les nouveaux concepts dans chacun de ces domaines.Nous présentons dans ce mémoire la démarche suivie afin d’étalonner le banc. Une analyse fine des sources d’erreur est réalisée à partir d’une caractérisation complète du système et de ses résultats en fonctionnement, appuyée par une modélisation au préalable recalée. Ces travaux permettent de guider les améliorations futures, et représentent de plus un gain en opérabilité dans les domaines de la surveillance et des télécommunications, où ODISSEE a acquis un statut unique en Europe.Parallèlement, nous préparons la mise en oeuvre en analyse de front d’onde d’un détecteur APD, autour de l’étude de la caméra RAPID. Il s’agit d’étudier l’impact en OA des défauts de cosmétique, et du Bruit Spatial Fixe (BSF). Nous en proposons une modélisation et simulons sa propagation. Ces travaux ouvrent la voie à la conception d’un ASO RAPID optimisé, tirant parti de l’avancée majeure que constitue cette nouvelle génération de détecteur pour l’OA.

International audience; Hyperspectral imaging has become an interesting non-destructive way to spatially characterize various materials such as vegetation. Because several leaf biochemical compounds affect the visible and near-infrared reflectance, they can potentially be retrieved from the measured spectral profile. At leaf scale, usual methods are either statistically- or physically-based. On the one hand, statistical methods aim at extracting a statistical relationship between spectral data and targeted variable(s), thus potentially requiring the construction of a large calibration database to get to an acceptable robustness. On the other hand, physically-based methods use the knowledge of leaf optical properties to retrieve the targeted variables without any calibration. Although being highly effective in ideal laboratory conditions, these methods do not scale well to the close range remote sensing case because they require the signal to be measured in every direction using an integrating sphere. In this study, we propose an improvement of a physically -based model that overcomes the need for multi-angle measurements. This model is then applied to the retrieval of water and dry matter contents from NIR hyperspectral images. This method is based on the PROSPECT radiative transfer model that has been much used to characterize the relationship between the directional-hemispherical reflectance of monocotyledon and dicotyledon species and their biochemical content at leaf level. However, because PROSPECT simulates the sum of both specular and diffuse reflected fluxes over the whole hemisphere, it cannot directly be applied to hyperspectral images of leaves. Using a single light source assumed to be directional, we show that adding two parameters to the PROSPECT model enables the model to be used with hyperspectral measurements. The first parameter is a multiplicative term that is related to local leaf angle and illumination zenith angle. The second parameter is an additive specular-related term that models surface bidirectional effects. The resulting enhanced PROSPECT-based model can therefore be inverted from hyperspectral measurements to retrieve the foliar content, surface effects and leaf local topography. We tested this method on seven leaf species with images acquired in laboratory using a SWIR (1-2.5 µm) hyperspectral camera. Each leaf was imaged in three positions corresponding to average incident angles of 10°, 30° and 50°. Lighting was provided by a collimated halogen source positioned close to the camera. After each image acquisition, water and dry matter contents were evaluated using destructive measurements as these PROSPECT variables have the greatest influence on reflectance in this spectral range. When tested on horizontal leaves, our model accurately retrieved water (R²=0.98,RMSE=24%) and dry matter (R²=0.85,RMSE=16%) contents. Results obtained with both flat and tilted leaves did not show significant decrease in performance, either for water (R²=0.95,RMSE=28%) or dry matter (R²=0.84,RMSE=17%) contents. These results were better than those obtained with PROSPECT alone, i.e., R²=0.79 and RMSE=28% for water content, and R²=0.67 and RMSE=26% for dry matter content. In addition, the estimated spatial distribution of model parameters was clearly not affected by variable surface effects and leaf local topography, thus proving the relevance of the proposed model for hyperspectral imaging compared to original PROSPECT.

International audience; Most methods for retrieving foliar content from hyperspectral data are well adapted either to remote-sensing scale, for which each spectral measurement has a spatial resolution ranging from a few dozen centimeters to a few hundred meters, or to leaf scale, for which an integrating sphere is required to collect the spectral data. In this study, we present a method for estimating leaf optical properties from hyperspectral images having a spatial resolution of a few millimeters or centimeters. In presence of a single light source assumed to be directional, it is shown that leaf hyperspectral measurements can be related to the directional hemispherical reflectance simulated by the PROSPECT radiative transfer model using two other parameters. The first one is a multiplicative term that is related to local leaf angle and illumination zenith angle. The second parameter is an additive specular-related term that models BRDF effects.Our model was tested on visible and near infrared hyperspectral images of leaves of various species, that were acquired under laboratory conditions. Introducing these two additional parameters into the inversion scheme leads to improved estimation results of PROSPECT parameters when compared to original PROSPECT. In particular, the RMSE for local chlorophyll content estimation was reduced by 21% (resp. 32%) when tested on leaves placed in horizontal (resp. sloping) position. Furthermore, inverting this model provides interesting information on local leaf angle, which is a crucial parameter in classical remote-sensing.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Une dispersion solide obtenue par extrusion à chaud suscite des questions portant sur : Les possibles modifications chimiques ou morphologiques engendrées sur le produit fini L'homogénéité du mélange obtenu La teneur en humidité ou la présence et en quelles concentrations d'impuretés Les interactions ou modifications générées par le procédé Les techniques de spectroscopie comme le Proche infrarouge ou le Raman permettent en ligne ou à côté de façon non destructive et sans danger de mieux comprendre le procédé en temps réel et au travers de multiples mesures faites dans la filière. Le Proche infrarouge révèle l'impact des différents paramètres de l'extrusion en ligne et donne une information essentielle pour le déploiement (scale up). Il permet de quantifier et suivre chimiquement et physiquement tous les composants détectables par cette technique. Le Raman complète l'approche par sa capacité à imager sur des coupes la distribution des différents constituants.

International audience; In the context of the RHEA European project addressing site-specific weeding on arable crops, a complete aerial image acquisition chain has been developed, providing a geo-referenced multispectral image of a total parcel with 1 cm spatial resolution. Robust automatic ground control point detection and near infrared - visible sensor image registration modules have been implemented and associated with the MicMac photogrammetric software suite to provide a fully automatized mosaicking procedure. This procedure has been successfully applied on various maize and wheat crops for weed patch detection, but could be extended to other precision agriculture applications, especially those requiring a very high spatial resolution.

International audience; In the context of the RHEA European project addressing site-specific weeding on arable crops, a complete aerial image acquisition chain has been developed, providing a geo-referenced multispectral image of a total parcel with 1 cm spatial resolution. Robust automatic ground control point detection and near infrared - visible sensor image registration modules have been implemented and associated with the MicMac photogrammetric software suite to provide a fully automatized mosaicking procedure. This procedure has been successfully applied on various maize and wheat crops for weed patch detection, but could be extended to other precision agriculture applications, especially those requiring a very high spatial resolution.

International audience; Sugar beet is the second biggest world contributor to sugar production and the only one grown in Europe. Great efforts are currently being made to preserve and enhance its competitiveness. Within this context, one of the main bottlenecks identified is the lack of effective tools for assessing sugar content in unprocessed sugar beet roots. In the sugar industry, NIRS has been long used to monitor product quality on sugar processing lines in both sugar beet and cane industrial processes. The main work have been performed on beet brei although some authors studied the feasability of predicting sucrose content of intact and sliced beets. The results are of very good quality, however the beet peel is still a real problem to acquire signals of sufficient quality. Optical fibers are an essential component for remote optical measurements and have been extensively used to deliver and collect light in optical setups. By invasive but non destructive measurement, the fiber-optic probe could be an effective tools for rapid assessment of sugar content of intact beets and deal with the problem caused by the presence of beet peel. The objective of this work is to evaluate the use of a self-designed fiber-optic probe for the estimation of Soluble Solid Content (SSC) in intact sugar beets. Two geometries were tested : a single-fiber probe and a multiple-fiber probe. The impact of different components of the probe were analyzed, such as fiber diameter, distance between illumination and collection fiber in order to optimize optical setup of the probe. Total reflectance over the [400-2500 nm] spectral range, of 180 sugar beet samples, were measured with the two probes. Immediately after spectrum acquisition, Soluble Solids Content measurements were achieved for each sample. Partial Least Square (PLS) algorithm was used to calibrate the SSC estimation of the sugar beets With the single-fiber probes and for the two tested diameters, the results were not satisfactory. The better correlation coefficient and the ratio of sample standard deviation to standard error of prediction are respectively equal to 0.757 and 2.02. For this configuration, the measured signal is mainly composed by the specularly reflected light, which overlaps and therefore masks the information related to chemical absorbance of SSC. On the contrary, Partial Least Squares regression (PLSr) models showed good performance in the estimation of SSC with the multiple-fiber probes. For two different positions of the collecting fiber, results showed good correlation between SSC and reflectance spectra for intact sugar beets, with a correlation coefficient higher than 0.90 and a ratio of sample standard deviation to standard error of prediction higher than 3.30. These first results are very promising. However, further improvement are needed in order to achieve a satisfactory accuracy: •optimization of the distance between emitting and collecting fiber, •reducing the multiple scattering using several preatraitements, •increasing the number of samples in order to increase the robustness of the models.

International audience; Near-infrared spectroscopy (NIRS) is a powerful non-destructive analytical method used to analyze major compounds in bulk materials and products and requiring no sample preparation. It is widely used in routine analysis and also in line in industries, in vivo with biomedical applications, or in field for agricultural and environmental applications. However, highly scattering samples subvert Beer-Lambert law's linear relationship between spectral absorbance and the concentration. Instead of spectral pre-processing, which is commonly used by NIR spectroscopists to mitigate the scattering effect, we put forward an optical method, i.e., coupling polarized light with NIR spectrometry, to free spectra from scattering effect. This should allow us to retrieve linear and steady conditions for spectral analysis. When tested in visible-NIR (Vis-NIR) range (400-800 nm) on model media, mixtures of scattering and absorbing particles, the setup provided significant improvements in absorber concentration estimation precision as well as in the quality and robustness of the calibration model.

Ces dernières années, la spectroscopie dans le proche infrarouge et la spectroscopie de fluorescence ont fait preuve d’une efficacité remarquable pour l’obtention d’estimations rapides et précises des paramètres de qualité des produits agricoles. Cette synthèse fait le point de l’état des connaissances sur l’application de ces technologies pour l’estimation de la qualité de la viande et des produits carnés. Un bref rappel des fondements théoriques des techniques est d’abord exposé. Les possibilités actuelles de leur application analytique aux différents paramètres de la qualité de la viande sont ensuite décrites. Les deux techniques montrent un grand potentiel pour la prédiction des composants du muscle et la détermination des différents paramètres de la qualité de la viande. Cependant, malgré l’important effort de recherche réalisé jusqu’à présent sur le sujet, la plupart des résultats montrent que leur utilisation pratique reste encore limitée. Les causes de ces performances sont décrites. Les résultats de l’utilisation de la spectroscopie dans le proche infrarouge dans une optique de traçabilité sont plus prometteurs. Cette technologie peut être utilisée pour détecter différentes types de viande entrant dans la composition des produits carnés, différencier la viande fraiche de la viande décongelée ou pour authentifier l’alimentation des animaux., In recent years, near infrared reflectance spectroscopy and fluorescence spectroscopy have proved to be very efficient and advanced techniques for monitoring the quality attributes of agricultural products. The present review gives an overview on the state of knowledge of the use of these technologies for the estimation of the quality of meat and meat products. Firstly, the principles of both techniques are presented, and the actual possibilities of their analytical applications for estimating the attributes of meat quality are described. Both techniques show a great potential to predict the muscle composition and meat quality. However, in spite of the great research effort performed, their application in practice is still limited. The causes of these performances are discussed. Otherwise, near infrared reflectance use for traceability is more advanced. The results seem very promising when this technique is used for detecting different meat types in the composition of meat products, for discriminating fresh from frozen-thawed meat or for the authentication of animal feeding.

Mass loss of evolved stars is still largely mysterious, despite its importance as the main evolution engine for the chemical composition of the interstellar medium. For red supergiants (RSG), the triggering of the outflow and the mechanism of dust condensation remain unknown. Concerning red giant stars, we still do not know how their mass loss is able to form a bipolar planetary nebula.During my PhD thesis, I observed evolved stars with high angular resolution techniques. They allowed us to study the surface and the close environment of these stars, from where mass loss originates. With near-infrared interferometric observations, I characterized the water vapor and carbon monoxide envelope of the nearby RSG Betelgeuse. I also monitored a hot spot on its surface and analyzed the structure of its convection, as well as that of Antares (another very nearby supergiant) thanks to radiative hydrodynamical simulations. Diffraction-limited imaging techniques (near-infrared adaptive optics, ultraviolet space telescope) allowed me to observe the evolution of inhomogeneities in the circumstellar envelope of Betelgeuse and to discover a circumstellar disk around L2 Puppis, an asymptotic giant branch star.These multi-scale and multi-wavelength observations obtained at several epochs allowed us to monitor the evolution of the structures and to derive information on the dynamics of the stellar environment. With a wider stellar sample expected in the next few years, this observing program will allow a better understanding of the mass loss of evolved stars.; Les mécanismes physiques de la perte de masse des étoiles évoluées sont encore largement inconnus. Ce processus essentiel est pourtant le moteur principal de l'évolution chimique du milieu interstellaire. Pour les supergéantes rouges (SGR), le déclenchement de l'éjection de la matière et les mécanismes de condensation de la poussière demeurent mal compris. La façon dont les géantes rouges parviennent à former des nébuleuses planétaires non-sphériques est aussi inconnue.Au cours de ma thèse j'ai étudié des étoiles évoluées grâce à des techniques de haute résolution angulaire permettant de détailler leur surface et leur environnement proche où se trouve l'origine de la perte de masse. À partir d'observations interférométriques en infrarouge (IR), j'ai caractérisé l'enveloppe de vapeur d'eau et de monoxyde de carbone de la SGR Bételgeuse. J'ai également suivi l'évolution d'un point chaud à sa surface et analysé la structure de sa convection ainsi que celle d'Antarès (une autre SGR très proche) grâce à des simulations hydrodynamiques radiatives. L'imagerie à la limite de diffraction (optique adaptative en IR, télescope spatial en ultraviolet) m'a permis d'étudier l'évolution des inhomogénéités de l'enveloppe circumstellaire de Bételgeuse et découvrir un disque circumstellaire autour de L2 Puppis, une étoile de la branche asymptotique des géantes.Ces observations multi-longueurs d'onde, répétées à plusieurs époques, m'ont permis d'initier un suivi temporel et d'apporter des informations sur la dynamique en jeu. Renouvelé sur un plus grand échantillon d'étoiles dans les années à venir, ce programme permettra de mieux appréhender la perte de masse des étoiles évoluées.

Mass loss of evolved stars is still largely mysterious, despite its importance as the main evolution engine for the chemical composition of the interstellar medium. For red supergiants (RSG), the triggering of the outflow and the mechanism of dust condensation remain unknown. Concerning red giant stars, we still do not know how their mass loss is able to form a bipolar planetary nebula. During my PhD thesis, I observed evolved stars with high angular resolution techniques. They allowed us to study the surface and the close environment of these stars, from where mass loss originates. With near-Infrared interferometric observations, I characterized the water vapor and carbon monoxide envelope of the nearby RSG Betelgeuse. I also monitored a hot spot on its surface and analyzed the structure of its convection, as well as that of Antares (another very nearby supergiant) thanks to radiative hydrodynamical simulations. Diffraction-Limited imaging techniques (near-Infrared adaptive optics, ultraviolet space telescope) allowed me to observe the evolution of inhomogeneities in the circumstellar envelope of Betelgeuse and to discover a circumstellar disk around L2 Puppis, an asymptotic giant branch star. These multi-Scale and multi-Wavelength observations obtained at several epochs allowed us to monitor the evolution of the structures and to derive information on the dynamics of the stellar environment. With a wider stellar sample expected in the next few years, this observing program will allow a better understanding of the mass loss of evolved stars., Les mécanismes physiques de la perte de masse des étoiles évoluées sont encore largement inconnus. Ce processus essentiel est pourtant le moteur principal de l'évolution chimique du milieu interstellaire. Pour les supergéantes rouges (SGR), le déclenchement de l'éjection de la matière et les mécanismes de condensation de la poussière demeurent mal compris. La façon dont les géantes rouges parviennent à former des nébuleuses planétaires non-Sphériques est aussi inconnue. Au cours de ma thèse j'ai étudié des étoiles évoluées grâce à des techniques de haute résolution angulaire permettant de détailler leur surface et leur environnement proche où se trouve l'origine de la perte de masse. À partir d'observations interférométriques en infrarouge (IR), j'ai caractérisé l'enveloppe de vapeur d'eau et de monoxyde de carbone de la SGR Bételgeuse. J'ai également suivi l'évolution d'un point chaud à sa surface et analysé la structure de sa convection ainsi que celle d'Antarès (une autre SGR très proche) grâce à des simulations hydrodynamiques radiatives. L'imagerie à la limite de diffraction (optique adaptative en IR, télescope spatial en ultraviolet) m'a permis d'étudier l'évolution des inhomogénéités de l'enveloppe circumstellaire de Bételgeuse et découvrir un disque circumstellaire autour de L2 Puppis, une étoile de la branche asymptotique des géantes. Ces observations multi-Longueurs d'onde, répétées à plusieurs époques, m'ont permis d'initier un suivi temporel et d'apporter des informations sur la dynamique en jeu. Renouvelé sur un plus grand échantillon d'étoiles dans les années à venir, ce programme permettra de mieux appréhender la perte de masse des étoiles évoluées.

International audience; NIR Spectroscopy ability was investigated to assess the fruit structure effect (passion fruit, tomato and apricot) on prediction performance of soluble solids content (SSC) and titratable acidity (TA). Relationships between spectral wavelengths and SSC and TA were evaluated through the application of chemometric techniques based on partial least squares (PLS). Good prediction performance was obtained for apricot with correlation coefficients of 0.93 and 0.95 for SSC and TA and root mean square errors of prediction (RMSEP%) of 3.3% and 14.2%, respectively. For the passion fruit and tomato, the prediction models were not satisfactorily accurate due to the high RMSEP. Results showed that NIR technology can be used to evaluate apricot internal quality, however, it was not appropriate to evaluate internal quality in fruits with thick skin, (passion fruit), and/or heterogeneous internal structure (tomato).

16th International Conference on Near Infrared Spectroscopy, La Grande-Motte, FRA, 02-/06/2013 - 07/06/2013; International audience; The objective of this study was to evaluate the potential of proximal hyperspectral imaging to (i) calibrate a model to predict soil respiration under controlled conditions, and (ii) to determine both spatial and temporal variations in soil respiration at a hundreds of micrometer scale. Calibration models based on spectra and respiration measured on standards were built then applied on hyperspectral images acquired on soil mesocosms (400 cm²), in order to predict their respiration pixel by pixel (0.2 mm²). The quality of the models was acceptable but their application to produce prediction maps faced some technical problems due to hyperspectral technology.

The Clement Ader Institute of Albi and the von Karman Institute followsince numerous years works about IR radiometry with the aim to do quantitativethermography (true temperature measurement without contact). These works allowedto explore potentiality several spectral bands :8-12µm, 3-5µm and recently the0.75-1.7µm band (near IR) with the help of CCD camera (Si) or VisGaAs camera.Studies done in this specific domain have underlined some perturbations emphasizedat high-temperature (T>800◦C). This work has to deal in details with thetreatment of parameters playing a role in camera measurements. The first of theseparameters is the emissivity, this treatment is made in another thesis. The secondparameter affects particularly the hot spot location and the spatial distortion. Thisperturbation comes from convective effect present around every hot objects.Thepurpose of this thesis is to analyze this effect and to correct it. Indeed, when a hotobject is in a colder surrounding media, a temperature gradient is shaped aroundthe object and thus a refractive index gradient too. This phenomena brings inevitablydistortions of the spatial information received by the camera. The goal of thiswork will be to estimate and correct error made on temperature and/or distortionmeasurement by CCD or VisGaAs camera on hot object.We chose to focus our workon the convective plume created by a hot horizontal disk. This study will be donewith an experimental and a numerical approach. For the numerical approach, a raytracingcode has been developed in order to obtain numerically the displacementdue to the light deviation occurring in the perturbation. The input data of the codeis the refractive index of the hot air present around the object. This refractive index,depending on the wavelength, can be found directly from the temperature thanksto the Gladstone-Dale law. The temperature is given by a CFD software such asFLUENT. Experimentally, we will use the Background Oriented Schlieren (BOS)method in order to retrieve the displacement. We can see that the displacement canreach 4 pixels in the plume (corresponding to 1mm in this case). This perturbationhas been studied for several spectral bands (visible, near infrared, infrared). Finally,some solutions of correction are given, like using the inverse Abel Transformin order to retrieve from the 2D displacement, a 3D (axisymmetric) refractive indexfield that we will implement in the ray-tracing code and consequently predict thedisplacement for any kind of wavelength or distance (distance between the cameraand the object)./L’Institut Clément Ader Albi (ICAA) et l’Institut von Karman (IVK)mènent depuis un certain nombre d’années des travaux sur la radiométrie IR dansle but de faire de la thermographie quantitative (mesure de température vraie sanscontact). Ces travaux ont permis d’explorer les potentialités de plusieurs bandesspectrales :8-12µm, 3-5µm et plus récemment la bande 0,75-1,7µm (proche IR) àl’aide de caméras CCD (Si) ou VisGaAs. Les travaux effectués dans ce domainespectral ont permis de mettre en évidence un certains nombre de perturbationsrenforcées par les hautes températures (T>800◦C). Cette thèse aborde de façon détailléele traitement d’un certain nombre de grandeurs d’influence liées à la mesurede différents paramètres dans le domaine du proche IR mais également étendus auxdomaines du visible et de l’IR. La première de ces grandeurs est l’émissivité dont letraitement a déjà été abordé par d’autres études. La seconde grandeur d’influencetouche plus particulièrement à la localisation des points chauds sur l’objet et la distorsiondu champ de température apportée par les effets convectifs présents autourd’un objet à haute température, elle est le coeur de cette thèse. En effet, lorsqu’unepièce chaude se trouve dans un milieu ambiant beaucoup plus froid, il se crée ungradient de température et donc d’indice de réfraction autour de la pièce. Or lescaméras travaillant dans les différentes bandes spectrales vont être plus ou moinssensibles à ces variations d’indices de réfraction du fait de la dépendance de l’indiceoptique avec la longueur d’onde et de la résolution spatiale de la caméra utilisée.Ce phénomène, appelé effet mirage, entraîne inévitablement une déformation desinformations spatiales reçues par la caméra. Le but de cette thèse a donc été d’estimeret de proposer une première approche pour corriger l’erreur faite sur la mesurede température et/ou de déformation faites par caméras sur des pièces chaudes.La démarche générale du travail a donc été dans un premier temps de calculer lechamp de température autour de l’objet considéré en se ramenant d’abord à des cassimplifiés. On en a déduit alors le champ de réfraction entraînant une « déformation» de l’objet, en faisant le lien entre T et n. Cette étape correspond à l’approchenumérique de notre étude. Cette étape numérique a été réalisé à l’aide d’un outil delancer de rayons développée à l’ICA. L’approche expérimentale a consisté à l’utilisationde méthodes telle que la BOS (Background Oriented Schlieren), la PIV,la srtioscopie afin de déduire le champ de déplacements provoqué par le panacheconvectif. Ces résultats ont été comparés à la méthode numérique et ceci pour différenteslongueurs d’ondes. Enfin, une stratégie de correction d’images perturbéesa été abordé à l’aide de méthodes telles que la transformée d’Abel inverse afin deremonter au champ d’indice de réfraction 2D axisymétrique à partir d’une déformationplane., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’Institut Clément Ader Albi (ICAA) et l’Institut von Karman (IVK) mènent depuis un certain nombre d’années des travaux sur la radiométrie IR dans le but de faire de la thermographie quantitative (mesure de température vraie sans contact). Ces travaux ont permis d’explorer les potentialités de plusieurs bandes spectrales : 8-12µm, 3-5µm et plus récemment la bande 0,75-1,7µm (proche IR) à l’aide de caméras CCD (Si) ou VisGaAs. Les travaux effectués dans ce domaine spectral ont permis de mettre en évidence un certains nombre de perturbations renforcées par les hautes températures(T>800°C). Cette thèse aborde de façon détaillée le traitement d’un certain nombre de grandeurs d’influence liées à la mesure de différents paramètres dans le domaine du proche IR mais également étendus aux domaines du visible et de l’IR. La première de ces grandeurs est l’émissivité dont le traitement a déjà été abordé par d’autres études. La seconde grandeur d’influence touche plus particulièrement à la localisation des points chauds sur l’objet et la distorsion du champ de température apportée par les effets convectifs présents autour d’un objet à haute température, elle est le coeur de cette thèse. En effet, lorsqu’une pièce chaude se trouve dans un milieu ambiant beaucoup plus froid, il se crée un gradient de température et donc d’indice de réfraction autour de la pièce. Or les caméras travaillant dans les différentes bandes spectrales vont être plus ou moins sensibles à ces variations d’indices de réfraction du fait de la dépendance de l’indice optique avec la longueur d’onde et de la résolution spatiale de la caméra utilisée. Ce phénomène, appelé effet mirage, entraîne inévitablement une déformation des informations spatiales reçues par la caméra. Le but de cette thèse a donc été d’estimer et de proposer une première approche pour corriger l’erreur faite sur la mesure de température et/ou de déformation faites par caméras sur des pièces chaudes. La démarche générale du travail a donc été dans un premier temps de calculer le champ de température autour de l’objet considéré en se ramenant d’abord à des cas simplifiés. On en a déduit alors le champ de réfraction entraînant une « déformation » de l’objet, en faisant le lien entre T et n. Cette étape correspond à l’approche numérique de notre étude. Cette étape numérique a été réalisé à l’aide d’un outil de lancer de rayons développée à l’ICA. L’approche expérimentale a consisté à l’utilisation de méthodes telle que la BOS (Background Oriented Schlieren), la PIV, la srtioscopie afin de déduire le champ de déplacements provoqué par le panache convectif. Ces résultats ont été comparés à la méthode numérique et ceci pour différentes longueurs d’ondes. Enfin, une stratégie de correction d’images perturbées a été abordé à l’aide de méthodes telles que la transformée d’Abel inverse afin de remonter au champ d’indice de réfraction 2D axisymétrique à partir d’une déformation plane.

Colloidal semiconductor nanocrystals present unique optical properties which depend on their size, shape and composition. It is therefore crucial to be able to precisely control these parameters during their synthesis. Here we present the synthesis and the optical properties of two kinds of core/shell heterostructures composed of II-VI and I-III-VI semiconductors. First we show that we can grow a flat CdS shell around spherical CdSe cores to obtain dot-in-plate nanocrystals. The lattice mismatch between the two materials, together with the anisotropic shape, induces a large splitting in the fine structure of the first exciton peak. Consequently, the emission narrows and becomes 2D-polarized, in the plane of the plate. This latter property is amplified by the dielectric effect due to the anisotropic shape of the nanocrystal and is verified by polarization measurements in ensemble and at the single nanocrystal level. Moreover, the dot-in-plate nanocrystals deposit spontaneously flat on substrates which provide a fine control of the emission dipole orientation. We then present the optical properties of CuInS2 and CuInSe2 nanocrystals. Their small bandgaps allow reaching near-infrared excitation and emission wavelengths. In addition, they do not contain any toxic heavy metal ions like Cd or Pb. The growth of a small ZnS shell around these nanocrystals greatly improves their emission properties and photostability after water solubilization. We further demonstrate their use for small animal in vivo imaging.; Dans cette thèse, nous nous intéressons aux propriétés de fluorescence de nanocristaux colloïdaux de semi-conducteurs composés d'un cœur entouré d'une coque. Ces hétéro-structures possèdent des propriétés optiques qui dépendent de leur taille, de leur forme et de leur composition. Il est donc essentiel de pouvoir les synthétiser en contrôlant précisément ces paramètres. Dans ce manuscrit nous présentons la synthèse et les caractérisations structurales et optiques de nanocristaux de semi-conducteurs II-VI et I-III-VI. Tout d'abord, nous montrons qu'il est possible de faire croître une coque plate de CdS sur des cœurs sphériques de CdSe. La différence de paramètre de maille entre les deux matériaux et la géométrie de la coque induisent des effets de pression anisotrope qui modifient la structure fine du premier exciton. Par conséquent, l'émission de ces nanocristaux s'affine et devient polarisée à 2D dans le plan de la coque plate. Cette dernière propriété, amplifiée par des effets diélectriques liés à la forme du nanocristal, est vérifiée par différentes mesures de polarisation. De plus, ces nanocristaux s'orientent spontanément sur substrat, ce qui permet un contrôle fin de l'orientation du dipôle d'émission. Ensuite, nous présentons la synthèse et les propriétés de nanocristaux émettant dans le proche infrarouge et composés d'éléments moins toxiques que ceux usuellement utilisés dans cette gamme : CuInS2 et CuInSe2. Ces nanocristaux à composition ternaire sont recouverts d'une fine coque de ZnS pour préserver leur fluorescence après solubilisation en milieu aqueux. Nous montrons que ces sondes fluorescentes peuvent être utilisées pour l'imagerie in vivo du petit animal.

Colloidal semiconductor nanocrystals present unique optical properties which depend on their size, shape and composition. It is therefore crucial to be able to precisely control these parameters during their synthesis. Here we present the synthesis and the optical properties of two kinds of core/shell heterostructures composed of II-VI and I-III-VI semiconductors. First we show that we can grow a flat CdS shell around spherical CdSe cores to obtain dot-in-plate nanocrystals. The lattice mismatch between the two materials, together with the anisotropic shape, induces a large splitting in the fine structure of the first exciton peak. Consequently, the emission narrows and becomes 2D-polarized, in the plane of the plate. This latter property is amplified by the dielectric effect due to the anisotropic shape of the nanocrystal and is verified by polarization measurements in ensemble and at the single nanocrystal level. Moreover, the dot-in-plate nanocrystals deposit spontaneously flat on substrates which provide a fine control of the emission dipole orientation. We then present the optical properties of CuInS2 and CuInSe2 nanocrystals. Their small bandgaps allow reaching near-infrared excitation and emission wavelengths. In addition, they do not contain any toxic heavy metal ions like Cd or Pb. The growth of a small ZnS shell around these nanocrystals greatly improves their emission properties and photostability after water solubilization. We further demonstrate their use for small animal in vivo imaging.; Dans cette thèse, nous nous intéressons aux propriétés de fluorescence de nanocristaux colloïdaux de semi-conducteurs composés d'un cœur entouré d'une coque. Ces hétéro-structures possèdent des propriétés optiques qui dépendent de leur taille, de leur forme et de leur composition. Il est donc essentiel de pouvoir les synthétiser en contrôlant précisément ces paramètres. Dans ce manuscrit nous présentons la synthèse et les caractérisations structurales et optiques de nanocristaux de semi-conducteurs II-VI et I-III-VI. Tout d'abord, nous montrons qu'il est possible de faire croître une coque plate de CdS sur des cœurs sphériques de CdSe. La différence de paramètre de maille entre les deux matériaux et la géométrie de la coque induisent des effets de pression anisotrope qui modifient la structure fine du premier exciton. Par conséquent, l'émission de ces nanocristaux s'affine et devient polarisée à 2D dans le plan de la coque plate. Cette dernière propriété, amplifiée par des effets diélectriques liés à la forme du nanocristal, est vérifiée par différentes mesures de polarisation. De plus, ces nanocristaux s'orientent spontanément sur substrat, ce qui permet un contrôle fin de l'orientation du dipôle d'émission. Ensuite, nous présentons la synthèse et les propriétés de nanocristaux émettant dans le proche infrarouge et composés d'éléments moins toxiques que ceux usuellement utilisés dans cette gamme : CuInS2 et CuInSe2. Ces nanocristaux à composition ternaire sont recouverts d'une fine coque de ZnS pour préserver leur fluorescence après solubilisation en milieu aqueux. Nous montrons que ces sondes fluorescentes peuvent être utilisées pour l'imagerie in vivo du petit animal.

On account of the ubiquity of nitrogen heterocycles and their biological properties, the great attention is paid to developing methodologies of their synthesis and functionalization. For this purpose, the study of functionalization of enamides constitutes an important topic due to the utility of these motifs in the construction of complex heterocyclic derivatives. Palladium-catalyzed reactions of cross-coupling are rapid and efficient methods of choice for synthesis of enamides particularly starting from enol phosphates derived from lactams, imides or amides.The first chapter of the thesis evokes the original C-P coupling reaction of chiral and achiral secondary phosphine boranes with different enol phosphates in mild reaction conditions, leading to corresponding enamido-phosphine boranes. This methodology permits the construction of libraries of novels phosphines. Also, the reaction of nucleophilic addition of phosphide anions onto various enecarbamates acyclic was elaborated, giving an access to original beta-phosphino alpha-amino acids, bearing the quaternary carbon on alpha position to nitrogen.The second chapter is devoted to the preparation and characterization of organic chromophores based on the pyrazinic core, which are likely to exhibit the fluorescence properties. These compounds were designed to form new sensitizing systems for lanthanide cations and could be used as organic sensitizers for molecular imaging in near infrared.; En raison de l’omniprésence des hétérocycles azotés et de leurs propriétés biologiques, une attention particulière est accordée au développement de méthodologie pour leur synthèse et leur fonctionnalisation. L’étude de la fonctionnalisation d’énamides constitue une thématique importante car ces motifs s’avèrent être des outils synthétiques polyvalents permettant d’accéder à des dérivés hétérocycliques complexes. Les réactions de couplage Pd-catalysées constituent une méthode de choix rapide et efficace pour la synthèse d'énamides, notamment à partir de phosphates d'énols issus de lactames, d’imides ou d’amides. Le premier chapitre de ce travail porte sur le couplage organopalladié C-P de phosphines boranes secondaires chirales ou achirales avec des phosphates d’énols. Ce couplage C-P original, réalisé dans des conditions douces, conduit aux énamido-phosphines boranes correspondantes et offre de nombreuses possibilités pour la constitution d’une librairie de phosphines originales. Parallèlement à ce travail, l’addition nucléophile d’anions phosphures sur divers ène-carbamates acycliques conduit à des acides alpha-aminés béta-phosphorés originaux, porteurs d’un carbone quaternaire en alpha de l’azote. Le deuxième chapitre de la thèse porte sur la préparation et la caractérisation de chromophores organiques originaux basés sur un noyau pyrazinique et qui sont susceptibles de présenter des propriétés de fluorescence. Ces composés sont conçus pour former des nouveaux systèmes sensibilisateurs de cations de lanthanides, et être utilisés comme sensibilisateurs organiques pour l'imagerie moléculaire dans le proche infrarouge.

On account of the ubiquity of nitrogen heterocycles and their biological properties, the great attention is paid to developing methodologies of their synthesis and functionalization. For this purpose, the study of functionalization of enamides constitutes an important topic due to the utility of these motifs in the construction of complex heterocyclic derivatives. Palladium-catalyzed reactions of cross-coupling are rapid and efficient methods of choice for synthesis of enamides particularly starting from enol phosphates derived from lactams, imides or amides.The first chapter of the thesis evokes the original C-P coupling reaction of chiral and achiral secondary phosphine boranes with different enol phosphates in mild reaction conditions, leading to corresponding enamido-phosphine boranes. This methodology permits the construction of libraries of novels phosphines. Also, the reaction of nucleophilic addition of phosphide anions onto various enecarbamates acyclic was elaborated, giving an access to original beta-phosphino alpha-amino acids, bearing the quaternary carbon on alpha position to nitrogen.The second chapter is devoted to the preparation and characterization of organic chromophores based on the pyrazinic core, which are likely to exhibit the fluorescence properties. These compounds were designed to form new sensitizing systems for lanthanide cations and could be used as organic sensitizers for molecular imaging in near infrared.; En raison de l’omniprésence des hétérocycles azotés et de leurs propriétés biologiques, une attention particulière est accordée au développement de méthodologie pour leur synthèse et leur fonctionnalisation. L’étude de la fonctionnalisation d’énamides constitue une thématique importante car ces motifs s’avèrent être des outils synthétiques polyvalents permettant d’accéder à des dérivés hétérocycliques complexes. Les réactions de couplage Pd-catalysées constituent une méthode de choix rapide et efficace pour la synthèse d'énamides, notamment à partir de phosphates d'énols issus de lactames, d’imides ou d’amides. Le premier chapitre de ce travail porte sur le couplage organopalladié C-P de phosphines boranes secondaires chirales ou achirales avec des phosphates d’énols. Ce couplage C-P original, réalisé dans des conditions douces, conduit aux énamido-phosphines boranes correspondantes et offre de nombreuses possibilités pour la constitution d’une librairie de phosphines originales. Parallèlement à ce travail, l’addition nucléophile d’anions phosphures sur divers ène-carbamates acycliques conduit à des acides alpha-aminés béta-phosphorés originaux, porteurs d’un carbone quaternaire en alpha de l’azote. Le deuxième chapitre de la thèse porte sur la préparation et la caractérisation de chromophores organiques originaux basés sur un noyau pyrazinique et qui sont susceptibles de présenter des propriétés de fluorescence. Ces composés sont conçus pour former des nouveaux systèmes sensibilisateurs de cations de lanthanides, et être utilisés comme sensibilisateurs organiques pour l'imagerie moléculaire dans le proche infrarouge.

The hydroxyl free radical (OH) plays a central role in atmospheric chemistry due to its high reactivity with VOCs and other trace species. In this thesis, we demonstrate the feasibility of OH radical detection by means of a compact sensor based on off-axis integrated cavity outpout spectroscopy (OA-ICOS) dedicated to laboratory studies. The developed system requires the coupling of a distributed feedback diode (DFB) emitting in near infrared (∼1435 nm) to a 50 cm long spherical high finesse cavity. The effective interaction path length reaches 1263 m. The off-axis injection of the laser beam allows a detection limit of 2,12 x 10¹¹ OH / cm³. The OA-ICOS is used in combination with wavelength modulation spectroscopy (WMS) by modulating the diode current at 10 kHz. This technique is efficient to remove 1/f noise in the signal. The developed WM-OA-ICOS setup achieves alower detection limit at 5,7 x 10¹⁰OH/cm³. While modulating DFB current, Residual Amplitude Modulation occurs. This background contribution was removed at the optical level by the implementation of a control-loop on the laser intensity before its onjection to the cavity. This stabilisation loop on WM-OA-ICOS achieves a detection limit 5,7 x 10⁹ OH/cm³ for an integration time of 100 s. RAM suppression at the optical level was first used to enhance the detection limit of WM-OA-ICOS setup. It makes our OA-ICOS system one of the most efficient in Noise Equivalent Absorption Sensitivity in the world and provides great opportunities for future development.; Le radical hydroxyle OH est un oxydant puissant qui intervient, entre autre,dans de nombreux processus photochimiques atmosphériques. L'objectif de cette thèse était de développerun système de mesure desradicaux OH dédié aux études de laboratoire. Celui-ci est basé sur la spectroscopie d'absorption en cavité résonante hors d'axe (OA-ICOS,Off-Axis integrated Cavity Output Spectroscopy).Notre système repose sur le couplaged'une diode laser fibrée (DFB) émettant dans le proche infrarouge (∼1435 nm) au sein d'une cavitéoptique àhaute finesse de 50 cm. Le parcours d'interaction du faisceau avec le milieu atteint 1263 m. Le couplage hors de l'axe permet d'atteindre une limite de détection à 2,12 x 10¹¹ OH / cm³. La spectroscopie par modulation de la longueur d'onde (WMS) en modulant l'intensité de la diode laser à 10 kHz est utilisée conjointement à la cavité OA-ICOS. Cette technique permet de s'affranchir du bruit en 1/f. La WM-OA-ICOS atteint alors une limite de détection de 5,7 x 10¹⁰OH/cm³. Les effets de la Modulation Résiduelle d'Amplitude (RAM) occasionnés par la modulation de l'intensité laser ont ensuite été supprimés. L'implémentation d'une boucle de contrôle de l'intensité laser en amont de la cavité optique a permis de réduire les variations d'intensité de la source et les effets de RAM. Ceci se traduit par une limite de détection plus basse à 5,7 x 10⁹ OH/cm³ pour 100 secondes d'intégration. La suppression des effets de RAM par moyen optique est utilisée pour la première fois pour réduire la limite de détection de systèmes WM-OA-ICOS. Ceci nous permet d'atteindre une valeur de NEAS qui est parmi les meilleures au monde et offre des perspectives intéressantes.

The hydroxyl free radical (OH) plays a central role in atmospheric chemistry due to its high reactivity with VOCs and other trace species. In this thesis, we demonstrate the feasibility of OH radical detection by means of a compact sensor based on off-axis integrated cavity outpout spectroscopy (OA-ICOS) dedicated to laboratory studies. The developed system requires the coupling of a distributed feedback diode (DFB) emitting in near infrared (∼1435 nm) to a 50 cm long spherical high finesse cavity. The effective interaction path length reaches 1263 m. The off-axis injection of the laser beam allows a detection limit of 2,12 x 10¹¹ OH / cm³. The OA-ICOS is used in combination with wavelength modulation spectroscopy (WMS) by modulating the diode current at 10 kHz. This technique is efficient to remove 1/f noise in the signal. The developed WM-OA-ICOS setup achieves alower detection limit at 5,7 x 10¹⁰OH/cm³. While modulating DFB current, Residual Amplitude Modulation occurs. This background contribution was removed at the optical level by the implementation of a control-loop on the laser intensity before its onjection to the cavity. This stabilisation loop on WM-OA-ICOS achieves a detection limit 5,7 x 10⁹ OH/cm³ for an integration time of 100 s. RAM suppression at the optical level was first used to enhance the detection limit of WM-OA-ICOS setup. It makes our OA-ICOS system one of the most efficient in Noise Equivalent Absorption Sensitivity in the world and provides great opportunities for future development., Le radical hydroxyle OH est un oxydant puissant qui intervient, entre autre,dans de nombreux processus photochimiques atmosphériques. L'objectif de cette thèse était de développerun système de mesure desradicaux OH dédié aux études de laboratoire. Celui-ci est basé sur la spectroscopie d'absorption en cavité résonante hors d'axe (OA-ICOS,Off-Axis integrated Cavity Output Spectroscopy).Notre système repose sur le couplaged'une diode laser fibrée (DFB) émettant dans le proche infrarouge (∼1435 nm) au sein d'une cavitéoptique àhaute finesse de 50 cm. Le parcours d'interaction du faisceau avec le milieu atteint 1263 m. Le couplage hors de l'axe permet d'atteindre une limite de détection à 2,12 x 10¹¹ OH / cm³. La spectroscopie par modulation de la longueur d'onde (WMS) en modulant l'intensité de la diode laser à 10 kHz est utilisée conjointement à la cavité OA-ICOS. Cette technique permet de s'affranchir du bruit en 1/f. La WM-OA-ICOS atteint alors une limite de détection de 5,7 x 10¹⁰OH/cm³. Les effets de la Modulation Résiduelle d'Amplitude (RAM) occasionnés par la modulation de l'intensité laser ont ensuite été supprimés. L'implémentation d'une boucle de contrôle de l'intensité laser en amont de la cavité optique a permis de réduire les variations d'intensité de la source et les effets de RAM. Ceci se traduit par une limite de détection plus basse à 5,7 x 10⁹ OH/cm³ pour 100 secondes d'intégration. La suppression des effets de RAM par moyen optique est utilisée pour la première fois pour réduire la limite de détection de systèmes WM-OA-ICOS. Ceci nous permet d'atteindre une valeur de NEAS qui est parmi les meilleures au monde et offre des perspectives intéressantes.

Vibrational spectroscopic imaging (infrared and Raman) is a powerful technique for visualizing the distribution of chemical compounds of complex samples. Due to the very high content of information contained in their spectrum, vibrational spectroscopies have taken more and more importance in molecular imaging. With such far-field imaging spectroscopy, the resolution limit is first and foremost dictated by the photon wavelength due to diffraction limit. This becomes a real constraint when micron-sized or submicron-sized samples are analyzed because no more details are present in generated images. Thus increasing the spatial resolution is still a major challenge for a better characterization of the analyzed samples. Two approaches have emerged to go beyond this limit. The first approach focuses on the instrumental development such as the near-field spectroscopy. The second approach is an algorithmic one. It attempts to push the limits of resolution of optical system by the mathematical analysis of images generated on conventional far-field spectrometers. The aim of the presented work is to develop and optimize of a new concept called "super-resolution" in imaging for mid-infrared, near infrared and Raman spectroscopy in order to increase the spatial resolution. Different samples forms of pharmaceutical, biological or environmental origins will be exploited.; Les spectroscopies vibrationnelles infrarouge et Raman sont de formidables techniques d'analyse pour la caractérisation d'échantillons complexes. Elles permettent effectivement d'accéder à une grande richesse d'information moléculaire. Au-delà des caractérisations macroscopiques de ces techniques, le couplage des spectromètres à des microscopes rend possible la génération de cartographies représentant les distributions spatiales des espèces chimiques de l'échantillon analysé. Malgré ce fort potentiel, ces spectroscopies sont mal adaptées à l'imagerie d'échantillons de taille micrométrique et submicrométrique. Leurs résolutions spatiales en partie fixées par la limite de diffraction sont effectivement restreintes. L'augmentation de la résolution spatiale est donc toujours un enjeu majeur pour permettre une meilleure caractérisation des échantillons analysés. Deux approches se sont dégagées pour améliorer cette limite. La première solution est centrée sur le développement instrumental comme par exemple la spectroscopie champ proche. La seconde approche algorithmique tente de repousser les limites de résolution de système optique par le traitement mathématique et statistique des images générées sur des spectromètres classiques en champ lointain. C'est dans ce cadre que s'inscrit notre recherche. Nous présenterons ainsi dans ce travail le développement et l'optimisation d'un nouveau concept dit de " super-résolution " adapté aux imageries des spectroscopies moyen infrarouge, proche infrarouge et Raman. Différents échantillons d'origines pharmaceutiques, biologiques ou environnementales seront alors exploités.

Vibrational spectroscopic imaging (infrared and Raman) is a powerful technique for visualizing the distribution of chemical compounds of complex samples. Due to the very high content of information contained in their spectrum, vibrational spectroscopies have taken more and more importance in molecular imaging. With such far-field imaging spectroscopy, the resolution limit is first and foremost dictated by the photon wavelength due to diffraction limit. This becomes a real constraint when micron-sized or submicron-sized samples are analyzed because no more details are present in generated images. Thus increasing the spatial resolution is still a major challenge for a better characterization of the analyzed samples. Two approaches have emerged to go beyond this limit. The first approach focuses on the instrumental development such as the near-field spectroscopy. The second approach is an algorithmic one. It attempts to push the limits of resolution of optical system by the mathematical analysis of images generated on conventional far-field spectrometers. The aim of the presented work is to develop and optimize of a new concept called "super-resolution" in imaging for mid-infrared, near infrared and Raman spectroscopy in order to increase the spatial resolution. Different samples forms of pharmaceutical, biological or environmental origins will be exploited.; Les spectroscopies vibrationnelles infrarouge et Raman sont de formidables techniques d'analyse pour la caractérisation d'échantillons complexes. Elles permettent effectivement d'accéder à une grande richesse d'information moléculaire. Au-delà des caractérisations macroscopiques de ces techniques, le couplage des spectromètres à des microscopes rend possible la génération de cartographies représentant les distributions spatiales des espèces chimiques de l'échantillon analysé. Malgré ce fort potentiel, ces spectroscopies sont mal adaptées à l'imagerie d'échantillons de taille micrométrique et submicrométrique. Leurs résolutions spatiales en partie fixées par la limite de diffraction sont effectivement restreintes. L'augmentation de la résolution spatiale est donc toujours un enjeu majeur pour permettre une meilleure caractérisation des échantillons analysés. Deux approches se sont dégagées pour améliorer cette limite. La première solution est centrée sur le développement instrumental comme par exemple la spectroscopie champ proche. La seconde approche algorithmique tente de repousser les limites de résolution de système optique par le traitement mathématique et statistique des images générées sur des spectromètres classiques en champ lointain. C'est dans ce cadre que s'inscrit notre recherche. Nous présenterons ainsi dans ce travail le développement et l'optimisation d'un nouveau concept dit de " super-résolution " adapté aux imageries des spectroscopies moyen infrarouge, proche infrarouge et Raman. Différents échantillons d'origines pharmaceutiques, biologiques ou environnementales seront alors exploités.

Evaluation of uncertainty affecting predictions is a major trend in analytical chemistry and chemometrics. Several approximate expressions and resampling methods have been proposed for the estimation of prediction uncertainty when using multivariate calibration. This article proposes a new expression for the variance of prediction, adapted to near infrared spectroscopy specificities and particularly to the spectral error structure, induced by the high colinearity of the variables. The proposed analytical expression enables a detailed evaluation of the different contributions and components of uncertainty affecting the model. An application to real data of feedstuff near infrared spectra related to protein content has shown its advantages.

4 pages; Deux Centres collégiaux de transfert de technologie (CCTT) québécois de la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean ont mis en place un projet qui consiste à jumeler la géomatique et l'agriculture de précision. Agrinova, CCTT spécialisé en recherche et innovation en agriculture et le Centre de géomatique du Québec, CCTT spécialisé en géomatique, ont développé un projet de recherche appliquée démontrant les avantages d'utiliser l'imagerie aérienne multispectrale combinant le visible et le proche infrarouge comme outil d'analyse et de diagnostic de la productivité des sols en agriculture de précision. Ce projet a été mené dans les champs du groupe Propur situés dans la municipalité de Saint-Ambroise (Saguenay-Lac-Saint-Jean). L'équipe de recherche a effectué des relevés de terrain sur la biomasse, la chlorophylle ainsi que des relevés de sol pour évaluer quelle était l'intensité des corrélations entre l'information recueillie à partir des images et les données in situ. Les résultats obtenus se sont avérés très satisfaisants.

Lymph node (LN) status is the most important prognostic factor in breast cancer patients and a determinant predictor of recurrence and survival. In the treatment of operable breast cancers with a size inferior of 3 cm, the sentinel lymph node biopsy (SLNB) substitutes the axillary LN dissection. However, this technique requires the simultaneous use of a radiocolloid and a physiologic dye, which present several secondary effects. Thus, our strategy was to test in preclinical model the new fluorescent markers, Quantum Dots (QDs) for SLNB. A study on in vivo axillary LN (ALN) mapping by light induced fluorescence was performed after subcutaneous (s.c.) injection of red-emitting QDs and their ex vivo quantification was realized by spectrofluorimetry for up to 24 h. We showed a fast and selective accumulation of QDs in ALN in healthy mice. An in vivo study on localization of 2 regional LNs by fluorescence imaging was carried out after the s.c. administration of near-infrared (NIR) emitting QDs along with ex vivo biodistribution study by mass spectroscopy (ICP-MS). Obtained results shown that fluorescence imaging can be used after QDs injection to map and follow their accumulation in superficial LNs in healthy mice. To approach the human clinic in a best possible way, sentinel ALN mapping was investigated after s.c. delivery of NIR emitting QDs in murine breast cancer model by fluorescence imaging. Two techniques for LN metastasis detection were used and compared: conventional histology and RT-PCR. All sentinel ALNs were located in vivo by imaging except one ALNs which was completely invaded by cancer cells and best incidence of LN metastasis was registered by RT-PCR (60 %). Thus, QDs could be used as a substitute for the markers currently employed in SLNB in breast cancers., Le statut ganglionnaire a la valeur pronostique la plus importante chez les patientes atteintes d'un cancer du sein, le taux de survie étant corrélé au nombre de ganglions envahis. Dans le traitement des cancers du sein opérables d'une taille inférieure à 3 cm, la technique du ganglion sentinelle (GS) remplace le curage ganglionnaire de stadification. Toutefois, cette technique nécessite l'emploi simultané de radioisotopes et de colorants physiologiques présentant divers effets secondaires. Ainsi, notre stratégie a été de tester, sur modèle pré-clinique de nouveaux traceurs fluorescents, les Quantum Dots (QDs), pour la technique du GS. Une étude sur la détection in vivo du ganglion axillaire (GA) par spectrofluorimétrie fibrée après injection sous-cutanée (s.c.) de QDs émettant dans le rouge a été réalisée et leur quantification ex vivo a été effectuée par spectrofluorimétrie jusqu'à 24 h. Ce travail a montré l'accumulation rapide et sélective des QDs dans le GA chez la souris. Une étude sur la localisation in vivo de 2 ganglions régionaux par imagerie de fluorescence a été réalisée suite à l'administration s.c. de QDs émettant dans le proche infrarouge (PIR) ainsi qu'une étude de biodistribution ex vivo par spectrométrie de masse (ICP-MS). Les résultats obtenus ont montré que l'imagerie de fluorescence pouvait être utilisée après injection de QDs pour localiser et suivre leur accumulation dans les ganglions superficiels chez la souris saine. Pour se rapprocher de la clinique, le repérage in vivo du GS axillaire a été investi sur modèle tumoral murin de cancer du sein par imagerie de fluorescence après administration s.c. de QDs émettant dans le PIR. Deux techniques de détection des métastases ganglionnaires ont été utilisées puis comparées : l'histologie conventionnelle et la RT-PCR. Tous les GS axillaires ont été détectés in vivo par imagerie, sauf un GS qui était complètement envahi par les cellules tumorales et la meilleure incidence de métastases ganglionnaire a été observée avec la RT-PCR. Ainsi, les QDs pourraient être utilisés comme substitut des marqueurs actuellement employés dans la technique du GS pour les cancers du sein.