Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette thèse est consacrée à l'analyse, dans le cadre des théories supersymétriques, des phénomènes liés à la présence de dimensions supplémentaires et de secteurs branaires. Nous proposons une extension du MSSM motivé par les théories présentant des dimensions supplémentaires, dans laquelle le secteur de jauge est étendu de manière à former une représentation N = 2 de l'algèbre de supersymétrie. Nous décrivons comment, dans ce modèle, des masses de Dirac apparaissent naturellement pour les jauginos, et calculons les interactions et matrices de masse des nouveaux neutralinos et charginos présents. Puis nous étudions, dans le cadre des théories de supergravité en cinq dimensions, le couplage des champs de gravité aux multiplets chiraux localisés sur les branes. Cette étude conduit à l'introduction d'une nouvelle extension hors couche de masse de la supergravité en cinq dimensions, qui est bien adaptée au couplage des champs chiraux sur les branes au multiplet de supergravité pentadimensionnelle dans le cas d'un superpotentiel quelconque et dans la présence de F-termes différents de zéro. Le mécanisme de Scherk-Schwarz généralisé et le mécanisme de super-Higgs dans cette classe de théories sont également étudiés en détail. Notamment nous décrivons comment les pseudo-Goldstinos apparaissent lorsque la supersymétrie est brisée par des F-termes sur les branes et dans le volume pentadimensionnel par le mécanisme de Scherk-Schwarz. Nous étudions des possibilités d'identification des pseudo-Goldstinos aux neutrinos stériles. Enfin, des propriétés des gravitinos dans les théories à six dimensions sont étudiées.

Nous avons étudié la croissance de contacts cellulaires asymétriques: les jonctions adhérentes et les contacts focaux. Nous avons montré par des expériences d'imageries, de micromanipulation, et d'altération des assemblages cellulaires, que la brisure de symétrie des jonctions adhérentes entre des cellules apparemment identiques s'explique par des rôles différents du cytosquelette d'actine des deux cellules formant le contact. Une cellule «donneuse» polymérise de l'actine, ce qui amène les membranes cellulaires en contact. La cellule «receveuse» assemble des faisceaux contractiles d'acto-myosine qui exercent localement des forces sur les jonctions et régulent leur longueur. Des courbes de croissance de ces jonctions adhérentes ont par ailleurs été mesurées pour des cellules soumises à des augmentations contrôlées de force contractile par incubation dans le nocodazole. L'ajustement des courbes de croissance expérimentales par des lois théoriques a permis de déterminer les forces contractiles mises en jeu par la cellule «receveuse». Le tracé du diagramme force-extension des jonctions adhérentes a pu donc être réalisé pour la première fois et par une méthode non-invasive. Les approches biologiques pour l'identification des assemblages en jeu et physiques pour l'ajustement des lois de croissance ont l'une et l'autre montré que les contacts entre cellules se renforcent localement à la manière des contacts focaux. Nous avons enfin observé la dynamique interne des contacts focaux en croissance par TIRFM pour différentes protéines participant au contact (fibronectine, intégrine, vinculine, actine) afin de proposer un mécanisme de mécanosension.

Le modèle standard supersymétrique minimal (MSSM) est probablement une des théories de nouvelle physique les plus étudiées. Dans la plupart des études phénoménologiques, on fait l'hypothèse de la violation minimale de la saveur dans laquelle toutes les interactions violant la saveur sont directement liées à la matrice CKM du modèle Standard. Cependant, si la supersymétrie est plongée dans des cadres plus larges tels que les théories dites de Grande Unification, de nouvelles sources de violation de la saveur peuvent apparaitre. Les termes correspondant dans le lagrangien sont directement liés au choix du mécanisme de brisure de la supersymétrie. Or, à l'heure actuelle, aucun consensus n’existe quant au choix exact du mécanisme de brisure de la SUSY. Plusieurs mécanismes ont été évoqués récemment (entre autre, par le co-directeur de la thèse), qui pourraient conduire à des signatures prometteuses au LHC pour différents scénarios et domaines de paramètre. Le projet est donc idéalement situé à la frontière entre le 'model building' et des aspects plus phénoménologiques. Pour cette raison, le thésard sera naturellement amené à interagir de manière active avec le groupe de phénoménologie de physique des particules du LAPTh ainsi qu'avec les groupes de physique des particules du LAPP (ATLAS, LHCb..), laboratoire expérimental partageant le même bâtiment que le LAPTh. De plus, des collaborations sur le plan national, en particulier avec le LPSC de Grenoble, ainsi que sur le plan international, avec les universités de Würzburg et Münster (Allemagne) et le nouvel institut de physique de NATAL (Brésil) sont également envisagées. / The Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is probably the best studied of all new physics theories. In most phenomenological studies, one assumes the hypothesis of minimal flavour violation, where all flavour-violating interactions are related to the CKM-matrix (as it is the case in the standard model). However, if supersymmetry is embedded in larger frameworks such as grand unified theories (GUT), new sources of flavour violation can appear. The corresponding terms in the Lagrangian are directly related to the mechanism of supersymmetry breaking, for which at present no theoretical consensus exists. Several processes have recently been evoked (among others by the co-director of the proposed thesis), which might lead to promising signatures at the LHC if non-minimal flavour violation is realized. These studies, however, included flavour-violating terms directly at the electroweak scale without taking into account their possible origin at some high scale. The main goal of the project is to extend the previous work in order to take into account the link between the electroweak and the GUT scale. This will allow to put constraints on parameters describing supersymmetry breaking using constraints imposed at the electroweak scale. A second goal is the analysis of relevant processes with the help of current Monte-Carlo simulation tools in order to study the background and thus clarify the observability at LHC for different scenarios and regions of parameters space. So, the project is ideally situated at the frontier between model building and more phenomenological aspects. For this reason the project naturally includes interactions with the local particle physics phenomenology group at LAPTh as well as with the the neighbouring experimental groups (e.g. ATLAS, LHCb) at LAPP. Moreover, collaborations on the national, in particular with the LPSC Grenoble, and international level, e.g. with the University of Würzburg (Germany), the University of Münster (Germany) and the newly created International Institute of Physics in Natal (Brasil) are envisaged.

L'instabilité de Rayleigh-Plateau est utilisée dans les dispositifs d'impression à jet continu (CIJ) afin de piloter la dynamique de brisure des jets d'encre. Son étude dans ce cas de figure s'inscrit dans un cadre pluridisciplinaire relevant de la mécanique des fluides, de la rhéologie, ou encore de la physique des polymères. Le travail effectué se focalise sur l'influence des propriétés du fluide ainsi que de la géométrie de la buse d'impression sur cette dynamique. Ainsi, la caractérisation expérimentale des propriétés physicochimiques et rhéométriques des encres fait l'objet d'une attention particulière. La dynamique de brisure est ensuite modélisée à l'aide de différents logiciels de simulation numérique puis comparée aux expériences effectuées par ailleurs. Ces simulations prennent en compte lorsque c'est le cas les comportements non newtoniens des encres étudiées telles que leur propriétés rhéofluidifiantes ou viscoélastiques. Un lien étroit entre la dynamique de brisure et la forme du profil de vitesse en sortie de la buse est mis en évidence. Ce lien semble constituer une piste d'investigation particulièrement intéressante dans le cadre de la prédiction des dynamiques de jets obtenues par les dispositifs d'impression industriels. / Rayleigh-Plateau instability is used in continuous ink jet (CIJ) printers in order to drive ink jets breakup. Studies of such mechanisms are based on pluri-disciplinary concepts dealing with fluid mechanics, rheology and polymer sciences. The present work focuses on fluid properties and nozzles designs influences onto breakup dynamics. In this context, the experimental characterization of ink physical and rheological properties are of particular interest. Thereafter, jet dynamics computations are performed using several software and compared with experiences. Potential non Newtonian behaviours such as shear-thinning or viscoelasticity are modelled by computations. A close link between breakup dynamics and velocity profile at the nozzle exit is highlighted. This link is believed to bring crucial information for the prediction of jet dynamics observed in industrial printers.

Ce travail a pour objet d'évaluer l'apport de la physique quantique à la compréhension du phénomène de la conscience. Les modèles « classiques » de la conscience proposés actuellement laissent en suspens deux questions importantes: (a) l'explication de la synchronisation de régions éloignées du cerveau qui semble nécessaire à la construction de percepts conscients ; (b) la question du fossé explicatif qui existe entre l'expérience subjective, relevant de ce que le sujet est capable de ressentir de façon privée, et la description de ses corrélats neurophysiologiques dans le langage de la science, à la troisième personne. Les approches quantiques de la conscience sont systématiquement exposées et critiquées. Le « modèle dissipatif du cerveau »proposé par Vitiello et Freeman semble corroborer les données expérimentales et pourrait ainsi contribuer à résoudre cette dernière question (a). Ce modèle utilise une propriété fondamentale de la théorie quantique des champs selon laquelle la brisure spontanée de symétrie au sein d'un système physique donne lieu à l'émergence d'une dynamique collective pour ce système. Les modèles, relavant de la conception du monismeneutre, qui ont développés par Bohm et Hiley, et, plus récemment, par Atmanspacher et Primas, utilisent la théorie quantique pour son pouvoir expressif (concepts de complémentarité et d'intrication) et non comme une théorie de la seule matière pour bâtir une représentation unificatrice du phénomène de la conscience. Ils permettent de dissoudre la question (b) du fossé explicatif. Nous proposons enfin de prolonger et d'appliquer,plus généralement, ce mode de représentation au domaine psychosomatique. / This work aims to assess the contribution of quantum physics to the understanding of the phenomenon ofconsciousness. The "classical" models of consciousness cannat deal with two important questions: (a) thesynchronisation of distant parts of the brain which seems necessary to the construction of conscious percepts;(b) the question of the explanatory gap that exists between subjective experience, which is a private feeling, andthe description of its neurophysiological correlates in the language of science, at the third persan. The quantumalternatives of current models of consciousness are systematically exposed. Vitiello's and Freeman's "dissipativemadel of the brain" seem to corroborate experimental data and could thus contribute to solve question (a). Thismadel appeals to a fundamental property of quantum field theory according to which a spontaneous symmetrybreaking in a physical system (as it happens, the breaking of the rotational symmetry of dipolar molecules of thebrain) gives rise to a collective dynamics for this system. The models, relevant to the neutra! monism conception,that have been developed by Bohm and Hiley and, more recently, by Atmanspacher and by Primas use quantumtheory for its expressive power (concepts of complementarity and entanglement) to build a unifyingrepresentation of the phenomenon of consciousness. They lead to the dissolution of the question (b) of theexplanatory gap. ln the end, we suggest to extend this mode of representation and to apply it, more generally, tothe psychosomatic domain.

Le groupe de recherche Instabilités et Méthodes Numériques Spécifiques mène ses activités dans le développement d’outils numé- riques pour la résolution de problèmes non linéaires en utilisant, no- tamment, la Méthode Asymptotique Numérique (MAN). Basée sur le couplage d’une méthode de perturbation et de discrétisation spa- tiale, la MAN est efficace et permet de déterminer précisément les transitions telles que, par exemple, la perte d’unicité de la solution. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer des méthodes numé- riques alternatives à la fois robustes, performantes pour la résolution des équations de Navier-Stokes. Nous nous intéressons à l’analyse de bifurcation stationnaire, mais aussi à la simulation d’écoulement dépendant du temps. Dans un premier temps, des techniques d’analyse de bifurcation nu- mérique pour des problèmes stationnaires à très grand nombre de degrés de liberté sont décrites. Nous implémentons ces techniques, basées sur la MAN, dans le logiciel open-source multi-physique ELMER . Nous détaillons l’implémentation des méthodes d’analyse de bifurcation stationnaire telles que la continuation de branches solutions, les techniques de détection des valeurs critiques du pa- ramètre de charge et les changements de branche en un point de bifurcation stationnaire. L’émergence d’une progression géométrique dans les termes de séries MAN à l’approche d’une singularité est dé- crite. Des discussions sont proposées pour le cas de bifurcations par brisure de symétrie. Les méthodes proposées dans ce travail sont validées en utilisant des cas référencés dans la littérature, tels que des écoulements dans des conduites à expansion/contraction sou- daine. Une étude paramétrique permet de présenter de nouveaux ré- sultats pour les écoulements tridimensionnels dans une expansion brusque. L’utilisation de librairies de calculs intensifs rend possible la réalisation d’analyse de bifurcation pour des modèles à très grand nombre de degrés de liberté, en des temps de calcul abordables. Dans un deuxième temps, des solveurs d’ordre élevé sont proposés pour la simulation d’écoulements instationnaires. Une technique d’homotopie à combinaison convexe et une technique de pertur- bation, sont couplées à un schéma d’intégration temporelle pour résoudre les équations instationnaires de Navier-Stokes. Le cas d’un écoulement bidimensionnel autour d’un cylindre fixe est étudié. Ce problème de référence nous permet de valider et discuter des amélio- rations proposées. De cette manière, nous confirmons, au cours des essais numériques, qu’il est possible de réduire les temps de cal- cul en évitant des assemblages d’opérateurs et des résolutions de systèmes linéaires qui n’apportent aucune information supplémen- taire pour la qualité des solutions. De plus, un nouvel éclairage est apporté sur l’utilisation des approximants de Padé par rapport aux travaux antérieurs. L’utilisation de ces solveurs non linéaires nous permet de réduire significativement le nombre de factorisations de matrice en les conservant valides pour un grand nombre de pas de temps, et parfois sur le domaine temporel complet. De nombreuses perspectives sont envisagées, notamment pour l’analyse des séries pour le cas d’un point limite, la bifurcation de Hopf, l’étude d’autre cas d’écoulements tridimensionnels, le couplage fluide-structure. De même, l’association des techniques MAN aux techniques de réductions de modèles et l’analyse de stabilité des orbites périodiques sont envisageables. / The research group "Instabilités et Méthodes Numériques Spéci-fiques" operates in the development of numerical tools for solving nonlinear problems by using, in particluar, the Asymptotic Numer- ical Method (ANM). Based on coupling a perturbation method and a spatial discretization, the ANM is effective and makes it possible to precisely determine the transitions such as, for example, loss of uniqueness of the solution. The objective of this thesis is to offer al- ternative numerical methods both robust and effective, for solving the Navier-Stokes equations. We are interested in steady bifurcation analysis, and in time dependent flow simulation .Initially, numerical bifurcation analysis techniques for steady flow problems in very large number of degrees of freedom are de- scribed. These techniques, based on the ANM, are implemented in the multiphysics ELMER open-source software. We detail the im- plementation of the steady bifurcation analysis methods such as continuation of solution branches, detection of load parameter critical values and branch switching at steady bifurcation point. The emer- gence of a geometric progression in ANM series terms in the vicinity of a singularity is described. Discussions are proposed for the case of symmetry breaking bifurcations. The methods described in this the- sis are validated using reference cases of the literature, such as flow in pipe with sudden expansion/contraction. New results for three- dimensional flow in a sudden expansion, are obtained according to a parametric study. The use of high performance computing libraries makes possible the bifurcation analysis for models with high number of degrees of freedom, in affordable computing times. Secondly, high-order solvers are proposed for the simulation of un- steady flows. Homotopy with convex combination and a perturba- tion technique, are coupled to a time integration scheme in order to solve the unsteady Navier-Stokes equations. The case of two- dimensional flow around a fixed cylinder is studied. This reference problem allows us to validate and discuss proposed improvements. In this way, we confirm, in the numerical tests, that it is possible to reduce the computation time by avoiding operators assembly and resolution of unuseful linear systems in respect to the solution quality. In addition, new lighting is provided on the use of Padé approximants over previous work. The use of these nonlinear solvers allows us to significantly reduce the number of matrix factorization retaining them valid for many time steps, and sometimes on the complete time do- main. Many opportunities are envisaged, in particular the analysis of ANM series for the case of limit point, the Hopf bifurcation, the study of other cases of three-dimensional flow, the fluid-structure interaction. Similarly, the combination of ANM models with reduction techniques f stable periodic orbits are possible.

Malgré son impressionnant succès, le modèle standard de la physique des particules ne rend pas compte de toutes les observations expérimentales. De plus, des interrogations théoriques intrinsèques à sa formulation demeurent et requièrent des explications plus fondamentales. Par conséquent, au lieu d'être une théorie ultra-violette, le modèle standard doit plutôt être vue comme une description effective, valide à basse énergie, d'une théorie plus fondamentale et de la nouvelle physique devrait être introduite. On considère deux approches pour introduire la nouvelle physique. Dans la première, on étend le modèle standard avec seulement quelques nouveaux états en assumant que les états plus lourds sont découplés de l'échelle électro-faible. Cette approche est principalement phénoménologique car par hypothèse, les extensions que l'on considère sont une manifestation à basse énergie d'une théorie plus complète. On se concentre en particulier sur de nouveaux fermions car ils sont une prédiction commune à un ensemble de théories au delà du modèle standard fortement motivés. L'objet principal de cette approche est d'étudier l'effet de ces nouveaux fermions à la lumière des mesures récentes des couplages du Higgs. La seconde approche est plus théorique, elle est basée sur une théorie ultra-violette. On se concentre sur le modèles de Higgs composite qui ont pour vocation de résoudre le problème de hiérarchie de l'échelle électro-faible. Les modèles de Higgs composite étant réalisés dans le cadre d'un nouveau secteur fortement couplé constitué de nouveaux fermions fondamentaux, on étudie la dynamique non-perturbative avec le modèle de Nambu et Jona-Lasinio. On dérive par exemple dans ce contexte le spectre des résonances les plus légères que l'on pourra peut-être observer dans un proche futur au LHC ou à d'autre collisionneurs. / Despite its impressive success, the standard model of particle physics does not account for every experimental observations.In addition, it has some theoretical puzzles in its formulation that seem to require more fundamental explanations.Then, instead of an ultra-violet complete theory, the standard model should rather be viewed as an effective description of a more fundamental theory and new physics should be introduced.We follow two different approaches of new physics.In the first one, we extend the standard model by only few new states assuming that the heavier states are decoupled from the electro-weak scale.This approach is mostly phenomenological as by hypothesis the extensions that we consider are a low energy manifestation of a more complete theory.We particularly focus on new fermions as they are a common prediction of a lot of well-motivated beyond the standard model theories.The main purpose is to study the effect of these new fermions in light of the recent Higgs couplings measurements.%The second approach has a more theoretical origin and is based on an ultra-violet complete theory.We focus on composite Higgs models that aim to solve one theoretical puzzle of the standard model, that is, the hierarchy problem of the electro-weak scale.The composite Higgs paradigm being realised by a new strongly interacting sector made of new fundamental fermions, we study the non-perturbative dynamics using the Nambu and Jona-Lasinio model.We derive for instance the spectrum of the lightest resonances which could be observed in a near future at the LHC or at some other colliders.