Un système réparti est un système constitué d'un ensemble d'unités de calcul autonomes dotées de capacités de communication afin de résoudre une tâche globale. Ce modèle est suffisament général pour décrire tout type de réseau physique (réseau local, réseau de capteurs, ...). Lorsque la taille d'un système réparti devient importante ou lorsque ce système est déployé dans un environnement non contrôlé, la probabilité que certains éléments du système subissent des fautes (panne, corruption de mémoire, piratage, ...) devient non négligeable. Ces fautes peuvent être classifiées en fonction de leur durée, de leur étendue et de leur nature. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux systèmes répartis capables de tolérer simultanément plusieurs types de fautes à travers l'étude de trois problèmes fondamentaux. Nous présentons ainsi un protocole réparti simulant un registre atomique mono-écrivan multi-lecteurs en présence de fautes transitoires et de fautes permanentes de type crash. Ce protocole repose sur deux outils ré-utilisables : un protocole de communication et un système d'estampillage borné. Ensuite, nous proposons une étude de la synchronisation faible d'horloges logiques en présence de fautes transitoires et de fautes intermittentes Byzantines. Nous prouvons de nombreux résultats d'impossibilité et nous fournissons un protocole optimal dans les cas non couverts par ces résultats. Finalement, nous définissons trois nouveaux concepts de tolérance pour les systèmes répartis sujets à des fautes transitoires et des fautes intermittentes Byzantines. Nous donnons un protocole de construction d'une vaste classe d'arbres couvrants optimal selon ces trois concepts.

Les projets de tunnels dans des milieux rocheux de faibles caractéristiques mécaniques, usuellement regroupés sous l'appellation sols indurés roches tendres (S.I.R.T.), se heurtent à de multiples difficultés. Ces matériaux présentent des spécificités de comportement qui les rendent atypiques dans les contextes usuels de la mécanique des sols comme de la mécanique des roches, compliquant les dimensionnements et pouvant engendrer des surcoûts importants pour les maîtres d'ouvrage. En se limitant aux S.I.R.T. modélisables par une approche continue, la non-linéarité du critère de rupture, les couplages hydromécaniques et la dépendance de la déformabilité à l'état de contrainte apparaissent comme des traits de comportements susceptibles d'influencer significativement la phase de creusement (équilibre à court terme). Bien que ces propriétés puissent être prises en compte de manière adéquate dans des modèles numériques, la pratique des calculs de tunnel a montré de longue date l'intérêt des méthodes simplifiées comme l'approche convergence-confinement. Elles permettent un prédimensionnement raisonnablement représentatif au moyen de formulations peu complexes et favorisent la réalisation d'études de sensibilité grâce à leur mise en œuvre simple et rapide. À partir d'une approche de type " milieux poreux ", prenant en compte la compressibilité des différents constituants du matériau, et d'une représentation adimensionnelle du critère de rupture de Hoek-Brown (incluant les régimes d'arête), de nouvelles formulations permettant le calcul des courbes caractéristiques du terrain sont donc présentées. Après s'être intéressé dans un premier temps à la seule non-linéarité du critère de rupture, avec un milieu monophasique, une complexification progressive du problème est mise en œuvre pour prendre en compte des situations biphasiques drainées ou non drainées. À chaque fois une résolution complète est proposée, aboutissant à des formulations explicites ou à des équations intégrables aisément par une méthode numérique à un pas. Un outil sous forme de tableur, directement utilisable et démontrant la simplicité de mise en œuvre des solutions établies, est systématiquement fourni. Le cas non drainé est ensuite complété par un schéma de calcul intégrant une élasticité non-linéaire de Fahey-Carter, avec la méthode des matrices de transfert. La partie finale du travail permet d'aborder l'applicabilité de ces développements analytiques à un cas réel, le tunnel d'Arbus. Elle souligne quelques difficultés de détermination de paramètres à partir de campagnes d'essais " standard " et insiste sur la variabilité naturelle des matériaux dans une géologie molassique du piémont pyrénéen. Ce contexte met en relief les avantages des méthodes développées : outre une représentation plus satisfaisante du comportement du milieu, elles permettent à peu de frais d'identifier les paramètres les plus influents sur l'équilibre massif - soutènement et d'aborder la problématique des incertitudes dans le dimensionnement. Les calculs font également ressortir l'intérêt des modèles à élasticité non linéaire, avec une prise en compte plus appropriée de la déformabilité du matériau mais aussi une réduction de la sensibilité du modèle à la variabilité des paramètres élastiques. Les approches présentées conservent néanmoins certaines limites, comme la nécessaire distinction des équilibres court terme et long terme, l'hypothèse de contrainte initiale hydrostatique qui se révèle au final assez forte et le problème de la représentation du soutènement qui mériterait d'être davantage approfondi même si des méthodes acceptables sont d'ores et déjà disponibles dans la littérature.

Les disruptions sont des pertes violentes et très rapides (environ 20 ms) du confinement des plasmas de tokamak qui peuvent conduire à des endommagements de la structure du tokamak. Elles génèrent des charges thermiques sur les composants face au plasma, des forces électromagnétiques dans les structures de la machine et produisent des électrons découplés relativistes pouvant perforer l'enceinte à vide. Pour des futurs réacteurs, il sera indispensable d'amortir ces effets. L'injection massive de gaz est une des méthodes proposées dans ce but. Son étude expérimentale et numérique est l'objet de la thèse. Des expériences menées sur les tokamaks Tore Supra et JET ont montré que l'injection de gaz légers comme l'hélium empêchaient la production d'électrons découplés, au contraire des gaz plus lourds. Les gaz légers sont en effet capables d'accroître suffisamment la densité du plasma pour empêcher la création de ces électrons. En revanche, les gaz lourds permettent de dissiper par rayonnement et de façon plus bénigne une partie de l'énergie thermique du plasma. Tous les gaz diminuent les forces électromagnétiques. Des mélanges de gaz ont également été testés avec succès pour profiter des avantages des deux types de gaz. La pénétration du gaz dans le plasma semble liée à des instabilités MHD augmentant le transport radial du gaz ionisé vers le centre, mais empêchant la propagation des neutres au-delà d'une surface critique. Des simulations d'injections massives ont été réalisées avec le code 3D MHD Jorek, en y ajoutant un modèle de fluide neutre. Les résultats montrent que la croissance des instabilités MHD est plus rapide lorsque de grandes quantités de gaz sont injectées et que les surfaces rationnelles sont successivement ergodisées lors de la pénétration du front de densité dans le plasma, conformément aux observations expérimentales.

Cette thèse concerne l'étude de la production de faisceaux d'ions radioactifs par la méthode ISOL pour le projet SPIRAL 2. La production de faisceaux légers est tout d'abord considérée. Les taux de production potentiels de deux faisceaux sont évalués : la production de 15C (riche en neutrons) dans une cible d'oxyde est estimée à l'aide de simulations (MCNPx, EAF-07) et de données expérimentales ; le taux de production d'14O (déficient en neutrons) est estimé par une nouvelle mesure de la fonction d'excitation de la réaction 12C(3He,n)14O. Une première conception de la cible de production basée sur des simulations thermiques est présentée. Cette étude apporte les réponses nécessaires à la conception détaillée d'un système qui permettrait d'atteindre un taux de production 140 fois plus élevé qu'avec SPIRAL 1. La production des faisceaux d'ions radioactifs issus de fissions dans une cible d'UCx est aussi étudiée, et plus particulièrement les processus d'effusion et d'ionisation. Une étude de principe et une campagne de tests hors ligne ont permis d'acquérir des connaissances indispensables à la conception de la source à ionisation de surface de SPIRAL 2. Un premier prototype de cette source dédiée à la production d'éléments alcalins et alcalino-terreux a été réalisé et une calibration thermique a été effectuée. Les efficacités d'ionisation et de temps de réponse sur l'ensemble cible source ECR ont été mesurées à différentes températures de la cible et pour différents gaz nobles. Ces mesures ont permis d'estimer l'impact des processus d'effusion et d'ionisation sur l'efficacité de production de différents isotopes d'alcalins et de gaz nobles en fonction de leur durée de vie.

Cette thèse présente une étude du transport électronique à basse température dans des transistors à effet de champ nanométriques en silicium sur isolant. Leur comportement électrique dépend notamment de la constitution des jonctions entre les réservoirs et le canal, qui est déterminée lors de la fabrication par l'utilisation d'espaceurs de part et d'autre de la grille. Cette différence de comportement est exacerbée à basse température. Dans des transistors très courts, de longueur de grille typique égale à 30 nm, compte tenu de la diffusion des dopants lors du recuit d'activation, il est possible d'obtenir sous la grille un unique donneur bien couplé aux deux réservoirs. Sa présence est révélée par de l'effet tunnel résonant à travers les niveaux d'énergie associés à ses orbitales, observé à basse température à des tensions de grille inférieures au seuil du transistor. L'estimation de l'énergie d'ionisation de ce donneur donne une valeur supérieure à la valeur attendue pour un donneur dans du silicium massif, ce qui est attribué à l'effet du confinement diélectrique du donneur. À l'inverse, il est possible de définir des résistances d'accès au canal suffisantes pour y confiner les électrons. Un transistor se comporte alors comme un transistor mono-électronique à basse température, dont l'îlot est situé sous la grille. Ce moyen de créer un transistor mono-électronique est étendu à des systèmes d'îlots couplés, en déposant plusieurs grilles entre la source et le drain. Plusieurs comportements sont obtenus selon l'écart entre les grilles et la longueur des espaceurs. Ces systèmes sont utilisés pour réaliser le transfert d'un électron unique.

Les singularités en mécanique correspondent à la focalisation des déformations sur une zone très petite au lieu qu'elles soient réparties de façon homogène dans le matériau. Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux d'entre-elles: les plis qui apparaissent lorsque l'on confine des tiges et la fracture dans des plaques. La première partie du mémoire concerne le confinement de tiges dans un espace bidimensionnel. La géométrie de tels systèmes est contrainte par les dimensions du récipient confinant et par l'impossibilité du matériau de s'interpénétrer. Les motifs développés sont complexes et présentent une large gamme d'échelles de longueurs. Dans une première expérience, nous suivons la dynamique de confinement d'un anneau de gel en croissance. Nous montrons que l'espace des phases se complexifie avec une augmentation du confinement. Dans une deuxième expérience, une tige est confinée dans une cellule de Hele-Shaw circulaire au travers d'un potentiel radial, de façon réversible. La grande diversité des géométries explorées nécessite d'en faire une étude statistique. Nous trouvons que les motifs s'ordonnent avec le confinement notamment par un processus de superposition de couches de la tige. Nous définissons la compressibilité de la configuration d'une tige confinée comme étant sa réponse à une perturbation mécanique, et montrons qu'elle permet une mesure du désordre de la géométrie globale. Nous abordons ensuite les problèmes de propagation et d'interaction de fissures dans des plaques minces. Le dispositif expérimental élaboré reproduit le geste que l'on fait lorsque l'on déchire une feuille de papier. Nous montrons que la propagation d'une fissure dans un film mince, soumise à un mode de cisaillement hors du plan à grande échelle (mode III), se produit de telle sorte que la pointe de la fissure est ouverte localement sous l'action d'un mode d'ouverture (mode I). Dans une seconde expérience, deux fissures se propageant simultanément dans le film mince interagissent et leurs trajectoires s'attirent. Nous montrons que l'interaction des deux fissures se fait au travers du pli formé par la languette centrale qui induit des déformations élastiques dans le reste du film.

Ce travail estime le potentiel des plasmas de striction magnétique (Z-pinches) pour le chauffage de cavités radiatives à haute température (>200eV). Des modèles simples sont fournis pour calculer les performances atteignables avec des courants de 5 à 100 MA en 100 ns. La physique monodimensionnelle à l'échelle de l'épaisseur du plasma et les instabilités hydrodynamiques sont étudiées. Puis l'amélioration des performances des cavités avec une double coquille ou l'installation d'un champ magnétique axial est analysée. L'attaque directe par un Z-pinch d'une cible de fusion par confinement inertiel est enfin considérée. Tous les résultats présentés reposent sur une approche théorique et numérique (bidimensionnelle) et sur l'exploitation de résultats expérimentaux obtenus sur le générateur américain "Z". Les annexes rappellent les équations de la MHD radiative et vérifient leur validité pour les plasmas de striction magnétique.

Dans le schéma de l'allumeur rapide, dernière avancée dans le domaine de la fusion par confinement inertiel, on envisage de découpler la phase de compression de la phase de chauffage du combustible nucléaire. Cette dernière serait atteinte à l'aide d'une source extérieure constituée par un faisceau d'électrons très énergétiques créé avec un laser ultra-intense. L'étude des mécanismes de transfert d'énergie de ces électrons au combustible comprimé représente le but principal de ce travail de thèse. Nous nous proposons en particulier de mettre en évidence et d'étudier le rôle joué par les effets électriques et collisionnels de la propagation du faisceau d'électrons rapides dans un milieu aux propriétés proches du combustible comprimé. Nous avons pour cela effectué deux campagnes d'expériences, l'une avec l'installation laser VULCAN du RAL (Angleterre) et l'autre sur la nouvelle installation laser 100 TW du laboratoire LULI (France). Lors de la première expérience, nous avons obtenu les premiers résultats sur la propagation d'électrons rapides dans un matériau dense et chaud. Le caractère novateur de ce travail expérimental tient en particulier à l'utilisation de la technique de génération de hautes pressions par choc laser, ce qui a permis la création d'un plasma fortement corrélé et dégénéré. Le rôle des effets électriques et magnétiques, liés à la charge d'espace créée par le faisceau d'électrons rapides, a été approfondi lors de la deuxième campagne d'expérience, au cours de laquelle nous avons étudié la propagation des électrons dans des matériaux ayant des caractéristiques électriques différentes (isolant ou conducteur). L'analyse des résultats montre que seule la prise en compte simultanée des deux mécanismes de la propagation (collisionnels et électriques) permet un traitement correct et complet du dépôt d'énergie. La nécessité de prendre en compte les modifications apportées à la matière par le passage même des électrons, et notamment le chauffage induit, a été également mise en évidence.

<p>The concept of energy production through the fusion of two light nuclei has been studied since the 1950’s. One of the major problems that fusion scientists have encountered is the confinement of the hot ionised gas, i.e. the plasma, in which the fusion process takes place. The most common way to contain the plasma is by using at magnetic field configuration, in which the plasma takes a doughnut-like shape. Experimental devices of this kind are referred to as tokamaks. For the fusion process to proceed at an adequate rate, the temperature of the plasma must exceed 100,000,000C. Such a high temperature forces the plasma out of thermodynamical equilibrium which plasma tries to regain by exciting a number of turbulent processes. After successfully quenching the lager scale magnetohydrodynamic turbulence that may instantly disrupt the plasma, a smaller scale turbulence revealed itself. As this smaller scale turbulence behaved contrary to the common theory at the time, it was referred to as anomalous. This kind of turbulence does not directly threaten existents of the plasma, but it allows for a leakage of heat and particles which inhibits the fusion reactions. It is thus essential to understand the origin of anomalous turbulence, the transport it generates and most importantly, how to reduce it. Today it is believed that anomalous transport is due to drift-type waves driven by temperature and density inhomogeneities and the theoretical treatment of these waves is the topic of this thesis.</p><p>The first part of the thesis contains a rigorous analytical two-fluid treatment of drift waves driven solely by density inhomogeneities. Effects of the toroidal magnetic field configuration, the Landau resonance, a peaked diamagnetic frequency and a sheared rotation of the plasma have been taken into account. These effects either stabilise or destabilise the drift waves and to determine the net result on the drift waves requires careful analysis. To this end, dispersion relations have been obtained in various limits to determine when to expect the different effects to be dominant. The main result of this part is that with a large enough rotational shear, the drift waves will be quenched.</p><p>In the second part we focus on temperature effects and thus treat reactive drift waves, specifically ion temperature gradient and trapped electron modes. In fusion plasmas the α-particles, created as a by-product of the fusion process, transfer the better part of their energy to the electrons and hence the electron temperature is expected to exceed the ion temperature. In most experiments until today, the ion temperature is greater than the electron temperature and this have been proven to improve the plasma confinement. To predict the performance of future fusion plasmas, where the fusion process is ongoing, a comprehensive study of hot-electron plasmas and external heating effects have been carried out. Especially the stiffness (heat flux vs. inverse temperature length scale) of the plasma has been examined. This work was performed by simulations done with the JETTO code utilising the Weiland model. The outcome of these simulations shows that the plasma response to strong heating is very stiff and that the plasma energy confinement time seems to vary little in the hot-electron mode.</p>

The concept of energy production through the fusion of two light nuclei has been studied since the 1950’s. One of the major problems that fusion scientists have encountered is the confinement of the hot ionised gas, i.e. the plasma, in which the fusion process takes place. The most common way to contain the plasma is by using at magnetic field configuration, in which the plasma takes a doughnut-like shape. Experimental devices of this kind are referred to as tokamaks. For the fusion process to proceed at an adequate rate, the temperature of the plasma must exceed 100,000,000C. Such a high temperature forces the plasma out of thermodynamical equilibrium which plasma tries to regain by exciting a number of turbulent processes. After successfully quenching the lager scale magnetohydrodynamic turbulence that may instantly disrupt the plasma, a smaller scale turbulence revealed itself. As this smaller scale turbulence behaved contrary to the common theory at the time, it was referred to as anomalous. This kind of turbulence does not directly threaten existents of the plasma, but it allows for a leakage of heat and particles which inhibits the fusion reactions. It is thus essential to understand the origin of anomalous turbulence, the transport it generates and most importantly, how to reduce it. Today it is believed that anomalous transport is due to drift-type waves driven by temperature and density inhomogeneities and the theoretical treatment of these waves is the topic of this thesis. The first part of the thesis contains a rigorous analytical two-fluid treatment of drift waves driven solely by density inhomogeneities. Effects of the toroidal magnetic field configuration, the Landau resonance, a peaked diamagnetic frequency and a sheared rotation of the plasma have been taken into account. These effects either stabilise or destabilise the drift waves and to determine the net result on the drift waves requires careful analysis. To this end, dispersion relations have been obtained in various limits to determine when to expect the different effects to be dominant. The main result of this part is that with a large enough rotational shear, the drift waves will be quenched. In the second part we focus on temperature effects and thus treat reactive drift waves, specifically ion temperature gradient and trapped electron modes. In fusion plasmas the α-particles, created as a by-product of the fusion process, transfer the better part of their energy to the electrons and hence the electron temperature is expected to exceed the ion temperature. In most experiments until today, the ion temperature is greater than the electron temperature and this have been proven to improve the plasma confinement. To predict the performance of future fusion plasmas, where the fusion process is ongoing, a comprehensive study of hot-electron plasmas and external heating effects have been carried out. Especially the stiffness (heat flux vs. inverse temperature length scale) of the plasma has been examined. This work was performed by simulations done with the JETTO code utilising the Weiland model. The outcome of these simulations shows that the plasma response to strong heating is very stiff and that the plasma energy confinement time seems to vary little in the hot-electron mode.