Academic literature on the topic 'Focalisation (Physique)'

L’omniprésence de l’information et la raréfaction des espaces publics ouverts à tous conduisent à valoriser la bibliothèque comme espace de sociabilité confortable. La focalisation sur les services présentiels au sein de l’établissement ne doit pas faire oublier qu’un grand nombre de nos concitoyens n’accèdent pas à ces services, non tant par ignorance que par éloignement physique, social ou culturel. Accompagner ces publics éloignés suppose d’imaginer la bibliothèque comme une base d’opérations extérieures, un point de départ vers le service d’un territoire. Imaginer le « hors-les-murs » impose de mettre en œuvre des pratiques innovantes, parfois modestes mais toujours créatives, d’élaborer des projets d’action territoriaux, d’identifier les partenariats souhaitables, bref de construire une « stratégie de territoire ».

Cet article présente les résultats des travaux de développement d'un nouveau modèle de mesure des performances et d'amélioration du système de management de la logistique pour les entreprises industrielles. Ce modèle s'inspire des principes du système de management de la qualité ISO 9000 (AFNOR, 2005) principalement l'approche processus, l'approche système et la boucle d'amélioration continue PDCA. La fonction logistique est traitée d'une manière détaillée avec une focalisation sur la planification et la gestion intégrée des flux physiques, informationnels et financiers. Le modèle SMLOG a été validé par application à un cas pratique au sein d'une entreprise industrielle.

En anthropologie, la migration, du mot latin migratio, signifie en principe un déplacement physique d’un être humain (migration humaine), bien que des déplacements non-humains soient aussi qualifiés de migrations (migration animale, migration de plantes, migration de planètes etc.). Suite à la généralisation de l’État-nation comme forme d’organisation politique au 19e siècle, on distingue surtout la migration transnationale (qui implique le déplacement d’au moins une frontière nationale) et la migration interne (à l’intérieur de frontières étatiques). Par ailleurs, ces migrations peuvent prendre la forme d’une migration pendulaire (mouvement de va-et-vient), circulaire (mouvement en cercle), saisonnière (migration de travail influencé par les saisons agricoles) ou durable, menant à une installation et une naturalisation. Parmi les causes, on a longtemps souligné les migrations de travail alors que les cas de migrations climatiques et forcées augmentent de façon significative : migrations imposées par le contexte, notamment politique, par exemple pendant une guerre civile ou encore déplacements engendrés par des changements climatiques comme une sècheresse ou l’avancement du désert dans la zone du Sahel. Le tourisme est parfois considéré comme une forme volontaire de migration à courte durée. Jusqu’à présent, peu de travaux lient les réflexions sur les migrations avec celles sur la mobilité (Ortar, Salzbrunn et Stock, à paraître). Certaines recherches sur l’ethnicité (Barth 1999 [1969]) et la transnationalisation ainsi que de nouvelles catégories statistiques développées au niveau gouvernemental témoignent du fait que certaines personnes peuvent être considérées ou perçues comme migrant-e-s sans avoir jamais effectué un déplacement physique au-delà des frontières nationales de leur pays de naissance. Ainsi, aux Pays-Bas et en Belgique, dans le discours politique, on distingue parfois autochtones (grec, littéralement terre d’ici) et allochtones (grec, littéralement terre d’ailleurs). Au Pays-Bas, on entend par allochtone une personne qui y réside et dont au moins un parent est né à l’étranger. Ce terme était destiné à remplacer le terme « immigré », mais il continue à renvoyer des résidents (voire des citoyens) à (une partie de) leur origine. Le terme allemand « Migrationshintergrund » (littéralement background migratoire) pose le même problème. L’anthropologie s’intéresse de facto dès l’émergence de la discipline aux migrations, notamment dans l’étude de sociétés pastorales (en focalisant les déplacements des éleveurs et de leurs troupeaux) ou dans l’analyse des processus d’urbanisation (suite à la migration du monde rural vers les villes). En revanche, l’anthropologie des migrations et de la transnationalisation n’émergent que dans les années 1990 en tant que champ portant explicitement ce nom – d’abord dans le monde anglophone (Glick Schiller N., Basch L. et C. Blanc Szanton 1992, Hannerz U. 1996), et ensuite dans le monde francophone (Raulin A., D. Cuche et L. Kuczynski 2009 Revue Européenne des Migrations internationales, 2009, no. 25, vol. 3), germanophone (Pries L. 1996), italophone (Riccio 2014), hispanophone, lusophone etc.. La traite des esclaves et les déportations de millions de personnes d’Afrique Sub-Saharienne vers l’Europe et les Amériques, qui ont commencé au 17e siècle et duré jusqu’en 1920, ont été étudiées dans le cadre de l’anthropologie marxiste (Meillassoux 1986) puis par des historiens comme Olivier Pétré-Grenouilleau (2004) ou encore par Tidiane N’Diaye (2008), ce dernier ayant mis l’accent sur la longue et intense implication de commerçants arabes dans la traite négrière. La violente « mission civilisatrice » ou campagne de conquête coloniale a très souvent été accompagnée d’une mission de conversion au christianisme, ce qui a fait l’objet de publications en anthropologie depuis une trentaine d’années sous l’impulsion de Jean et John Comaroff (1991) aux Etats-Unis, et plus récemment en France (Prudhomme 2005). Selon les contextes régionaux, l’une ou l’autre forme de migration a été étudiée de manière prépondérante. En Chine, les migrations internes, notamment du monde rural vers les villes, concernent presque autant de personnes dans l’absolu (229,8 millions en 2009 selon l’Organisation internationale du Travail) que les migrant-e-s transnationaux dans le monde entier (243,7 millions en 2015 selon les Nations Unies/UN International Migration Report). Le pourcentage de ces derniers par rapport à la population mondiale s’élève à environ trois pour cent, ce qui semble en décalage avec la forte attention médiatique accordée aux migrant-e-s transnationaux en général et aux réfugiés en particulier. En effet, la très grande majorité des déplacé-e-s dans le monde reste à l’intérieur des frontières d’un État-nation (Withol de Wenden C., Benoît-Guyod M. 2016), faute de moyens financiers, logistiques ou juridiques (passeport, visa). La majorité des réfugiés politiques ou climatiques reste à l’intérieur des frontières nationales ou dans un des pays voisins. Ainsi, selon l’UNHCR/ l’Agence des Nations Unies pour les Réfugiés, sur les 65,3 millions de personnes déplacées de force, 40,8 millions étaient des déplacé-e-s internes et seulement 3,2 millions des demandeur-e-s d’asile en 2015. L’urbanisation croissante qui s’opère dans le monde suscite une augmentation de la migration de travail, notamment en Chine. Dans cet État, le système d’enregistrement et d’état-civil (hukou) limite l’accès aux services sociaux (santé, école, etc.) à la commune de naissance : un changement de résidence est soumis à des conditions restrictives, ce qui engendre une perte de droits élémentaires pour des dizaines de millions de migrants ruraux ne possédant pas de permis de résidence (Jijiao 2013). En France, jusqu’au tournant culturel (qui marque une bifurcation de la focale de la recherche vers les appartenances culturelles et religieuses des personnes étudiées) dans les années 1990, les sciences sociales des migrations, notamment la sociologie des migrations, ont surtout étudié les conditions et rapports de travail, les inégalités sociales ou encore la politique du logement et les inégalités spatiales (Salzbrunn 2015), conduisant ainsi à une très forte focalisation sur les rapports de classe et sur les conditions de vie des immigré-e-s des anciennes colonies. La migration des personnes hautement qualifiées n’a en revanche été que peu étudiée. Après la chute du mur de Berlin, les « appartenances multiples » (concept central de l’ouvrage de Yuval-Davis, Viethen et Kannabiran 2006), notamment religieuses (Capone 2010), ont été privilégiées comme objet de recherche. Cette tendance, accompagnée par un climat politique de plus en plus xénophobe dans certains pays européens, a parfois pointé vers une « ethnicisation » de la religion (Tersigni, Vincent et Willems, à paraître). Le glissement de perception d’une population de la catégorie des « travailleurs immigrés » ou « Gastarbeiter » (littéralement « travailleurs invités ») vers celle de « musulmans » s’inscrit dans un processus d’altérisation, sous-entendant dans les deux cas qu’il s’agit d’un groupe homogène marqué par les mêmes caractéristiques, et ignorant de ce fait la « diversité au sein de la diversité » (Vertovec 2010), notamment les différences en termes de niveau de formation, de genre, d’âge, de statut juridique, de préférence sexuelle, du rapport aux discours et pratiques religieux etc. Beaucoup d’études se sont ainsi focalisées sur des groupes fondés sur le critère d’une nationalité ou d’une citoyenneté commune, ce qui a été critiqué comme relevant d’un « nationalisme méthodologique » (Glick Schiller et Caglar 2011). Même le nouveau champ de recherches consacré aux espaces sociaux transnationaux (Basch, Glick Schiller et Szanton Blanc 1992 ; Salzbrunn 2016) a parfois été (auto-)critiqué pour la reproduction des frontières nationales à travers une optique transnationale. Ont alors émergé des réflexions sur une relocalisation de la migration (Glick Schiller et Caglar 2011) et sur l’enracinement spatial de la migration dans des espaces sociaux translocaux (Salzbrunn 2011). Bien que la moitié de la population migratoire soit féminine, les aspects de genre n’ont été étudiés que très tardivement (Morokvasic-Müller 1984), d’abord dans un contexte de regroupement ou de liens familiaux maintenus pendant la migration (Delcroix 2001 ; Kofman 2004 ; Kofman et Raghuram 2014), puis dans celui des approches féministes du développement (Verschuur et Reysoo 2005), de la migration du travail et des frontières genrées (Nouvelles Questions Féministes 26, 2007). En effet, les dynamiques internationales dans la division du travail engendrent une chaîne globale des soins (« global care chain ») qui repose essentiellement sur les femmes, que ce soit dans le domaine médical, de la pédiatrie ou des soins aux personnes âgées. La réflexion sur la division internationale du travail reproductif a été entreprise par Rhacel Parrenas (2000) et développée par Arlie Hochschild (2000). On peut obtenir une vue d’ensemble des projets européens consacrés au genre et à la migration, voir les résultats du projet européen GEMMA. Enhancing Evidence Based Policy-Making in Gender and Migration : http://gemmaproject.seminabit.com/whatis.aspx En anthropologie politique, l’évolution de systèmes politiques sous l’impact d’une migration de retour, a été étudiée dans un contexte postcolonial (von Weichs 2013). De manière générale, les réflexions menées dans un contexte études postcoloniales de ce type n’ont été entreprises que tardivement en France, et ce souvent dans une optique très critique, voire hostile à ces débats (L’Homme 156, 2000). Parmi les autres sujets traités actuellement en anthropologie des migrations se trouvent les inégalités sociales et spatiales, les dynamiques religieuses transnationales (Argyriadis et al. 2012), les réfugiés et leurs moyens d’expressions politiques et artistiques (Salzbrunn 2014) ou musicales (Civilisations 67, 2018 ; Salzbrunn, Souiah et Mastrangelo 2015). Enfin, le développement conceptuel du phénomène de transnationalisation ou des espaces sociaux translocaux, voire le retour à la « localisation de la migration » (titre de l’ouvrage de Glick Schiller et Caglar 2011) sont des réponses constructives à la question : Comment étudier les migrations dans des sociétés super-diverses (Vertovec 2011) sans réifier leurs appartenances ?

Deux faits signent la nature profonde de l’être humain : (i) un cerveau d’une grande plasticité et (ii) la puissance impérieuse de la culture qui se manifeste non seulement par la diversité et l’intensité de son expression, mais aussi par la forte influence qu’elle exerce rétroactivement sur le développement de notre architecture cérébrale – qui l’a rendue possible. Cette plasticité développementale, résumée dans l’idée que « nous héritons notre cerveau ; nous acquérons notre esprit » (we inherit our brains ; we acquire our minds)(Goldschmidt 2000), relève d’un processus plus général appelé « altricialité » par les éthologues. Le terme est dérivé de l’anglais altricial, mot qui vient lui-même du latin altrix : « celle qui nourrit », « nourrice » (Gaffiot 1934). Dans son acception première, l’altricialité signifie qu’une espèce n’est pas immédiatement compétente à la naissance, contrairement aux espèces dites précoces. C’est le cas, par exemple, de la plupart des passereaux qui naissent les yeux fermés et dont la survie dépend entièrement de l’aide apportée par leur entourage. Il en va de même pour notre espèce. Dans le cas des nouveau-nés humains, toutefois, s’ajoute à l’altricialité primaire une altricialité secondaire. On désigne ainsi le fait que notre cerveau n’est pleinement compétent (sur les plans cognitif, émotionnel, sensoriel et moteur) que tardivement. La force et la durée de la croissance cérébrale post-natale caractérisent cette altricialité secondaire. Du point de vue de la force, le chimpanzé Pan troglodytes, espèce animale qui nous est phylogénétiquement la plus proche, a un coefficient de croissance cérébrale de 2,5 entre la naissance et l’âge adulte, contre 3,3 chez les humains (DeSilva et Lesnik 2008). Du point de vue de la durée, on a longtemps cru que la maturité du cerveau humain coïncidait avec la puberté, mais on sait aujourd’hui que la période de surproduction et d’élimination des épines dendritiques sur les neurones pyramidaux du cortex préfrontal court jusqu’à la trentaine (Petanjeket al. 2011). Outre des contraintes obstétriques, cette maturation prolongée est probablement due aux coûts métaboliques élevés du développement cérébral (Goyal et al. 2014), un processus de co-évolution ayant favorisé l’étalement dans le temps de la dépense énergétique (Kuzawa et al. 2014). Cette forte altricialité cérébrale est propre aux êtres humains, le contrôle génétique qui s’exerce sur l’organisation somatopique de notre cortex, sur la connectique cérébrale et sur les aires d’association étant plus faible que chez le chimpanzé commun. Par exemple, deux frères chimpanzés auront des sillons cérébraux davantage similaires que deux frères humains, parce que le cerveau des premiers est moins réceptif aux influences environnementales que celui des membres de notre espèce (Gómez-Robles et al. 2015). Cette spécificité du cerveau humain est tout aussi importante que son quotient d’encéphalisation (6,9 fois plus élevé que celui d’un autre mammifère du même poids, et 2,6 fois supérieur à celui d’un chimpanzé), le nombre élevé de ses neurones (86 milliards contre 28 milliards chez le chimpanzé), la complexité de sa connectique (environ 1014 synapses), les changements néoténiques lors de l’expression des gènes (Somel et al. 2009) et son architecture complexe. Chez le nouveau-né humain, la neurogenèse est achevée, excepté dans la zone sous-ventriculaire – connectée aux bulbes olfactifs – et la zone sous-granulaire, qui part du gyrus denté de l’hippocampe (Eriksson et al. 1998). Toutefois, si tous les neurones sont déjà présents, le cerveau néonatal représente moins de 30% de sa taille adulte. Immédiatement après la naissance, sa croissance se poursuit au même taux qu’au stade fœtal pour atteindre 50% de la taille adulte vers 1 an et 95% vers 10 ans. Cette croissance concerne essentiellement les connexions des neurones entre eux (synaptogenèse, mais aussi élagage de cette interconnectivité ou synaptose) et la myélinisation néocorticale. À chaque minute de la vie du bébé, rappelle Jean-Pierre Changeux (2002), « plus de deux millions de synapses se mettent en place ! » Au total, 50% de ces connexions se font après la naissance (Changeux 2003). Cette spécificité d’Homo sapiens a une portée anthropologique capitale. Elle expose si fortement les êtres humains aux influences de leur environnement qu’ils deviennent naturellement des êtres hyper-sociaux et hyper-culturels, ce qu’avait pressenti Malinowski (1922 : 79-80) quand il soutenait que nos « états mentaux sont façonnés d’une certaine manière » par les « institutions au sein desquelles ils se développent ». Le développement du cerveau dans la longue durée permet une « imprégnation » progressive du tissu cérébral par l’environnement physique et social (Changeux 1983), en particulier lors des phases de socialisation primaire et secondaire. L’être humain a ainsi des «dispositions épigénétiques à l’empreinte culturelle » (Changeux 2002). Les effets sociaux et les incidences évolutionnaires (Kuzawa et Bragg 2012) d’une telle aptitude sont immenses. L’entourage doit non seulement aider les nouveau-nés, mais aussi accompagner les enfants jusqu’à leur développement complet, l’immaturité du cerveau des adolescents étant à l’origine de leur caractère souvent impulsif. Cet accompagnement de l’enfant se traduit par des changements dans la structure sociale, au sein de la famille et de la société tout entière, notamment sous la forme d’institutions d’apprentissage social et culturel. Les êtres humains sont ainsi contraints de coopérer, d’abord à l’intérieur de leur groupe familial et d’appartenance, puis sous des formes plus ouvertes (voir Coopération). Née de processus évolutifs anciens d’au moins 200 000 ans (Neubaueret al. 2018), l’altricialité secondaire nous donne un avantage adaptatif : contrairement à d’autres espèces, nos comportements ne sont pas « mis sur des rails » à la naissance, ce qui les rend flexibles face à des environnements changeants, favorisant ainsi la diversité phénotypique et culturelle. Cette plasticité cérébrale peut produire le meilleur. Par exemple, 15 mois seulement d’éducation musicale avant l’âge de 7 ans peuvent renforcer les connexions entre les deux hémisphères cérébraux (Schlaug et al. 1995) et induire d’autres changements structuraux dans les régions assurant des fonctions motrices, auditives et visuo-spatiales (Hyde et al. 2009). Une formation musicale précoce prévient aussi la perte d’audition (White-Schwoch et al. 2013) et améliore la perception de la parole (Du et Zatorre 2017). Cependant, comme cela est souvent le cas en évolution, il y a un prix à payer pour cet avantage considérable qu’est l’altricialité secondaire. Il a pour contrepartie un appétit vorace en énergie de notre cerveau (Pontzer et al. 2016). Il nous rend plus vulnérables, non seulement jusqu’à l’adolescence mais tout au long de la vie où, suppose-t-on, des anomalies des reconfigurations neuronales contribuent au développement de certaines pathologies neurologiques (Greenhill et al. 2015). Enfin, un risque associé au « recyclage culturel des cartes corticales » (Dehaene et Cohen 2007) est rarement noté : si ce recyclage peut produire le meilleur, il peut aussi produire le pire, selon la nature de la matrice culturelle dans laquelle les individus sont pris (Candau 2017). Par exemple, le choix social et culturel consistant à développer des industries polluantes peut provoquer des maladies neurodégénératives et divers désordres mentaux (Underwood 2017), notamment chez les enfants (Bennett et al. 2016), phénomène qui est accentué quand il est associé à l’adversité sociale précoce (Stein et al. 2016). Toujours dans le registre économique, la mise en œuvre de politiques qui appauvrissent des populations peut affecter le développement intellectuel des enfants (Luby et al. 2013), un message clé du World Development Report 2015 étant que la pauvreté est une « taxe cognitive ». Un dernier exemple : Voigtländer et Voth (2015) ont montré que les Allemands nés dans les années 1920 et 1930 manifestent un degré d’antisémitisme deux à trois fois plus élevé que leurs compatriotes nés avant ou après cette période. Bien plus souvent que d’autres Allemands, ils se représentent les Juifs comme « une population qui a trop d’influence dans le monde » ou « qui est responsable de sa propre persécution ». Ceci est la conséquence de l’endoctrinement nazi qu’ils ont subi durant toute leur enfance, notamment à l’école, en pleine période d’altricialité secondaire. En résumé, l’altricialité secondaire est au fondement (i) de l’aptitude naturelle de notre cerveau à devenir une représentation du monde et (ii) d’une focalisation culturelle de cette représentation, sous l’influence de la diversité des matrices culturelles, cela pour le meilleur comme pour le pire. Cette hyperplasticité du cerveau pendant la période altricielle laisse la place à une plasticité plus modérée à l’âge adulte puis décroît à l’approche du grand âge, mais elle ne disparaît jamais complètement. Par conséquent, loin de voir dans les données neurobiologiques des contraintes qui auraient pour seule caractéristique de déterminer les limites de la variabilité culturelle – limitation qui est incontestable – il faut les considérer également comme la possibilité de cette variabilité.

Résumé Ce projet s’inscrit comme un effort de modélisation et de développement d’outils analytiques décrivant la focalisation non-paraxiale de champs électromagnétiques. Des solutions vecto- rielles sont développées, suivant une généralisation du formalisme intégral de Richards-Wolf. La thèse se scinde en deux principales avenues. La première consiste à décrire, en langage mathématique moderne, le formalisme de Richards-Wolf qui permet de décrire les champs électromagnétiques vectoriels au foyer de systèmes focalisants. Le formalisme est exploré et plusieurs solutions analytiques aux équations intégrales de Richards-Wolf sont introduites. La deuxième avenue consiste en la généralisation du formalisme de Richards-Wolf pour des systèmes à foyer étendu (par exemple, distribué sur une ligne). Utilisant une méthode com- binée, basée sur le tracé de rayon et le traitement intégral de la diffraction, le modèle permet une amélioration en trois volets des descriptions classiques des champs au foyer. En premier lieu, l’analyse vectorielle de la diffraction permet de s’affranchir de toute hypothèse paraxiale. En second lieu, l’analyse exacte et l’analogie rayon/onde plane uniforme permet d’éviter la description de systèmes à foyer étendu par des termes de phases aberrés, qui réduisent la robustesse du modèle et la justesse des solutions trouvées. Finalement, l’élégance analytique de la méthode permet une compréhension physique plus instinctive des phénomènes d’inter- férence au foyer de systèmes complexes et encourage le développement de méthodes inverses, permettant de retracer les conditions nécessaires à l’obtention d’un profil d’intensité et de phase données, sans a priori sur le système focalisant. Sur le plan concret, les outils mathématiques décrits et développés dans cette thèse permettent une avancée pour l’étude de phénomènes et le développement de technologies, notamment en microscopie à haute-résolution, mais également en stockage de données, en piégeage optique ou même en accélération de particules à l’échelle microscopique. Il s’agit de la première méthode systématique proposée pour calculer le profil de faisceaux focalisés par des sections coniques (sphères, ellipses, etc.) par des moyens analytiques.
This project is part of a global effort toward modelization and development of mathemat- ical tools describing non-paraxial focusing of electromagnetic fields. Vectorial solutions are proposed, according to a generalization of the Richards-Wolf formalism. The objective of this thesis is two-fold. The first part covers the Richards-Wolf formalism with a modern mathematical formulation, which permits the formal description of focused vectorial electromagnetic fields. An in-depth exploration of the theory is exposed and multiple analytical solutions of the integrals are given. The second part covers the generalization of the Richards-Wolf formalism to systems without a single-point focus, by combining geometrical optics and diffraction principles. The vectorial analysis agrees with the assumption of non-paraxial focusing while the development is free of constraints upon the existence of an optical focus. Finally, the analytical treatment helps forge a physical intuition of the electromagnetic solutions and the development of inverse methods, which would help find the necessary illumination upon a system to produce a given electromagnetic pattern near the focus. The mathematical tools presented in this thesis may lead to advances in high-resolution microscopy, data encryption, optical tweezers and particle acceleration.

Ce projet de maîtrise s’insère dans l’effort de modélisation entourant le phénomène de focalisation extrême amorcé dans les groupes de recherche des professeurs Thibault et Piché. Le mémoire présente d’abord une comparaison entre le formalisme de Richards-Wolf étendu (ERWT) et les solutions numériques de propagation d’onde électromagnétique obtenues à l’aide d’un algorithme FDTD. Les résultats montrent que l’utilisation du formalisme étendu permet de traiter le processus de focalisation non paraxiale pour une gamme étendue de surfaces réfléchissantes avec peu de variations entre les deux techniques. Les limitations intrinsèques à l’algorithme utilisé et la divergence de la fonction d’illumination imparfaitement traitée pourraient expliquer les déviations observées. Ensuite, cherchant à améliorer le traitement de cette illumination, le processus de focalisation inverse a été développé. En effet, il est possible de formuler une inversion du formalisme de Richards-Wolf (RWT) pour des systèmes à symétrie de révolution en définissant l’illumination à polarisation radiale en fonction d’une distribution recherchée au foyer selon un seul axe (radial ou sur l’axe optique). En utilisant un seul axe, le problème de surdéfinir le champ ne se pose pas et un critère est fourni afin de conclure de la validité physique du patron d’illumination calculé. Avec la méthode proposée, il est souvent possible d’obtenir des solutions analytiques qui sont essentielles à l’obtention d’une meilleure compréhension des différences entre les modèles paraxiaux et non paraxiaux. De plus, il est facile d’adapter cette dernière afin d’obtenir des solutions numériques pour des problèmes plus complexes. Ainsi, les figures d’illumination calculées peuvent directement être utilisées et sont particulièrement utiles lorsque la dimension optimale de la tâche focale pour une application donnée est connue. Un article a été soumis basé sur ces travaux. Enfin, une généralisation culminant avec le traitement de surfaces asphériques avec aberrations est présentée en adaptant le formalisme étendu (ERWT). Cet ajout au formalisme permet d’envisager de modéliser des surfaces complexes et possiblement hors de portée des corrections seulement en phase usuellement utilisées dans la littérature. Cependant, ces ajouts au formalisme complexifient de manière appréciable les intégrales de diffraction de Richards-Wolf. Finalement, une démonstration de la procédure a été effectuée pour un miroir parabolique comportant un léger tilt.
This project is part of the modeling effort around extreme focusing phenomenon taking place in the research groups of professor Thibault and Piché. At first, this thesis shows the comparison between the modeling by the extended Richards-Wolf formalism (ERWT) and by FDTD simulations of the field propagation. Both methods used for computing the electromagnetic distribution resulting from the reflection on a mirror in a non paraxial setup show satisfactory agreement. In fact, the extended formalism is suited to accurately model a large spectrum of reflecting surfaces such as elliptic mirrors, for which the description is not possible with the classical formalism of Richards-Wolf. Some intrinsic limitations of the used FDTD algorithm and the divergence of the illumination could explained the observed variations. Then, looking to solve the illumination problem, the inversion formalism has been developed. The integral of the Richards-Wolf formalism (RWT) of an axisymetric optical system can be inverted to define the radially polarized illumination pattern as a function of the electromagnetic distribution at the focus over a given axis (radial or the optical axis). Using only one axis at the focus, the field distribution is not over defined and a criterion is given to check the physical validity of the obtained illumination pattern. The method gives numerical or, in some cases, analytic solutions that can be used to obtain the optimized focal pattern fora given application. The analytical solutions are relevant as they can intuitively show the differences between the paraxial and non paraxial regimes. An article has been submitted on this particular subject. Finally, this thesis describes the generalization of the extended formalism to cover aspheric surfaces with aberrations. The procedure gives the possibility to accurately model complex reflecting surfaces that would otherwise be out of reach of the formalism. However, the complexity of the formalism increases compared to the initial diffraction integral. The proposed technique is demonstrated with a slightly tilted parabolic mirror.

Contrairement à la capture tactile multi digitale déjà largement répandue, il n'existe pas de solution superposable à un écran permettant l'affichage localisé d'informations perceptibles au toucher. On propose dans ce travail de thèse une approche basée sur la focalisation d'ondes de flexion dans une plaque mince. Cette focalisation, obtenue suivant le procédé de retournement temporel, permet de produire une stimulation tactile localisée en un ou plusieurs points d'une plaque transparente à partir d'un ensemble d'actionneurs situés sur son contour. Le dimensionnement de l'interface s'appuie en premier lieu sur l'étude du contraste de focalisation et sa sensibilité à la température. D'autres critères de dimensionnement sont étudiés tels que les résolutions spatiale et temporelle, la fréquence de répétition de la focalisation, le bilan énergétique ou le bruit audible généré. Le retournement temporel synthétique, permettant la focalisation en tout point de la surface à partir d'un apprentissage en un ensemble fini de points du contour est adapté au cas des plaques minces. Un démonstrateur est assemblé et caractérisé. On obtient sur une plaque d'épaisseur 0.5 mm un déplacement au point de focalisation jusqu'à 7 µm, pour une tache de focalisation d'un diamètre de 5 mm. La focalisation simultanée en plusieurs points est également obtenue expérimentalement. On propose finalement un modèle pour la prise en compte de la perturbation de la focalisation par le contact avec un ou plusieurs doigts. Une étude de perception montrant la possibilité de détecter et de discriminer le stimulus tactile produit conclue ce travail.

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

La matrice de transmission permet de décrire les effets produit par un milieu multi-diffusant sur une onde monochromatique incidente. L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est de développer le concept de matrice de transmission d'un milieu multi-diffusant au cas plus général d'une onde polychromatique impulsionnelle ultra-brève. Dans ce manuscrit nous présentons et mesurons la matrice de transmission multi-spectrale d'un milieu complexe. Cette nouvelle matrice nous donne l'information fondamentale sur le couplage spatio-temporel et spatio-spectral que le milieu engendre au passage d'une onde ultra-brève. Elle permet aussi de contrôler une source monochromatique et polychromatique, après avoir traversé un milieu complexe, de manière déterministe. Nous exploitons ainsi cette connaissance du milieu pour compenser les distorsions du champs en focalisant, façonnant et contrôlant spatialement, spectralement et temporellement un laser ultra-bref grâce à la seule mesure d'une matrice de transmission multi-spectrale. Cette méthode ouvre les portes de plusieurs applications d'imagerie à travers des milieux complexes, ainsi que pour l'interaction lumière-matière en milieux diffusants
The transmission matrix allows to describe the effects generated by a multiple scattering medium on an incident monochromatic wave. The aim of the work presented in this dissertation is to develop the concept of transmission matrix of a multiple scattering medium to the more general case of a polychromatic ultra-fast pulsed light. In this dissertation we present and measure the multi-spectral transmission matrix of a complex medium. This new matrix describes the spatio-temporal coupling and the spatio-spectral coupling induced by the medium on a polycrhomatic illumination passing through it. The measurement of the multi-spectral transmission matrix allows us to control a monochromatic as well as a polychromatic source, after being scattered by the medium, in a deterministic way. We exploit this knowledge about the medium to compensate the distortions of the optical field by focusing, shaping and controlling spatially, spectrally and temporally an ultra-fast laser, thanks to the knowledge of the multi-spectral transmission matrix. This method paves the way towards many applications in the domain of imaging and light-matter interaction of light through complex media

Nous étudions la génération de rayonnement TeraHertz (THz) dans des microplasmas produits par des lasers femtosecondes. Cette technique est prometteuse pour créer efficacement des sources THz compactes et étendue spectralement (0.3-30 THz), qui intéressent de nombreuses applications, comme l’identification spectroscopique de substances dangereuses ou encore l’imagerie en biologie et médecine. Contrairement aux sources conventionnelles, comme les interrupteurs photo-conducteur, les sources THz basées sur des plasmas ne sont pas limitées par la tenue au flux et couvrent l’ensemble du spectre THz. Afin de modéliser des microplasmas générés par des faisceaux laser fortement focalisés, nous présentons un nouvel algorithme qui permet d’injecter tout type de laser dans des codes électromagnétiques. Nous dérivons aussi un modèle compatible avec les équations de Maxwell qui inclut les deux mécanismes générateurs de THz: le courant d’ionisation (IC) et le mécanisme “Transition-Cherenkov” (TC). Ce dernier mécanisme domine la production de THz pour des lasers à plusieurs cycles optiques, où l’émission est produite par les courants d’électron longitudinaux. Dans le cas des microplasmas où un champ électrostatique externe est ajouté, le taux de conversion énergétique laser/THz peut être augmenté de deux ordres de grandeur via le mécanisme IC lorsque le champs statique ou la pression du gaz sont accrus. De plus, les simulations 3D montrent que pour un faisceau laser à deux couleurs et dans des conditions optimales de focalisation, une énergie laser de 10 micro-Joule est suffisante pour atteindre des taux de conversion bien au-dessus de 10−4. Dans ce cas, la nature transverse du courant IC est cruciale pour accroitre l’efficacité avec la longueur du plasma. En considérant un faisceau laser à deux couleurs de forme elliptique, nous proposons de contrôler les spectres d’émission en exploitant les effets plasmoniques résonants
We investigate terahertz (THz) generation in fs-laser-induced microplasmas, which are promising candidates for compact and efficient broadband THz sources (0.3-30 THz). Such sources have various applications as spectroscopic identification of hazardous substances or THz imaging in biology and medicine. Unlike conventional THz sources as photoconductive switches, gas-plasma-based THz sources do not suffer from irreversible material damage and can cover the whole THz range at once. To simulate tightly-focused-laser-induced microplasmas, we propose an efficient numerical algorithm that can introduce any arbitrarily shaped laser pulses into electromagnetic codes. We derive a Maxwell-consistent model that includes two major THz generation mechanisms, the ionization current (IC) and transition-Cherenkov mechanisms (TC). The latter mechanism is shown to dominate for single-color multi-cycle lasers pulses where the emission is driven by longitudinal electron currents. For microplasmas a constant electric field can boost the laser-to-THz converison efficiency by two orders of magnitude via the IC mechanism when increasing the gas-pressure and bias-voltage. Moreover for two-color-driving laser pulses, Maxwell-consistent 3D simulations show, that only 10 μJ laser pulse energy are sufficient to reach conversion efficiencies well above 10−4 when optimizing the focusing conditions. Here, the transverse nature of the IC currents is crucial for the up-scaling of the efficiency with the plasma length. By using elliptically-shaped two-color-driving laser beams, we propose to control the emission spectra by exploiting resonant plasmonic effects

L’imagerie optique à travers des milieux diffusants, comme des milieux biologiques ou de la peinture blanche, reste un challenge car l’information spatiale portée par la lumière incidente est mélangée par les évènements multiples de diffusion. Toutefois, les modulateurs spatiaux de lumière (SLM) disposent de millions de degrés de liberté pour contrôler le profil spatial de la lumière en sortie du milieu, en forme de tavelure (speckle), avec des techniques de modulation du front d’onde. Cependant, si le laser génère une impulsion brève, le signal transmis s’allonge temporellement, car le milieu diffusant répond différemment pour les diverses composantes spectrales de l’impulsion. Nous avons développé, au cours de cette thèse, des méthodes de contrôle du profil spatiotemporel d’une impulsion brève transmise à travers un milieu diffusant. En mesurant la Matrice de Transmission Multi-Spectrale ou Résolue-Temporellement, la propagation de l’impulsion peut être totalement décrite dans le domaine spectral ou temporel. Avec des techniques de manipulation du front d’onde, les degrés de libertés spectraux/temporel peuvent être ajustés avec un unique SLM via la diversité spectrale du milieu diffusant. Nous avons démontré, de manière déterministe, la focalisation spatio-temporelle d’une impulsion brève après propagation dans un milieu diffusant, avec une compression temporelle proche de la durée initiale de l’impulsion, à différentes positions de l’espace-temps. Nous avons également démontré un façonnage contrôlé du profil temporel de l’impulsion, notamment avec la génération d’impulsions doubles. Nous exploitons cette focalisation spatio-temporelle pour exciter un processus optique non-linéaire, la fluorescence à deux photons. Cette approche ouvre des perspectives intéressantes pour le contrôle cohérent, l’étude de l’interaction lumière-matière ainsi que l’imagerie multi-photonique
Optical imaging through highly disordered media such as biological tissue or white paint remains a challenge as spatial information gets mixed because of multiple scattering. Nonetheless, spatial light modulators (SLM) offer millions of degrees of freedom to control the spatial speckle pattern at the output of a disordered medium with wavefront shaping techniques. However, if the laser generates a broadband ultrashort pulse, the transmitted signal becomes temporally broadened as the medium responds disparately for the different spectral components of the pulse. We have developed methods to control the spatio-temporal profile of the pulse at the output of a thick scattering medium. By measuring either the Multispectral or the Time- Resolved Transmission Matrix, we can fully describe the propagation of the broadband pulse either in the spectral or temporal domain. With wavefront shaping techniques, one can control both spatial and spectral/temporal degrees of freedom with a single SLM via the spectral diversity of the scattering medium. We have demonstrated deterministic spatio-temporal focusing of an ultrashort pulse of light after the medium, with a temporal compression almost to its initial time-width in different space-time position, as well as different temporal profile such as double pulses. We exploit this spatio-temporal focusing beam to enhance a non-linear process that is two-photon excitation. It opens interesting perspectives in coherent control, light-matter interactions and multiphotonic imaging

The objective of this thesis work is to detect and to characterize three-dimensional targets in a disordered medium, using electromagnetic excitations. This research domain is of great interest in many applications, such as subsoil probing, medical imaging, non-destructive testing and geophysical exploration, etc. In order to extract the target information from the heterogeneities of the medium, we propose to use one of the time reversal technique, namely the DORT method (French acronym for Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel). This method permits us to generate different waves that focus selectively on each target in high noisy environment. Moreover, this method is also combined with a non-linear inversion algorithm, which permits not only to localize but also to characterize the targets. The reconstruction resolution appears to be better than the ones obtained with the DORT or the inversion procedure alone, especially in the illumination direction. It is also shown that using full-polarized data is indispensable for achieving better performances rather than in scalar configuration. Moreover, in the half-space configuration, it is mandatory to use the frequency-diversity data to get an accurate reconstruction. These theoretical developments are also confronted to experimental data measured in the optical domain. A full-polarization Tomographic Diffractive Microscopy (TDM) is implemented and a resolution about one-fourth of the wavelength is thus obtained. Furthermore, the DORT method is applied in TDM to realize selective focalization and characterization. In the presence of multiple targets, selective characterization of each scatterer is achieved.This thesis work also deals with the characterization problem using transient data. Different inversion algorithms are validated using synthetic and experimental hyper-frequency data.