Soutenances de thèses

Résumé: Les ondes élastiques guidées sont couramment utilisées pour la caractérisation de matériaux et trouvent de nombreuses applications dont la détection de défaut ou la mesure d’épaisseur. Ces ondes sont engendrées efficacement par impact laser et peuvent être détectées par interférométrie laser. Cette étude exploite les ondes guidées, engendrées et détectées par laser, pour évaluer l’épaisseur d’un revêtement de chrome déposé sur un tube en alliage zirconium-niobium (M5). La dispersion et l’observabilité des modes longitudinaux Ln sont calculées à l’aide du logiciel GEWtool et validées avec notre dispositif ultrasons laser pour différentes épaisseurs de revêtement. Le revêtement de chrome modifie la dispersion et l’observabilité des modes, en particulier celle du mode L2. Dans une plage de fréquences spécifique, ce mode est bien observé et présente une forte sensibilité au revêtement et une faible dépendance à l’épaisseur de M5. Nous exploitons ce mode L2 pour mesurer l’épaisseur du chrome sur des tubes en rotation. Par la génération sélective d'un nombre d’onde spécifique, nous mesurons une fréquence que l'on peut lier à l’épaisseur du revêtement de chrome. Nous étudions également les modes à vitesse de groupe nulle (ZGV) qui présentent un intérêt particulier en raison de leur grande sensibilité aux propriétés locales du matériau, en particulier aux épaisseurs du substrat et du chrome. En raison de l’anisotropie de l’alliage M5, les modes ZGV axiaux et circonférentiels existent à des fréquences distinctes. Nous proposons une méthode permettant de mesurer simultanément le mode de surface L2 se propageant axialement ainsi que les deux premiers modes ZGV circonférentiels en une seule mesure. Les épaisseurs du M5 et du chrome sont ainsi déterminées en une seule mesure.

Résumé: L’optimisation des matériaux d’isolation constitue un levier essentiel pour réduire la demande énergétique, rendu d’autant plus déterminant par la part significative du secteur du bâtiment dans la consommation d'énergie finale, en particulier en France. Comprendre les mécanismes de transfert de chaleur dans les isolants fibreux, tels que la laine de verre, composée d’un réseau de fibres de verre tenues entre elles par un liant organique, constitue un défi scientifique majeur en raison de leur caractère hétérogène et multi-échelle. La conduction dans la phase solide, fortement dépendante de la microstructure et peu documentée au niveau des contacts fibre-fibre, reste notamment le mécanisme le moins bien caractérisé. Cette thèse, impliquant l'Institut Langevin, l'Institut Pprime et Saint-Gobain Recherche Paris, vise à analyser ce mode de conduction dans des isolants hétérogènes complexes fibreux comme la laine de verre, au moyen de deux approches complémentaires expérimentales et de modélisation, explorant la problématique à plusieurs échelles. Nous avons d’une part développé un dispositif innovant de thermographie infrarouge quantitative, conçu pour fonctionner sous vide, afin de mesurer la résistance thermique de contact locale entre deux fibres de verre de taille micrométrique. Cette approche permet une première comparaison des propriétés conductrices des contacts selon la présence ou l’absence de liant, et d’en quantifier explicitement l’impact, ainsi que celui de différents paramètres morphologiques, comme le diamètre des fibres ou le diamètre des gouttes de liant. D’autre part, nous proposons des modèles à la fois numériques et théoriques, destinés à estimer les transferts conductifs à l’échelle d’un matelas de fibres, en tenant compte de sa microstructure et des phénomènes microscopiques de contact. Nous montrons notamment que l'évolution de la conductivité solide peut être décrite par une courbe maîtresse prédictive, y compris pour des milieux à faible densité. L’application de ces modèles à la laine de verre, en intégrant les données expérimentales de résistances de contact mesurées, rend possible une première estimation de l’impact des contacts entre fibres sur la conductivité effective des matériaux réels. Ces résultats offrent des informations précieuses pour orienter les stratégies d'amélioration des performances des matériaux d’isolation, et contribuer ainsi à la réduction des consommations énergétiques dans le secteur du bâtiment.

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Résumé: This work presents a theoretical and numerical study of the propagation of light waves through disordered media composed of resonant point-like scatterers. It falls within the framework of the recent development of wavefront shaping techniques, which open up new perspectives for controlling light transport in complex environments. First, we investigate the statistical properties of the transmission matrix as well as those of the dwell-time operator of light within a resonant complex medium. The study is conducted in a two-dimensional waveguide under a scalar approximation (TM polarization). We show that the introduction of resonators enables the exploration of different transport regimes—ballistic, diffusive, and localized—by tuning only the frequency of the incident light. The study of the eigenvalue distribution of the transmission matrix across these regimes reveals that it is entirely governed by a mesoscopic parameter, the mean free path, in addition to the system’s geometric characteristics. The open and closed channels observed in the diffusive regime are similar to those found in non-resonant media. In the localized regime, the channels of maximal transmission adopt a “necklace” structure, optimizing transmission through the coupling of exponentially localized eigenmodes. Regarding the dwell time operator, whose eigenvalues reflect dynamic aspects of transport, its distribution highlights the impact of the reduced energy propagation speed due to the presence of resonators, thus revealing a phenomenon of light trapping. We further demonstrate that the use of optimized wavefronts significantly enhances both transmission and dwell time. In a second part, we show that the total electromagnetic energy stored in a disordered set of resonators decomposes into two contributions: one associated with radiation, the other with matter. For resonators with high quality factors, the matter energy largely dominates, and their ratio tends toward a universal value in the thermodynamic limit. Using multiple scattering theory, we establish that, in this limit, the energy transport velocity is entirely determined by the ratio between the matter and radiation energies. Finally, the potential for energy deposition modulation is explored via wavefront shaping, an approach that allows manipulation of the dynamic degrees of freedom of the scattered wave by acting solely on its spatial components. As an exploratory study, the case of vector waves is considered in a last part to assess the influence of polarization on the transport properties in disordered media.

Résumé: Time-Domain Full-Field Optical Coherence Tomography (TD-FF-OCT) holds significant potential for in vivo, high-resolution ocular imaging, but its clinical application is hindered by motion-induced artifacts and a complex noise profile. This thesis develops and evaluates novel post-processing methods to address these limitations. I present three advanced deep learning-based denoising approaches. First, a self-supervised Noise2Noise adaptation provides a robust baseline. Second, a novel Wavelet-guided Dual-Path Attention U-Net, incorporating wavelet decomposition and attention mechanisms, achieves superior suppression of structured noise. Third, a transfer learning framework leveraging a novel synthetic data generation pipeline, based on gradient noise and physics-informed interference modeling, addresses the lack of clean reference data. To overcome depth scrambling caused by eye motion, I develop an automated depth-based frame organization pipeline, systematically evaluating various feature descriptors and clustering algorithms. These advancements collectively aim to enhance TD-FF-OCT image quality, to reduce processing time, and to improve the reliability of biomarker extraction, paving the way for more accurate and efficient diagnosis and monitoring of ocular diseases.

Résumé: Ma thèse s'inscrit dans la continuité des travaux de l'Institut Langevin sur le contrôle spatio-temporel des ondes. Nous montrons que les milieux complexes offrent de plus grandes possibilités que l'espace libre. Nous quantifions ces apports en termes de degrés de liberté spatio-temporels qui peuvent être mis à profit grâce à l'utilisation de signaux large bande et de sources d'émission multiples. Nous présentons les métasurfaces convolutives temporelles et leur utilisation dans le cadre du double retournement temporel. Nous développons une solution d'imitation de l'effet cocktail party à partir de métasurfaces temporelles configurées à l'aide du double retournement temporel. Nous continuons d'améliorer la focalisation spatio-temporelle grâce à des techniques plus évoluées que le retournement temporel (retournement temporel itératif, méthodes d'optimisation). Enfin, nous présentons succinctement des résultats de double retournement temporel en temps réel dans le domaine acoustique audible.

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Résumé: Les caméras actuellement utilisées dans l’infrarouge (IR) ne mesurent que l'amplitude du rayonnement. Or, la phase est utile et complémentaire à l’amplitude pour comprendre les propriétés de l'objet imagé, telles que les variations de l'indice de réfraction. Nous avons mis au point une nouvelle technique d'imagerie de la phase utilisant le rayonnement IR à ondes longues (LWIR) (7-14 µm), en utilisant un matériau diffusant mince et une caméra microbolométrique non refroidie. La lumière diffusée par le matériau crée des motifs complexes de tavelures ou "speckle", dont l'analyse donne accès à la phase du rayonnement IR. Nous avons testé notre technique sur des lentilles et des objets fabriqués présentant des propriétés de phase complexes, et réussi à reconstruire leurs fronts d'onde (profils de phase). Cela offre de nouvelles possibilités pour analyser l'émission IR, mais aussi visualiser des matériaux non transparents, comme les tranches de semi-conducteurs, à l'aide du rayonnement LWIR.

Résumé: La microscopie à fluorescence est devenue le principal outil d'imagerie dans la recherche biologique. En raison de sa capacité à imager spécifiquement la structure biologique d'intérêt dans les cellules vivantes, la technique est inestimable pour de nombreuses tâches, en particulier en biologie cellulaire et moléculaire. L'invention de la microscopie à fluorescence à super-résolution il y a environ 20 ans permet maintenant la localisation de molécules uniques dans l'échantillon bien en dessous de la limite de diffraction, qui a longtemps été considérée comme une restriction absolue et insurmontable de la microscopie optique. Ces dernières années, des nouvelles techniques ont été introduites dans le domaine en utilisant des motifs d'éclairage structurés, atteignant ainsi des précisions de localisation nettement inférieures à 5 nm. Dans ce travail, nous présentons une nouvelle méthode de microscopie de fluorescence super-résolue utilisant un éclairage structuré modulé dans le temps, qui permet de déterminer les positions des émetteurs dans l'échantillon uniquement en fonction du nombre de photons émis dans le temps. Il est important de noter que la procédure de localisation ne dépend donc pas d'une caméra en tant que dispositif d'acquisition, mais ne nécessite qu'un seul module de comptage de photons. En même temps, la technique maintient une capacité d'imagerie à plein champ. Cela se traduit par une résolution temporelle nettement plus élevée par rapport aux techniques basées sur la caméra, tandis qu'une résolution spatiale comparable est obtenue. Cette nouvelle méthode a reçu le nom de TimeLoc, abréviation de 'Time-modulation Localization'. Après la mise en œuvre expérimentale, la fonctionnalité de la technique a d'abord été évaluée sur des billes fluorescentes en tant que qu'objet de calibration brillants, donnant des signaux d'émission avec un nombre de photons importants et facilement modulable . Les résultats expérimentaux ont ainsi montré que la mise en œuvre donnée atteint la limite de résolution théorique de la technique. Plus récemment, des expériences ont été menées sur des échantillons biologiques, où la reconstruction d'image du réseau de microtubules dans les cellules COS7 a été réalisée, démontrant ainsi la détection flurophores individuelles emettant en régime de molécules uniques. Une perspective prometteuse pour TimeLoc est de le combiner avec des approches résolues en temps (Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM)), qui fournit des informations sur le microenvironnement chimique dans l'échantillon. Étant donné que FLIM nécessite un dispositif de détection rapide, TimeLoc serait particulièrement bien adapté pour détecter simultanément les positions des émetteurs dans l'échantillon.

Résumé: Le microscope optique est un outil de base des scientifiques. D’après le modèle ondulatoire de la lumière, sa résolution est limitée à quelques centaines de nanomètres, c’est la limite de diffraction. Des méthodes basées sur l’utilisation de molécules fluorescentes ont repoussé cette limite à quelques nanomètres. Il serait d’une grande utilité de pouvoir dépasser cette limite sans avoir recours à ces composés parfois toxiques. L’image formée par un microscope dépend du microscope mais aussi de l’éclairage de l’objet observé. Dans cette thèse, nous éclairons l’objet par un émetteur en rotation autour d’un axe au lieu d’une illumination statique habituellement. Un objet sur l’axe de rotation ne verra pas le mouvement de l’émetteur car la distance les séparant ne varie pas, un objet hors axe percevra une variation de l’onde émise puisque l’émetteur s’éloigne et se rapproche périodiquement. En utilisant ce critère on distingue des objets plus petits que la limite de diffraction. La viabilité de cette approche est démontrée à l'aide d'expériences en acoustique audible. Enfin, son implémentation sur un microscope confocal permet de véritablement observer des objets habituellement indiscernables avec cet outil.