PREMIERE PARTIE : Modèle de Potts avec couplages aléatoires.<br /><br />Les transitions de phase en présence de désordre sont moins bien comprises que celles des systèmes purs. Afin de résoudre une<br />controverse dans la littérature, nous étudions l'effet du désordre gelé dans les systèmes qui subissent une transition de phase du premier ordre, dans le contexte du modèle de Potts à q états. Pour q grand, une transformation au modèle d'Ising en champ aléatoire est introduite. Cette transformation donne une simple explication physique de l'absence de chaleur latente en deux dimensions et elle suggère l'existence d'un point tricritique en dimension plus élevée, avec un exposant de corrélation lié à celui du modèle en champ aléatoire. Un diagramme de phase unifiant les comportements pur, percolatif et aléatoire est proposé. <br />En deux dimensions nous analysons le modèle avec l'aide de la théorie conforme des champs et nous trouvons une transition continue avec un exposant magnétique \beta/\nu qui varie continûment avec q, et un exposant de corrélation \nu ~ 1.<br />Pour q > 4, la transition du premier ordre du modèle pur est rendue continue grace aux impuretés et la classe d'universalité est différente de celle du modèle d'Ising pur. Comme attendu, les fonctions de corrélation démontrent des lois d'échelle multiples. <br /><br />SECONDE PARTIE : Polymères compacts sur le réseau carré.<br /><br />Des résultats exacts pour la statistique conformationnelle des polymères compacts sont dérivés à partir d'un modèle de deux espèces de boucles vivant sur le réseau carré. Ce modèle de boucles possède une variété bidimensionnelle de points fixes critiques, chacun caractérisé par une infinité d'exposants critiques géométriques. Nous calculons ces exposants exactement en utilisant l'équivalence du modèle de boucles à un modèle d'interface multidimensionnel. Ce dernier est décrit, dans la limite continue, par une théorie de champs conforme du type Liouville. Les polymères compacts sont identifiés avec un point particulier dans le diagramme de phase, et la valeur de l'exposant conformationnel \gamma = 117/112 est supérieure à la prédiction de champ moyen, indiquant une répulsion entropique entre les deux extrémités de la chaîne. Des polymères compacts avec une interaction non locale sont décrits par une ligne de points fixes le long de laquelle \gamma varie continûment.

Cette thèse expose mes travaux sur la structure non perturbative de la théorie<br />des supercordes. L'exposé commence par une présentation des divers objets<br />étendus solitoniques des théories effectives de supergravité. Ces solutions <br />étendues de dimension p=0,...,9, dites de p-branes, correspondent à des<br />configurations instantoniques de ces théories des champs effectives des théories de supercordes. Après avoir présenté les relations entre ces différentes solutions, je me spécialise sur la solution<br />particulière de la supercorde représentée par la 1-brane porteuse d'une<br />charge associée au champ antisymétrique de Neveu-Schwarz. Cette supercorde est<br />dès alors considérée comme l'objet fondamental perturbatif de la théorie des<br />cordes. Sont ensuite exposées les relations entre les solutions étendues<br />précédemment trouvées et les Dp-branes du secteur non perturbatif de cette<br />théorie des supercordes; ainsi que différentes configurations statiques et<br />dynamiques des ces objets, en vue d'une compréhension de la structure globale<br />du régime non perturbatif de la théorie des supercordes. Ces résultats sont<br />appliqués à l'étude d'exemples précis de correspondances de couplage faible--couplage fort entre le<br />régime perturbatif d'une formulation de la théorie des supercordes et le<br />régime non perturbatif d'une autre formulation. On étudie ainsi la<br />correspondance de dualité entre la théorie de supercordes ouvertes de type~I<br />et celle hétérotique avec un groupe de jauge SO(32); mais aussi la symétrie<br />d'autodualité sous le groupe Sl(2,Z) de la théorie de supercordes fermées<br />de type~IIb. De ce dernier calcul est déduite une prescription de régularisation de la<br />divergence ultraviolette de l'amplitude d'interaction de quatre gravitons à<br />l'ordre d'une boucle, calculée dans le cadre de la supergravité en dimension<br />onze. Ce qui confirme le rôle de cette théorie comme théorie effective de la théorie M. Ce mémoire s'achève par un<br />calcul inédit des contributions instantoniques d'espace-temps pour les<br />théories de type~I et de type~IIb, effectué dans le cadre d'une formulation<br />matricielle des effets non perturbatifs de la théorie des supercordes.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de physique théorique appelé systèmes intégrables, qui mêle fructueusement physique et mathématiques et se caractérise par la possibilité d'obtenir des résultats exacts (i.e. non perturbatifs) guidant les prédictions physiques qui en découlent. <br />Dans ce contexte, l'équation de Schrödinger non-linéaire (à 1+1 dimensions) est un système privilégié. On la retrouve comme modèle de phénomènes variés tant classiques (optique non-linéaire, mécanique des fluides...) que quantiques (gaz ultra-froids, condensation de Bose-Einstein...). En outre, elle a contribué à la mise au point de techniques de résolution des systèmes intégrables : méthode de diffusion inverse, ansatz de Bethe, identification et utilisation de symétries (groupes quantiques, Yangiens). En utilisant ce système à la fois comme support de test et comme modèle de prédiction, mon travail de thèse tourne autour de deux points principaux : <br />- Inclusion de degrés de liberté bosoniques et fermioniques.<br />- Inclusion d'un bord ou d'une impureté.<br />Dans un premier temps, j'ai étudié une version « supersymétrique » de cette équation pour laquelle j'ai montré la validité de tous les résultats d'intégrabilité, de symétrie et de résolution explicite classiques et quantiques connus pour la version scalaire originelle. La question de l'inclusion d'un bord a été traitée d'un autre point de vue. L'idée est de partir d'une algèbre de symétrie caractéristique des systèmes intégrables avec bord, l'algèbre de réflexion, et de construire un Hamiltonien général intégrable et possédant cette algèbre comme structure de symétrie. Un cas particulier de l'Hamiltonien intégrable obtenu n'est autre que l'Hamiltonien de Schrödinger non-linéaire en présence d'un bord. Un autre cas particulier est l'Hamiltonien de Sutherland en présence d'un bord pour lequel la symétrie n'était pas connue.<br />Le problème de l'inclusion d'une impureté dans un système intégrable a constitué la plus grosse partie de mon travail. J'ai pu montrer qu'il est possible de préserver l'intégrabilité d'un système avec interaction lorsqu'on introduit un défaut qui transmet et réfléchit (une impureté) grâce à une nouvelle structure algébrique, l'algèbre de Réflexion-Transmission, appliquée à l'équation de Schrödinger non-linéaire. Cela permet de trouver la forme explicite du champ, de calculer de façon exacte les éléments de la matrice de diffusion et les fonctions de corrélation à N points et d'identifier la symétrie du problème. <br />Suite à ce travail, les équations exactes qui régissent le spectre d'énergie d'un gaz de particules en interaction de contact et en présence d'une impureté contrôlée par quatre paramètres ont été établies. Ces résultats ouvrent des perspectives d'applications en physique de la matière condensée.

Pour des mousses 2D(et 3D sphériques) sèches à l'équilibre nous montrons une équivalence étoile-triangle. Cette équivalence affirme que chaque bulle ayant trois bulles voisines peut être considérée comme une décoration des prolongements des côtés externes qui la rejoignent. Cette propriété, déjà connue dans une des ses applications, nous la démontrons en utilisant des méthodes de dualisation, de géométrie projective et l'invariance des mousses 2D par homographies. Plus en général, nous prouvons l'invariance par transformations conformes des mousses 2D. En considérant des mousses en incidence normale sur une paroi, nous avons montré comment les lois d'équilibre en 3D impliquent celles en 2D sur la surface de contact. Ces lois nous permettent d'étudier théoriquement les récentes expériences où une mousse monodisperse est mise entre deux plaques de verre courbes non parallèles. Dans la limite de petit interstice, nous relions le profil à l'application conforme observée expérimentalement. La contribution de la courbure des films dans la direction orthogonale aux plaques est décisive pour corriger des prédictions erronées de la géométrie 2D.

Les simulations des systèmes atomiques ou moléculaires en interaction avec un champ électromagnétique se heurtent à un problème majeur. Pour décrire le système photodynamique, il est nécessaire d'utiliser une très grande base, ce qui est coûteux en temps de calculs et en mémoire. Pour résoudre ce problème, nous sommes amenés à chercher des modélisations ne faisant intervenir que des sous-espaces vectoriels de faible dimension, appelés espaces actifs. Comme la dépendance temporelle d'un système photodynamique se fait à travers des paramètres à évolution lente, c'est une théorie adiabatique qui définit cet espace. L'application d'un théorème adiabatique nous apprend que le système ne peut pas sortir d'un sous-espace spectral associé à des valeurs propres isolées. La fonction d'onde est alors décrite par un relèvement horizontal qui prend place dans le fibré principal de la phase de Berry. Celle-ci ne commutant en général pas avec la phase dynamique, nous proposons une description fondée sur un fibré composite, modélisant simultanément phases géométrique et dynamique. Nous proposons une méthode de simulation de la photodynamique associée à la description géométrique et nous utilisons la notion de monopôles magnétiques virtuels pour obtenir des outils d'analyse de la dynamique. Nous étudions ensuite la théorie des opérateurs d'onde temporels, théorie fournissant une méthode d'Hamiltonien effectif. Pour coupler cette théorie avec le modèle adiabatique, nous étudions la compatibilité des deux méthodes en démontrant un théorème adiabatique pour les opérateurs d'onde. Nous nous sommes intéressés à des systèmes dynamiques simples, atomes à 2 ou 3 niveaux et molécule H2+.

Les cartes sont des objets combinatoires apparaissant en physique comme discrétisation naturelle des surfaces aléatoires employées pour la gravité quantique bidimensionnelle ou la théorie des cordes, ainsi que dans les modèles de matrices. Après rappel de ces relations, nous établissons des correspondances entre diverses classes de cartes et d'arbres, autres objets combinatoires de structure simple. Un premier intérêt mathématique de ces constructions est de donner des preuves bijectives, élémentaires et rigoureuses, de plusieurs résultats d'énumération de cartes. Par ailleurs, nous accédons ainsi à une information fine sur la géométrie intrinsèque des cartes, conduisant à des résultats analytiques exacts grâce à une propriété inattendue d'intégrabilité. Nous abordons enfin la question de l'existence d'une limite continue universelle.

Les systèmes métalliques unidimensionnels possèdent une physique bien particulière désignée par le terme de «liquide de Luttinger». Les propriétés d'un tel système sont bien comprises du point de vue théorique et diffèrent énormément du comportement métallique en deux et trois dimensions qui est décrit par le liquide de Fermi. En outre, il existe de nombreuses réalisations expérimentales potentielles susceptibles d'être décrites dans ce cadre. Néanmoins, le rôle du couplage interchaîne reste encore mal compris et peut, en pratique, limiter l'observation du comportement de liquide de Luttinger à certains domaines des paramètres physiques (température, pression, etc.). Il a été proposé que le couplage interchaîne était fortement réduit du fait des interactions. Nous démontrons, par des calculs numériques et grâce à l'utilisation de lois d'échelles, la validité de cette hypothèse pour des modèles microscopiques sur réseau et nous obtenons de manière quantitative la renormalisation du couplage interchaîne dans un certain régime. De surcroît, nous mettons en évidence, pour la première fois pour des modèles microscopiques, l'existence de processus à deux particules dans la physique des chaînes fortement corrélées couplées. Nous étudions également les autres types d'excitations qui existent au voisinage de la transition métal-isolant. Nous discutons également, de façon générale, les propriétés de transport de ces matériaux à la lumière des résultats théoriques obtenus à partir d'un hamiltonien adéquat. Là encore, la présence des interactions fortes produit un effet essentiel par exemple en réduisant l'absorption optique de ces matériaux en accord avec les observations.

Cette these est consacree a l'etude des theories de supercordes dans les espaces-temps courbes. Nous etudions en particulier l'espace des modules des solutions de NS5-branes et de cordes fondamentales, a l'aide des techniques de deformations marginales de theories conformes. Parmi les exemples etudies se trouvent les espaces-temps anti-de Sitter a trois ou deux dimensions, differentes limites de decouplage de la theorie des petites cordes et l'univers de Goedel. Nous etudions egalement les fonctions de partitions de ces theories conformes, ainsi que les D-branes de certaines d'entre elles. Les applications holographiques potentielles de ces theories sont soulignees.

Nous avons étudié l'interaction Kaon-Nucléon dans un modèle de quarks constituants pour une impulsion du Kaon comprise entre 0 et 1 GeV/c dans le référentiel du laboratoire. Cette étude est motivée par le fait que le modèle d'échange de mésons de Bonn, pour reproduire correctement les déphasage K+-Nucléon dans l'onde s, doit nécessairement contenir la contribution d'un méson scalaire ficitif répulsif dont la courte portée (~0.8 fm) laisserait penser à des effets de quarks. Le processus de diffusion a été traité dans le cadre de la Méthode du Groupe Résonnant (RGM). Nous devons faire face à un problème à 5 corps avec nécessité d'antisymétriser par rapport aux 4 quarks non étranges du sytème Kaon-Nucléon. Une contrainte essentielle de notre approche est d'utiliser une interaction quark-quark qui reproduit correctement le spectre des hadrons. Nous avons étudié en particulier l'influence d'une cinématique relativiste pour les quarks dans le traitement de la réaction. L'étude a également inclus les ondes s, p, d, f, g et nous avons pris en compte les termes spin-orbite dans l'interaction quark-quark. Nous avons enfin regardé l'influence de terme de moyenne et longue portée dans l'interaction quark-quark sur les déphasages Kaon-Nucléon.

Nous avons étudié la production des états liés charmés dans les collisons ultrarelativistes d'ions lourds. Nous proposons tout d'abord un modèle de la production des mésons J/psi , à deux composantes, qui inclut : (i) une production primordiale des J/psi dans les collisions dures couplée à l'absorption des J/psi dans la matière nucléaire, le plasma de quarks et de gluons et la matière hadronique, et (ii) une production statistique des J/psi résultant de la coalescence de quarks c et cbar lorsque le système hadronise. Les deux sources de J/psi sont évaluées dans un scénario d'équilibre thermique et notre modèle permet de rendre compte de façon satisfaisante des données expérimentales obtenues au CERN-SPS et à RHIC. Nous étudions ensuite les conséquences des effets de milieux sur la production des hadrons charmés, en nous basant sur de récents résultats de la chromodynamique quantique sur réseau. Nous envisageons la régénération des J/psi dans le plasma de quarks et de gluons et montrons que les effets de milieux dans la matière hadronique permettent d'expliquer la dépendance en centralité du rapport psi'/psi.