Thèses sur le sujet « Rendement de fluorescence »

(. . . ) l'etude des huit lignees et de neuf hybrides issus de celles-ci a montre l'existence d'une variabilite suffisamment importante pour etre exploitee. Les correlations etablies ont revele que les taux de lignine des tiges depend plus de la lignification des vaisseaux conducteurs que de leur nombre et le port erige apparait comme une caracteristique systematique des genotypes hyperlignifies. Les consequences sur la productivite de la culture sont envisagees (. . . )

Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la télédétection de la fluorescence chlorophyllienne avec un instrument imageur passif depuis une orbite géostationnaire pour le suivi de l’état physiologique de la végétation. Le concept instrumental est étudié théoriquement pour aboutir à la création d’uninstrument et à sa validation. La possibilité de mesurer des cycles diurnes de la fluorescence végétale depuis une orbite géostationnaire est évaluée à l’aide de simulations qui permettent de dresser les spécifications d’un instrument spatial.L’instrument imageur passif mesure dans la bande O 2 -A d’absorption atmosphérique. Il utilise une roue à filtres interférentiels dont la fonction de transmittance varie avec l’angle d’incidence des rayons les traversant. L’étude théorique a permis d’optimiser le placement spectral des filtres en vuede minimiser l’incertitude liée à la mesure de fluorescence.Grâce à la comparaison des mesures de l’instrument imageur avec d’autres instrument de mesure de la fluorescence, l’instrument et son concept instrumental ont été validés. Néanmoins, à cause d’effets de structure de la végétation intervenant sur le transfert radiatif de la fluorescence et de la lumière solaire au sein du couvert végétal, ces mesures ont confirmé la difficulté d’estimer le rendement de fluorescence de la végétation à partir des flux de fluorescence mesurés.Une étude théorique menée grâce à une modélisation du transfert radiatif de la fluorescence dans le couvert végétal jusqu’au capteur a permis d’expliquer la difficulté à retrouver le rendement de fluorescence à partir des flux. Cette étude a mis en avant l’accessibilité du rendement pour des couverts à fortedensité de feuilles et lorsque la distribution de l’orientation des feuilles est centrée sur l’horizontale.Cette modélisation a été étendue pour simuler des mesures spatiales dans le but d’étudier la possibilité de mesurer la fluorescence depuis une orbite géostationnaire dans les bandes O 2 -A et O 2 -B. Les résultats de ces simulations montrent la possibilité de mesurer préférentiellement dans la bandeO 2 -A avec une faible incertitude sur les flux de fluorescence et une bonne répétabilité temporelle pour le suivi des cycles diurnes de la fluorescence de la végétation
Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la télédétection de la fluorescence chlorophyllienne avec un instrument imageur passif depuis une orbite géostationnaire pour le suivi de l’état physiologique de la végétation. Le concept instrumental est étudié théoriquement pour aboutir à la création d’uninstrument et à sa validation. La possibilité de mesurer des cycles diurnes de la fluorescence végétale depuis une orbite géostationnaire est évaluée à l’aide de simulations qui permettent de dresser les spécifications d’un instrument spatial.L’instrument imageur passif mesure dans la bande O 2 -A d’absorption atmosphérique. Il utilise une roue à filtres interférentiels dont la fonction de transmittance varie avec l’angle d’incidence des rayons les traversant. L’étude théorique a permis d’optimiser le placement spectral des filtres en vuede minimiser l’incertitude liée à la mesure de fluorescence.Grâce à la comparaison des mesures de l’instrument imageur avec d’autres instrument de mesure de la fluorescence, l’instrument et son concept instrumental ont été validés. Néanmoins, à cause d’effets de structure de la végétation intervenant sur le transfert radiatif de la fluorescence et de la lumière solaire au sein du couvert végétal, ces mesures ont confirmé la difficulté d’estimer le rendement de fluorescence de la végétation à partir des flux de fluorescence mesurés.Une étude théorique menée grâce à une modélisation du transfert radiatif de la fluorescence dans le couvert végétal jusqu’au capteur a permis d’expliquer la difficulté à retrouver le rendement de fluorescence à partir des flux. Cette étude a mis en avant l’accessibilité du rendement pour des couverts à fortedensité de feuilles et lorsque la distribution de l’orientation des feuilles est centrée sur l’horizontale.Cette modélisation a été étendue pour simuler des mesures spatiales dans le but d’étudier la possibilité de mesurer la fluorescence depuis une orbite géostationnaire dans les bandes O 2 -A et O 2 -B. Les résultats de ces simulations montrent la possibilité de mesurer préférentiellement dans la bandeO 2 -A avec une faible incertitude sur les flux de fluorescence et une bonne répétabilité temporelle pour le suivi des cycles diurnes de la fluorescence de la végétation

Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la télédétection de la fluorescence chlorophyllienne avec un instrument imageur passif depuis une orbite géostationnaire pour le suivi de l’état physiologique de la végétation. Le concept instrumental est étudié théoriquement pour aboutir à la création d’uninstrument et à sa validation. La possibilité de mesurer des cycles diurnes de la fluorescence végétale depuis une orbite géostationnaire est évaluée à l’aide de simulations qui permettent de dresser les spécifications d’un instrument spatial.L’instrument imageur passif mesure dans la bande O 2 -A d’absorption atmosphérique. Il utilise une roue à filtres interférentiels dont la fonction de transmittance varie avec l’angle d’incidence des rayons les traversant. L’étude théorique a permis d’optimiser le placement spectral des filtres en vuede minimiser l’incertitude liée à la mesure de fluorescence.Grâce à la comparaison des mesures de l’instrument imageur avec d’autres instrument de mesure de la fluorescence, l’instrument et son concept instrumental ont été validés. Néanmoins, à cause d’effets de structure de la végétation intervenant sur le transfert radiatif de la fluorescence et de la lumière solaire au sein du couvert végétal, ces mesures ont confirmé la difficulté d’estimer le rendement de fluorescence de la végétation à partir des flux de fluorescence mesurés.Une étude théorique menée grâce à une modélisation du transfert radiatif de la fluorescence dans le couvert végétal jusqu’au capteur a permis d’expliquer la difficulté à retrouver le rendement de fluorescence à partir des flux. Cette étude a mis en avant l’accessibilité du rendement pour des couverts à fortedensité de feuilles et lorsque la distribution de l’orientation des feuilles est centrée sur l’horizontale.Cette modélisation a été étendue pour simuler des mesures spatiales dans le but d’étudier la possibilité de mesurer la fluorescence depuis une orbite géostationnaire dans les bandes O 2 -A et O 2 -B. Les résultats de ces simulations montrent la possibilité de mesurer préférentiellement dans la bandeO 2 -A avec une faible incertitude sur les flux de fluorescence et une bonne répétabilité temporelle pour le suivi des cycles diurnes de la fluorescence de la végétation
Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la télédétection de la fluorescence chlorophyllienne avec un instrument imageur passif depuis une orbite géostationnaire pour le suivi de l’état physiologique de la végétation. Le concept instrumental est étudié théoriquement pour aboutir à la création d’uninstrument et à sa validation. La possibilité de mesurer des cycles diurnes de la fluorescence végétale depuis une orbite géostationnaire est évaluée à l’aide de simulations qui permettent de dresser les spécifications d’un instrument spatial.L’instrument imageur passif mesure dans la bande O 2 -A d’absorption atmosphérique. Il utilise une roue à filtres interférentiels dont la fonction de transmittance varie avec l’angle d’incidence des rayons les traversant. L’étude théorique a permis d’optimiser le placement spectral des filtres en vuede minimiser l’incertitude liée à la mesure de fluorescence.Grâce à la comparaison des mesures de l’instrument imageur avec d’autres instrument de mesure de la fluorescence, l’instrument et son concept instrumental ont été validés. Néanmoins, à cause d’effets de structure de la végétation intervenant sur le transfert radiatif de la fluorescence et de la lumière solaire au sein du couvert végétal, ces mesures ont confirmé la difficulté d’estimer le rendement de fluorescence de la végétation à partir des flux de fluorescence mesurés.Une étude théorique menée grâce à une modélisation du transfert radiatif de la fluorescence dans le couvert végétal jusqu’au capteur a permis d’expliquer la difficulté à retrouver le rendement de fluorescence à partir des flux. Cette étude a mis en avant l’accessibilité du rendement pour des couverts à fortedensité de feuilles et lorsque la distribution de l’orientation des feuilles est centrée sur l’horizontale.Cette modélisation a été étendue pour simuler des mesures spatiales dans le but d’étudier la possibilité de mesurer la fluorescence depuis une orbite géostationnaire dans les bandes O 2 -A et O 2 -B. Les résultats de ces simulations montrent la possibilité de mesurer préférentiellement dans la bandeO 2 -A avec une faible incertitude sur les flux de fluorescence et une bonne répétabilité temporelle pour le suivi des cycles diurnes de la fluorescence de la végétation

La fluorescence de la chlorophylle (ChlF) est directement liée au processus photosynthétique. Cependant, au niveau de la canopée, ce lien physiologique entre la fluorescence et la photosynthèse peut être brouillé par les changements structurels de la végétation et les interactions entre la lumière du soleil et la structure 3D de la canopée. De plus, une grande partie de nos connaissances sur la relation entre la fluorescence et l'état physiologique des plantes provient d'études au niveau des feuilles réalisées dans des conditions de laboratoire. La signification physiologique de la ChlF au niveau de la canopée et dans des conditions naturelles est toujours un sujet de recherche majeur. Ce projet doctoral avait pour objectifs : 1. Etude du rendement de fluorescence de la chlorophylle au niveau de la canopée: nous décrivons un nouvel instrument, Ledflex, qui est un micro-LIDAR dédié à effectuer des mesures continues du rendement de fluorescence de la végétation. Ledflex a été appliqué avec succès dans des conditions de plein soleil pour établir la signature du stress hydrique sur la canopée du pois (Pisum Sativum). Dans des conditions bien irriguées, le cycle diurne du rendement de fluorescence observé (Fs) présente une forme en M avec un minimum (Fmin) vers midi supérieur au niveau observé à l’obscurité (Fo). Après plusieurs jours sans irrigation, Fs diminue et Fmin
The chlorophyll fluorescence (ChlF) is directly related to the photosynthetic process. However, at canopy level this physiological link between fluorescence and photosynthesis may be blurred by structural vegetation changes and geometrical effects linked to interactions between sunlight and the three-dimensional structure of the canopy. Furthermore, much of our knowledge about the relationship between fluorescence and the physiological status of plants come from leaf level studies carried out under laboratory conditions. The physiological significance of ChlF at canopy level and under natural conditions is still a major subject of research and a source of uncertainties in the interpretation of SIF. This doctoral project aims were: 1. To study chlorophyll fluorescence yield at canopy level: we describe a new instrument, Ledflex, which is a micro-LIDAR dedicated to perform continuous measurements of vegetation fluorescence yield. Ledflex has been successfully applied under full sunlight conditions to establish the signature of water-stress on a pea (Pisum Sativum) canopy. Under well-watered conditions the Fs diurnal cycle present an M shape with a minimum (Fmin) at noon which is higher than the fluorescence level observed at predawn (Fo). After several days withholding watering, Fs decreases and Fmin

De nouveaux fluorophores (derives du 4-n, n-dimethylaminobenzamide et du para dialkylamino-para-cyanoterphenyle) substitues en para et para par des groupements, respectivement donneur et accepteur d'electrons ont ete synthetises. Leur etude par des methodes spectroscopiques (absorption, fluorescence et duree de vie de fluorescence) et theoriques (calculs semi-empiriques) a permis de caracteriser les proprietes de l'etat excite. En particulier des etats a fort caractere de transfert de charge (tict) ont ete mis en evidence. Les composes etudies peuvent etre consideres comme les modeles de sondes complexantes capables de detecter des cations. Leur etude photophysique en fonction de certains parametres structuraux nous a permis de proposer pour chacune des deux familles la sonde la mieux adaptee a la complexation de cation. Les fluoroionophores correspondants dont la cavite complexante est une azacouronne ont ete synthetises. Les premieres etudes ont montre une modification des proprietes d'absorption et de fluorescence apres addition de cation.

A la différence de la fluorescence des molécules isolées, la fluorescence des systèmes photosynthétiques in vivo se caractérise par un rendement quantique variable avec l'éclairement en fonction de la capacité du système à convertir l'énergie. Nous avons développé deux nouveaux instruments basés sur la technique de fluorimétrie de phase et de modulation (FPM) dans le domaine 30-500 MHz. Ils permettent la mesure des changements de la durée de vie de fluorescence qui accompagnent la variation du rendement quantique. La FPM a permis d'obtenir pour la première fois une décomposition directe des hétérogénéités de fluorescence pendant une induction complète de fluorescence. Malgré cette hétérogénéité, une quasi-proportionnalité entre la durée de vie moyenne et le rendement de fluorescence a été mis en évidence. Des hypothèses sur la structure et le fonctionnement du PSII ont donc été proposées pour concilier les deux aspects de l'émission de la fluorescence chlorophyllienne in vivo: hétérogène structurellement et homogène cinétiquement. Nous avons prouvé, sur la base d'un modèle cinétique à trois compartiments, que l'hétérogénéité de la fluorescence est due à la compartimentation de l'énergie d'excitation dans les antennes. Le troisième compartiment, un complexe chlorophylle protéine faiblement lié à l'antenne du PSII, a été trouvé responsable pour le changement conformationnel rapide pendant la phase thermique de l'induction de fluorescence. Il se manifeste en lumière modérée par un déplacement transitoire vers le bleu du maximum rouge à 685 nm du spectre de fluorescence est traduit un fort déséquilibre de l'appareil photosynthétique dans les premières secondes d'illumination. La mesure de la durée de vie de fluorescence peut être utilisée avec succès pour étudier à distance l'organisation et le fonctionnement de l'appareil photosynthétique, pour y détecter précocement un disfonctionnement et pour estimer de façon directe le rendement quantique absolu de la fluorescence
Contrary to the chlorophyll fluorescence in solution, the fluorescence of photosynthetic systems in vivo is characterized by a variable quantum yield, which depends on the system's capacity to convert the excitation energy. Based on the phase and modulation fluorometry (PMF) technique, we developed two newly instruments in the 30-500 MHz range, which measure the fluorescence lifetime changes during the fluorescence induction with a millisecond sampling rate. The multi-frequency PMF allowed us to obtain for the first time a direct decomposition of fluorescence heterogeneities during a complete fluorescence induction upon a dark to light transition in leaves. In spite of this heterogeneity, a quasi-proportionality between the average lifetime and quantum yield during the fluorescence induction was obtained. Therefore, proposals to reconcile the two aspects of the chlorophyll fluorescence emission in-vivo, heterogeneous structure and homogeneous kinetics were made. We proved, on the basis of a kinetic model with three compartments, that the heterogeneity of the fluorescence is due to the compartmentation of the excitation energy in the antenna of PSII. The third compartment, a loosely connected chlorophyll-protein complex located on the minor antenna or on the reaction center of PSII, was also found to be responsible for the fast conformational change during the thermal phase of the fluorescence induction. A transitory blue shift of the red maximum at 685 nm of the chlorophyll fluorescence spectrum strongly sustains our hypothesis. The fast conformational change observed during the thermal phase is different from the conformational change due to the aggregation of the antenna as photoregulation mechanism. The multi-frequency PMF proved to be a new and powerful methodological approach for the analysis of the variable fluorescence and excitation energy dynamics of the photosynthetic apparatus

Nous avons étudié les propriétés optiques de nanocristaux de semiconducteurs II-VI à base de CdSe. Tout d'abord, la mise en place d'un montage permettant une mesure précise et rapide de leur rendement quantique de fluorescence, conjointement à des mesures de photoluminescence (PL), a contribué à l'optimisation des paramètres de synthèse. Les phénomènes de clignotement de la fluorescence et de dégroupement de photons ont été caractérisés sur des nanocristaux uniques grâce à la mise en place d'un montage de micro-PL résolue en temps. L'inclusion de nanocristaux dans des matrices de polymères conducteurs, dans le but de mieux comprendre le clignotement, a été étudiée. Nous avons aussi modifié le diagramme de rayonnement des nanocristaux en les plaçant dans une demi-cavité à miroir d'or pour augmenter le signal de fluorescence collecté sur des nanocristaux individuels. Enfin, nous avons démontré le couplage de nanocristaux à des modes de galerie de microdisques de silice.

L'étude du spectre en énergie des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie (E > 1020 eV) impose de déterminer cette dernière avec bien plus de précision que ce qui est réalisé actuellement. La gerbe de particules créée dans l'atmosphère peut être détectée soit par l'échantillonnage au sol des particules, soit par la détection de la fluorescence produite par l'excitation de l'azote par les électrons de la gerbe. La mesure de la fluorescence est, pour le moment, la méthode la plus simple et la plus fiable, car elle ne fait pas appel aux lois de la physique hadronique à des énergies extrêmes, domaine inaccessible aux accélérateurs. La connaissance précise du facteur de conversion entre énergie déposée et nombre de photons de fluorescence émis (le rendement) est donc essentielle. Jusqu'à présent, il n'a été déterminé qu'avec une précision de 15 %. Cette expérience a pour objectif principal la mesure de ce rendement à mieux que 5 %. Pour cela, des électrons (~1 MeV) provenant d'une source radioactive excitent l'azote de l'air. Cette précision a été atteinte par la mise en œuvre d'une méthode de calibration nouvelle de l'efficacité absolue des photomultiplicateurs détectant les photons à mieux que 2 %. Le rendement de la fluorescence, mesuré puis normalisé à 0.85 MeV, 760 mmHg et 15°C, vaut
4.23 ± 0.20 photons par mètre,
soit 20.46 ± 0.98 photons par MeV déposé.
Par ailleurs, et pour la première fois, le spectre de la fluorescence de l'azote excité par une source a été mesuré de façon absolue au moyen d'un spectromètre optique à réseau.

La fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil (SIF) est désormais utilisée comme outil pour suivre la production primaire brute (GPP) du couvert végétal de différents écosystèmes. La SIF est importante pour comprendre le cycle global du carbone dans un contexte de changements climatiques. Cependant, l’usage de la SIF pour suivre les variations de la GPP est entravée par des facteurs confondants (propriétés biochimiques des feuilles, facteurs abiotiques, etc.). Dans cette thèse, on propose d’utiliser des observations à plusieurs échelles [satellitaires (TROPOMI et MODIS) et au sol] de la SIF, de réflectance, de la GPP et du rendement de la fluorescence chlorophyllienne par mesure active (FyieldLIF), utile pour observer les variations physiologiques de la végétation, afin d’abord 1) d’évaluer la force des liens GPP-SIF et de prédire la GPP à l’aide de mesures spatiales ; ensuite, 2) d’examiner les liens FyieldLIF-SIFy (SIF normalisé par le rayonnement photosynthétiquement actif, PAR) et les effets de structure du couvert végétal sur la SIF; et enfin 3) d’explorer l’influence de la structure de la canopée et des facteurs abiotiques sur les variations de la SIF et de la GPP et sur leurs liens. On constate que la force et la nature des liens GPP-TROPOMI SIF sur 40 sites de tours à flux dépendent du site et du type de végétation, reflétant l’hétérogénéité spatiale et temporelle de la couverture végétale du pixel TROPOMI. En outre, les mesures satellitaires de la SIF et de la réflectance prédisent plus de 80 % des variations de la GPP. Toutefois, on remarque que les réflectances à différentes bandes prises ensemble prédisent mieux la GPP que TROPOMI SIF, mais l’importance relative montre que la SIF est la variable la plus importante pour prédire la GPP (SIF plus les indices de végétation (VIs) comme variables explicatives). Ce résultat soutient qu’à des échelles spatiales larges la réflectance pourrait être utilisée pour estimer la GPP et que l’usage de la SIF comme proxy de la GPP soulève la question de savoir si l’information physiologique liée à la photosynthèse issue de la SIF pourrait être détectée à cette échelle. Par ailleurs, à partir de mesures au sol effectuées à Fontainebleau-Barbeau, on montre que FyieldLIF n’est pas corrélé avec SIFy à l’échelle diurne à cause des effets de géométrie d’éclairement. On constate aussi que les dynamiques diurnes de la SIF et du PAR décorrèlent lors des jours de ciel clair, montrant les effets de l’ombre sur la SIF. On montre aussi que la SIF et la réflectance peuvent être utilisées pour prédire FyieldLIF, tandis Φk (SIFy/FyieldLIF) (indicateur de l’interaction structure-éclairement) est corrélé à la réflectance et à la géométrie de la canopée. On souligne que les liens GPP-SIF et leurs variations dépendent de l’échelle temporelle considérée. Particulièrement, à l’échelle saisonnière, on observe que les variations de GPP, SIF, SIFy et FyieldLIF répondent au développement structurel et biochimique des canopées, ainsi qu’aux facteurs abiotiques. Lors des vaques de chaleurs, on constate que la SIF et les VIs (NDVI, NIRv et mNDI) d’une part et la SIF et le PAR d’autre part ne sont pas corrélés, tandis que GPP, SIF et FyieldLIF diminuent fortement. Ceci indique que SIF et FyieldLIF peuvent être utilisés pour suivre la photosynthèse du couvert en conditions de stress alors que les VIs ne peuvent pas. Cette réponse spécifique de la SIF et FyieldLIF comparée aux VIs souligne l’intérêt croissant de l’usage de la SIF comme proxy de la GPP dans des conditions climatiques changeantes. Toutefois, à l’échelle diurne, les interactions entre structure de la canopée et géometrie d’éclairement contrôlent les variations de la SIF, de la GPP et de la relation GPP-SIF. On recommande l’usage de la synergie réflectance-SIF et des mesures actives pour mieux comprendre les variations de la SIF et son lien avec la GPP sur d’autres types de couverts végétaux
Sun-Induced chlorophyll Fluorescence (SIF) is used as a tool to monitor Gross Primary Production (GPP) across different ecosystems. SIF is important to understand the global carbon cycle under changing climate conditions. However, the use of SIF to probe variations in GPP is challenged by confounding factors (canopy biochemical properties, abiotic factors, etc.). In this thesis, we proposed to use multiple scale measurements (spaceborne with the TROPOMI and MODIS sensors, and ground-based) of SIF, reflectance, GPP, and active chlorophyll fluorescence yield (FyieldLIF), useful to observe the physiological variations of the vegetation. In order, first, to evaluate the strength and the nature of the relationship between GP-SIF and to predict GPP using remote sensing metrics; second, to examine the relationship between FyieldLIF and SIFy (SIF normalized by the photosynthetically active radiation, PAR) and the effects of canopy structure and sun-canopy geometry on SIF signal, and third, to explore the influence of canopy structure, light intensity and abiotic factors on SIF and GPP variations and on their links. We found that the strength and the nature of the links between GPP and TROPOMI SIF, across forty flux sites, depend on sites and vegetation types. Further, combined use of SIF and reflectance from satellite observations predicted over 80% of GPP variations. However, we observed that daily surface reflectance at different bands when taken as a whole outperformed daily TROPOMI SIF in predicting GPP, but the relative importance of variables in the random forest model using SIF and VIs (NDVI, PRI and NIRv) as inputs to predict GPP shows that SIF is the most important variable for predicting GPP. This result indicates that at a broad spatial scale, reflectances could be used to predict GPP and the use of SIF as a proxy of GPP raises the question of whether the physiological information related to photosynthesis contained in SIF could be detected at this scale. Based on top-of-canopy measurements in Fontainebleau-Barbeau, we show that active FyieldLIF was not correlated with passive SIFy at the diurnal timescale due to sun-canopy geometry effects. We also observed that the diurnal patterns in SIF and PAR did not match under clear sky conditions, underlining the effects of shadows on the measured canopy SIF. We also showed that the SIF and the reflectance can be used to predict FyieldLIF, while Φk =SIFy/FyieldLIF (an indicator of the interaction between canopy structure and irradiance geometry) is strongly correlated with reflectance and sun-canopy geometry. The analyses show that the links between GPP and SIF and their variations, resulting from ground-based measurements, depend on the temporal scale considered. More specifically, at the seasonal scale, we observed that variations in GPP, SIF, SIFy and FyieldLIF respond to the structural and biochemical development of canopies and to variations in abiotic factors, especially during the heatwaves in 2022. During these extreme weather conditions, we observed that, on one hand, SIF and VIs (NDVI, NIRv and mNDI), and on the other hand, SIF and PAR are not correlated, while GPP, SIF and FyieldLIF strongly decreased. This indicates that SIF and FyieldLIF can be used to monitor impact on photosynthetic activity under stress conditions, while VIs cannot. This specific response of SIF and FyieldLIF compared to VIs highlights the growing interest in the use of SIF as a proxy of GPP under changing climate conditions. However, at the diurnal scale, the interactions between canopy structure and sun geometry, as well as the light intensity control the variations in SIF and GPP and their links. We strongly recommend the use of the synergy between reflectance, SIF and active fluorescence measurements to better understand the dynamics of SIF and its link to GPP in other vegetation types at the canopy scale

L'étude du spectre en énergie des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie (E > 1020 eV) impose de déterminer cette dernière avec bien plus de précision que ce qui est réalisé actuellement. La gerbe de particules créée dans l'atmosphère peut être détectée soit par l'échantillonnage au sol des particules, soit par la détection de la fluorescence produite par l'excitation de l'azote par les électrons de la gerbe. La mesure de la fluorescence est, pour le moment, la méthode la plus simple et la plus fiable, car elle ne fait pas appel aux lois de la physique hadronique à des énergies extrêmes, domaine inaccessible aux accélérateurs. La connaissance précise du facteur de conversion entre énergie déposée et nombre de photons de fluorescence émis (le rendement) est donc essentielle. Jusqu'à présent, il n'a été déterminé qu'avec une précision de 15 % Cette expérience a pour objectif principal la mesure de ce rendement à mieux que 5 %. Pour cela, de: électrons (~1 MeV) provenant d'une source radioactive excitent l'azote de l'air. Cette précision a été atteint! par la mise en œuvre d'une méthode de calibration nouvelle de l'efficacité absolue des photomultiplicateur: détectant les photons à mieux que 2 %. Le rendement de la fluorescence, mesuré puis normalisé à 0. 85 MeV 760 mmHg et 15°C, vaut 4. 23 ± 0. 20 photons par mètre, soit 20. 46 ± 0. 98 photons par MeV déposé. Par ailleurs, et pour la première fois, le spectre de la fluorescence de l'azote excité par une source a et mesuré de façon absolue au moyen d'un spectromètre optique à réseau
The study of the energy spectrum of ultra-high energy cosmic rays (E > 1020 eV) requires t determine the energy with much more precision than what is currently achieved. The shower of particle created in the atmosphere can be detected either by sampling particle on the ground, or by detecting the fluorescence induced by the excitation of nitrogen by shower electrons. At present, the measurement of the fluorescence is the simplest and the most reliable method, since it does not call upon hadronic physics laws s extreme energies, a field still inaccessible to accelerators. The precise knowledge of the conversion facto between deposited energy and the number of fluorescence photons produced (the yield) is thus essential. Up to now, it has been determined with an accuracy of 15 % only. This main goal of this work is to measure this yield to better than 5 %. To do this, ~1 MeV electrons from a radioactive source excite nitrogen of the air. The accuracy has been reached thanks to the implementation of a new method for the absolute calibration of the photomultipliers detecting the photons, to better than 2 %. The fluorescence yield, measured and normalize to 0. 85 MeV, 760 mmHg and 15°C, is 4. 23 ± 0. 20 photons per meter, or 20. 46 ± 0. 98 photons per deposited MeV. In addition, and for the first time, the absolute fluorescence spectrum of nitrogen excited by a source has been measured with an optical grating spectrometer

Des plantes d’orge cultivées sous un faible éclairement présentent, lorsqu’elles sont exposées à un fort éclairement, une photo inhibition de la photosynthèse. Celle-ci se caractérise par une diminution de l’assimilation du co2 associée à une baisse du rendement quantique et de la fluorescence variable à 690 nm. Elle traduit une perte partielle et réversible de l’efficacité et des capacités photosynthétiques ; Le principal facteur responsable du ralentissement du fonctionnement du cycle de Calvin-Benson serait la limitation de production du pouvoir réducteur. Il interviendrait en diminuant la réduction du PGA et, en conséquence, la régénération du RuBP et en abaissant les activités de certaines enzymes photo régulées
Exposure of low-light-grown barley plants to high irradiance resulted in the loss of photosynthetic capacity called photo inhibition. This was characterized by a decrease in the quantum yield for CO assimilation and the loss of variable fluorescence at 690 nm. Photinhibition resulted in a partial (but reversable) decline in photosynthetic efficiency and capacity. The principal factor responsible for the inhibition of Benson-Calvin cycle activity was the resultant deficit in provision of reducing power. This is evidenced by the failure to maintain PGA reduction (and as a consequence RuBP regeneration) and also by the decrease in the activities of redox-modulated enzymes

Les récentes avancées en microscopie de fluorescence (augmentation de résolution spatiale, correction des aberrations induites par l'échantillon...) ouvrent de nombreuses perspectives en imagerie biologique. Mais pour que ces techniques se répandent, il est nécessaire de réduire les contraintes qu'elles imposent sur la préparation des échantillons, sur les sondes fluorescentes, sur la complexité de mise en oeuvre ou la cadence d'acquisition. Pendant ma thèse, j'ai travaillé sur le développement et l'amélioration de quelques-unes de ces techniques. Dans un premier temps, deux systèmes d'illumination structurée ont été réalisés dans le but d'accélérer la cadence de réalisation de coupes optiques pour l'observation d'échantillons épais vivants. Une deuxième partie de mon travail a concerné la mise en place d'une nouvelle approche de reconstruction en illumination structurée afin de dépasser la limite de résolution imposée par le microscope. Cet outil permet de réduire le nombre d'images requises pour la reconstruction d'une image super-résolue, ce qui ouvre la voie à une augmentation de la cadence de réalisation de ces images. Un montage d'optique adaptative a également été développé afin de corriger les aberrations introduites par les échantillons épais, permettant une amélioration des capacités d'imagerie en profondeur. L'accent a été mis sur la protection de l'échantillon, grâce à l'utilisation de billes fluorescentes pour déterminer la correction à appliquer sans illuminer l'échantillon. Enfin, un instrument de mesure du rendement quantique de fluorescence dédié à la caractérisation de fluorophores infrarouges a été mis en oeuvre afin de pallier les limitations des méthodes de mesure classiques dans le proche infrarouge.

Résumé : Le phytoplancton, un ensemble de microorganismes photosynthétiques, est responsable de près de la moitié de la production primaire nette planétaire. Malgré son importance primordiale dans le cycle du carbone et du support de la vie marine, personne n'est encore en mesure d’expliquer la distribution du rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle, un paramètre intimement lié à la physiologie et à l'état de santé de ces organismes. Dans le but d'apporter des précisions quant au comportement du rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle à l'échelle des océans, nous avons évalué l'influence d’un ensemble de paramètres environnementaux notamment l'éclairement de croissance et la température de surface des océans sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle. De plus, nous proposons une nouvelle façon de calculer l’éclairement de croissance à partir de l'éclairement photosynthétiquement utilisable (éclairement pondéré en fonction de l'absorption du phytoplancton), moyen entre la surface et la profondeur de la couche de mélange. L’éclairement photosynthétiquement utilisable est privilégié puisqu'il est plus représentatif que l'éclairement photosynthétiquement actif (éclairement total entre 400 et 700 nm) généralement utilisé dans le calcul de l’éclairement de croissance. Plutôt que de calculer le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle, ce qui est très complexe à faire de façon exacte en raison de multiples paramètres difficilement évaluables, nous calculons le χ [indice inférieur fluo], un indice équivalent, mais qui a l’avantage de ne pas faire des suppositions sur certains paramètres physiologiques et écologiques. Les résultats démontrent que le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle diminue quand l’éclairement de croissance augmente, ce qui suggère une augmentation de l’inhibition non photochimique de la fluorescence causée par une photoacclimation/photoadaptation du phytoplancton vivant dans un environnement d’éclairement important. Les résultats indiquent aussi que lorsque la température est sous 6°C l’impact sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle est significatif. Sous cette température, un groupe de pixels a été identifié pour lesquels le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle est essentiellement constant à des valeurs faibles. Ceci peut potentiellement pointer vers un plus large phénomène écosystémique/de communauté. Des simulations effectuées à partir d’une table de référence à trois dimensions (i.e., éclairement de croissance, température de surface des océans et concentration de chlorophylle) démontrent l’impact de ces paramètres sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle. Le modèle a répliqué avec succès certaines zones de fort et de faible rendement. Les divergences entre les données simulées et observées indiquent probablement la présence d’autres processus physiologiques indépendants de la température et de l’éclairement de croissance.
Abstract : The current generation of Earth-orbiting sensors allows us to measure Sun-induced chlorophyll fluorescence. Coupled with phytoplankton absorption and incident irradiance, it is possible to derive the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. This information could be very helpful as the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence is influenced by algal photophysiology. Here we evaluate the influence of the growth irradiance and of the sea surface temperature on the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. Results show that with increasing growth irradiance, the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence decreases, pointing to an increase in non-photochemical quenching due to photoacclimation/photoadaptation by phytoplankton in high light environments. The sea surface temperature below 6°C was shown to have a significant impact on the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. Below this temperature, a group of pixels was identified for which the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence was essentially constant at low values. This could potentially point to a wider ecosystemic/community related phenomenon. Simulations with a three-dimensional lookup table (i.e., growth irradiance, sea surface temperature and chlorophyll concentration) demonstrate the impact of these parameters on the global distribution of the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. The model successfully reproduced some zones of low and high yield. Departures from the predicted values are likely pointing to physiological processes that are independent of temperature and growth irradiance.

Mesure du niveau de conduction d'alcanes et de cycloalcanes par difference de travaux de sortie metal/liquide, metal/vide de photocathodes en zinc ou en or irradiees par photons uv. Mise en evidence du role des etats de surface. Determination du seuil d'ionisation par photoionisation de liquides avec des photons de 7 a 10 ev. Comparaison des courbes a la theorie d'onsager. Etude de la nature des etats precurseurs a la paire separee ion-electron

La limite théorique de rendement des cellules photovoltaïques simple-jonction est de l’ordre de 33% d’après le modèle de Shockley-Queisser, ce qui reste éloigné de la limite de Carnot, prédisant une limite maximale de conversion énergie solaire → électricité de 93%. L’écart important entre ces deux limites découle des pertes intrinsèques, essentiellement liées à la conversion inefficace du spectre solaire et à la disparité entre les angles solides d’absorption et d’émission. Pour surmonter ces pertes et se rapprocher de la limite de Carnot, trois stratégies sont envisagées dans cette thèse : les cellules multi-jonction àconcentration, la combinaison de la concentration et de la restriction angulaire et les systèmes hybrides PV/CSP. Chacune de ces stratégies est limitée par des mécanismes qui dégradent leur performance.L’objectif de cette thèse est donc de comprendre dans quelle mesure les différents mécanismes limitants sont susceptibles d’affecter les performances des différentes stratégies étudiées, et d’optimiser l’architecture des cellules dans le but d’accroitre leur efficacité de conversion. Dans ce but, un modèle détaillé de cellule solaire tenant compte des principaux mécanismes limitant a été développé. Un outil d’optimisation par algorithme génétique a également été mis au point, afin d’explorer l’espace des différents paramètres étudiés pour identifier les conditions d’opération optimales. Nous démontrons l’importance majeure que revêt l’adaptation des propriétés optoélectroniques des matériaux utilisés aux conditions opératoires, que ce soit dans le cas des cellules solaires à concentration endurant des pertes résistives significatives, ou encore dans le cas de cellules solaires fonctionnant à des niveaux de températures très supérieurs à l’ambiante. Enfin, nous avons déterminé l’effet des principaux facteurs limitant que constituent les pertes résistives et les recombinaisons non-radiatives sur les cellules solairessimultanément soumises au flux solaire concentré et à la restriction angulaire du rayonnement émis
The maximum efficiency limit attainable with a single-junction PV cell is ~ 33% according to the detailed balance formalism (also known as Shockley-Queisser model), which remains far from the Carnot limit, predicting a solar to electricity efficiency upper value of 93%. The large gap between both limits is due to intrinsic loss mechanisms, including the inefficient conversion of the solar spectrum and the large discrepancy between the solid angles of absorption and emission. To overcome these losses and get closer to the Carnot limit, three different strategies are considered in this thesis: concentrated multi-junction solarcells, the combination of solar concentration and angular confinement, and hybrid PV/CSP systems. Each strategy is inherently limited by several loss mechanisms that degrade their performances. The objective of this thesis is, hence, to better understand the extent to which these strategies are likely to be penalized by these losses, and to tailor the cell properties toward maximizing their efficiencies. To address these questions, a detailed-balance model of PV cell accounting for the main loss mechanisms was developed. A genetic-algorithm optimization tool was also implemented, aiming at exploring the parameter space and identifying the optimal operation conditions. We demonstrate the uttermost importance of tailoring the electronic properties of the materials used with both multi-junction solar cells undergoing significant series resistance losses, and PV cells operating at temperature levels exceeding ambient temperature. We also investigate the extent to which series resistances losses and non-radiative recombination are likely to affect the ability of PV cells simultaneously submitted to concentrated sunlight and angular restriction of the light emitted by band-to-band recombination

Etude de la fluorescence et de l'absorption optique des centres colores dans caf::(2) et srf::(2) dopes par li, na ou k; determination des durees de vie des centres fluorescents par une nouvelle methode applicable aux durees de vie superieures a la demi nanoseconde. Evaluation des forces d'oscillateur des centres colores et essai d'interpretation de la diminution de la duree de vie des centres c dans caf::(2) : na, naf::(2) : li et srf::(2) : na sous l'effet d'une augmentaion de la temperature. Methode de croissance cristalline permettant d'obtenir des echantillons de purete satisfaisante

La présente thèse étudie les nanoparticules de ZnO incorporées dans une matrice d'acide polyacrylique (PAA) mésosphérique synthétisée via un protocole d'hydrolyse. La structure hybride mésosphérique de ZnO / PAA a précédemment démontré son efficacité pour émettre de la lumière visible dans une large gamme, qui résulte des défauts intrinsèques de niveaux profonds dans les nanocristaux de ZnO. Pour modifier davantage le spectre de photoluminescence (PL) et améliorer le rendement quantique de PL (PL QY) du matériau, le ZnO dopé au métal et le ZnO / PAA revêtu de silice sont fabriqués indépendamment. Au niveau du ZnO dopé avec des éléments métalliques, la nature, la concentration, la taille et la valence du dopant affectent la formation des mésosphères et par conséquent la PL et le PL QY. Les ions plus grands que Zn2+ avec une valence plus élevée ont tendance à induire des mésosphères plus grandes et des nanoparticules de ZnO non incorporées. Le dopage conduit généralement à l'extinction de la PL, mais le spectre PL peut toujours être ajusté dans une large plage (entre 2,46 eV et 2,17 eV) sans dégrader le PL QY en dopant avec de petits ions à une faible concentration de dopage (0,1 %). Concernant le ZnO / PAA revêtu de silice, un revêtement optimal est obtenu, qui dépend corrélativement de la quantité de TEOS et d'ammoniac dans le processus de revêtement. La quantité de TEOS n'affecte pas la structure cristalline de ZnO ou le spectre PL du matériau, mais une concentration élevée d'ammoniac peut dégrader les mésosphères de PAA et épaissir la couche de silice. Une fine couche de silice qui n'absorbe pas trop de lumière d'excitation mais recouvre complètement les mésosphères s'avère être la plus efficace, avec une amélioration drastique du PL QY d’un facteur six. En ce qui concerne l'application, les matériaux souffrent d’une dégradation thermique à des températures élevées jusqu'à 100 °C, auxquelles les diodes électroluminescentes blanches (WLEDs) fonctionnent généralement. Cependant, le ZnO / PAA revêtu de silice induit une intensité d'émission plus élevée à température ambiante pour compenser la dégradation thermique
The present thesis studies ZnO nanoparticles embedded in a mesospheric polyacrylic acid (PAA) matrix synthesized via a hydrolysis protocol. The mesospheric ZnO/PAA hybrid structure was previously proved efficient in emitting visible light in a broad range, which results from the deep-level intrinsic defects in ZnO nanocrystals. To further tune the photoluminescence (PL) spectrum and improve the PL quantum yield (PL QY) of the material, metal-doped ZnO and silica-coated ZnO/PAA are fabricated independently. For ZnO doped with metallic elements, the nature, concentration, size and valence of the dopant are found to affect the formation of the mesospheres and consequently the PL and PL QY. Ions larger than Zn2+ with a higher valence tend to induce larger mesospheres and unembedded ZnO nanoparticles. Doping generally leads to the quenching of PL, but the PL spectrum can still be tuned in a wide range (between 2.46 eV and 2.17 eV) without degrading the PL QY by doping small ions at a low doping concentration (0.1 %). For silica-coated ZnO/PAA, an optimal coating correlatively depends on the amount of TEOS and ammonia in the coating process. The amount of TEOS does not affect the crystal structure of ZnO or the PL spectrum of the material, but high concentration of ammonia can degrade the PAA mesospheres and thicken the silica shell. A thin layer of silica that does not absorb too much excitation light but completely covers the mesospheres proves to be the most efficient, with a drastic PL QY improvement of six times. Regarding the application, the materials suffer from thermal quenching at temperatures high up to 100°C, at which white light emitting diodes (WLEDs) generally operates. However, silica-coated ZnO/PAA induces higher emission intensity at room temperature to make up for the thermal quenching

L’imagerie moléculaire est devenue incontournable pour le diagnostic et le traitement de cancers. Cette discipline regroupe un ensemble de techniques telles que la tomodensitométrie (CT), l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), l’imagerie optique ou encore l’imagerie nucléaire (tomographie par émission de positons TEP, tomographie d’émission monophotonique TEMP). Chacune de ces techniques possède ses propres avantages et inconvénients et ne peut apporter à elle seule des informations anatomiques et fonctionnelles suffisantes. Les travaux actuels sont portés sur la conception de systèmes dits multimodaux afin de combiner les avantages de différentes techniques, voire de bénéficier d’un effet synergique. De par leur sensibilité comparable et leur complémentarité, coupler l’imagerie nucléaire à l’imagerie optique devient alors avantageux. La conception des systèmes monomoléculaires (MOMIA) contenant deux fonctions détectables par imagerie nucléaire (complexe de radiométaux) et imagerie optique (sonde fluorescente) nécessite en amont la mise au point d’outils de synthèses performants. La première partie de ce travail de thèse est consacrée à la synthèse d’agents chélatants bifonctionnels à base de polyamines macrocycliques, destinés à une utilisation en imagerie médicale. Ces agents doivent présenter d’excellentes propriétés de coordination vis-à-vis du métal visé, et posséder une fonction de greffage pour assurer le couplage avec une biomolécule vectrice. L’accès à de tels systèmes a nécessité le développement d’outils de synthèse efficaces de précurseurs macrocycliques dérivés du cyclène et du 13aneN4. L’introduction sélective de diverses fonctions de greffage visant principalement les résidus de type lysine a permis la préparation de plusieurs familles de composés, dont certains ont pu être « bioconjugués» à des peptides ou anticorps au sein du laboratoire ou dans le cadre de diverses collaborations. Plus particulièrement, la facilité d’utilisation du système « DOTAGA anhydride » a permis l’introduction aisée d’unités DOTA sur des nanoparticules ou des anticorps monoclonaux. Egalement, l’introduction d’une fonction alcyne a permis l’accès à de nouvelles briques moléculaires préparées par « click chemistry ». Dans une seconde partie sont présentés les travaux relatifs à la synthèse d’agents bimodaux originaux. Pour accéder à de tels systèmes, l’introduction d’un fluorophore de la famille des bodipys a été envisagée. L’absence de travaux antérieurs relatifs au couplage d’une polyamine cyclique et une entité bodipy a nécessité la préparation préalable d’un système modèle « DOTA bodipy », permettant de s’assurer par des études photophysiques que la présence des complexes métalliques macrocycliques ne va pas, ou peu, interférer avec les propriétés de fluorescence du bodipy. L’utilisation d’un espaceur « acide aminé » a alors permis d’accéder à de nouveaux bodipys porteurs de deux groupes fonctionnels en position méso. La fonctionnalisation a posteriori de ces briques de construction a permis l’introduction en dernier lieu d’unités macrocycliques N- et/ou C- fonctionnalisés. La préparation de système émettant dans le proche I.R. a été également envisagée
Molecular imaging became a major tool for the diagnosis and the treatment of cancers. This research field includes different techniques, such as Tomography (CT), Magnetic Resonance Imaging (MRI), Optical Imaging or nuclear Imaging (PET Positron Emission Tomography, SPECT Single Photon Emission Computed Tomography). Each imaging modality has its own strengths and weaknesses, and thus, combining different and complementary systems can overcome inherent limitations associated with any one individual techniques and improve the accuracy of disease diagnosis and enhancing patient management. In particular dual-modality Optical/Nuclear imaging may find important preclinical and clinical applications. One possible approach seeks to fuse the two imaging systems into one molecule (MonOmolecular Multimodality Imaging Agent [MOMIA]) in order to ensure the same biodistribution of the two probes. Our strategy consists in combining a DOTA-like compound allowing complexation of radiometal for nuclear imaging (SPECT or PET) with a bodipy moiety, valuable probe those fluorescent properties can be finely adjusted. The first part of this work is dedicated to the synthesis of bifunctional chelating agents based on macrocyclic polyamines for medical imaging application. These compounds must show excellent coordination properties towards the aimed radiometal and possess a grafting function to allow the coupling with a biomolecule. Powerful and general routes for the synthesis of a wide range of N- and C-functionalized macrocycles derived from cyclen and 13aneN4 are described, which enable to access to a wide range of new BFCs by introduction of different functional groups reactive towards primary amines, such as carboxylic acid, isothiocyanate or anhydride function. Some compounds were conjugated to different biomolecules, such as peptides or antibodies. Morever, the introduction of an alkyne function yields a novel family of bifunctional agents allowing chemoselective attachment to functionalized biomolecules or to modified amino acids using « click chemistry ». In a second part, we focused on the introduction of a bodipy moeity to obtain new bimodal agents for dual Optical/Nuclear imaging. Interestingly, the attachment of the polyaminocarboxylate (DOTA derivative) to the bodipy makes it soluble in water and complexation of different metal cations of interest in the macrocyclic cavity does not significantly alter the luminescence properties of the whole system. In addition, the functionalization of the meso position by using an appropriate linker between the bodipy and DOTA-like units, i.e. a 4-nitrophenylalanine derivative, could provide a new bimodal tag for labeling antibodies or peptides. Optimisation of the second generation bodipy-DOTA, i.e. derivatization reaction to reach the near-IR range or introduction of C-functionalised macrocycles was also investigated