Le collage direct est un procédé par lequel deux surfaces suffisamment planes et propres peuvent se coller sans ajout d'un adhésif. Le collage direct de surfaces structurées est souvent utilisé pour la fabrication de système mécanique microélectronique (MEMS), où une plaque de silicium avec des cavités est collée à une autre plaque de silicium. La fabrication de ces dispositifs est chère et il serait utile d'avoir une ligne directrice lors du dessin de structures afin de savoir à l'avance si le collage direct sera possible.Un modèle de simulation 2D pour le collage direct de deux substrats est développéet utilisé pour étudier l'influence des cavités sur la vitesse de propagation de l'ondede collage. Les prédications données par des simulations avec Comsol® sont en bonnecohérence avec les mesures expérimentales et une loi en 2 dimensions de la vitesse de collage est obtenue. Le collage de plaques parfaitement planes avec des cavités serait toujours possible. Les limitations lors du collage de vraies plaques sont dues au coût de l'énergie élastique pour déformer les plaques non parfaitement planes. Cette limite est atteinte facilement quand l'onde de collage doit traverser une tranchée, dans ce cas un dessin avec un petit guide de collage pour aider à traverser la cavité fonctionnera mieux. La taille de ce guide d'onde doit être choisis en considèrent la flèche de la plaque. En effet la seconde règle importante du dessin est de garder une surface de collage suffisante pour avoir plus d'énergie d'adhésion que le coût en énergie élastique dû à la déformation des plaques non parfaitement planes.L'énergie d'adhésion est un important paramètre du collage direct, car c'est l'énergie qui permet l'adhésion. Cette énergie d'adhésion est différente de l'énergie de collage la plus répandues qui est l'énergie requise pour séparer deux plaques précédemment collées. Dans cet ouvrage une méthode simple de mesure d'adhésion est proposée. Une mesure de l'évolution de l'énergie d'adhésion sur un temps long nous mène à proposer un mécanisme d'évolution lié à la formation de ponts capillaires entre des surfaces rugueuses. / Direct bonding is a process by which two sufficiently flat and clean surfaces can bond to each other without any added adhesive layer. Direct bonding of patterned surfaces is often used for the fabrication of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), where a silicon wafer with cavities is bonded to a plain wafer. The fabrication of these devices is expensive and it would be useful to have guidelines when designing knew devices to know in advance if direct bonding will be possible.A 2D simulation model of the direct bonding of two substrates is developed and usedto study the influence of the cavities on the bonding wave velocity. The prediction of the simulation run with Comsol® are in good coherence with the experimental measures and a 2D law of the bonding velocity is obtained. The bonding of perfectly flat wafers with cavities should always be possible. Limitations to the bonding of real wafers are due to the elastic energy cost of deforming the non perfectly flat wafers. This limit is reached easily when the bonding wave must cross a trench, so a design with a small bonding guide to help cross the cavity will work best. The width of this wave guide should be chosen by considering the bow of the wafer. Indeed the second important design rule is to keep a bonding area big enough to have more adhesion energy than the elastic energy cost due to non flat wafers deformation.The adhesion energy is an important parameter of the direct bonding, as it is theenergy that drives the adhesion. This adhesion energy is different from the more widely known bonding energy which is the energy needed to separate two previously bonded wafers. In this work a simple method to measure the adhesion is proposed. Long time measurement of the evolution of the adhesion energy lead us to propose a mechanism for its evolution linked to the formation of capillary bridges between rough surfaces.

L'endommagement des matériaux ductiles est un processus impliquant trois étapes : la nucléation, la croissance et la coalescence de vides. La phase de croissance des vides a été largement étudiée dans la littérature. Il a été montré que, durant cette étape, la forme des vides joue un rôle fondamental sur le comportement macroscopique du matériau. Dans le cas de sollicitations dynamiques, les effets micro inertiels, qui résultent des accélérations subies par la matrice au voisinage du vide, influent eux aussi fortement sur la croissance des vides. Cependant, les travaux intégrant simultanément ces deux contributions (effets inertiels et forme) sont très rares. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle de comportement pour les matériaux poreux qui prend en compte la forme des vides et les effets micro inertiels. Dans une première partie, un volume élémentaire représentatif défini par deux ellipsoïdes allongés confocaux est utilisé pour représenter le matériau poreux. La matrice est rigide viscoplastique. En se basant sur les travaux de Molinari et Mercier (2001), la contrainte macroscopique se décompose en une partie statique et une partie dynamique. La contrainte statique est décrite par le modèle de Gologanu et al. (1997). La contrainte dynamique est obtenue en adoptant le champ de vitesse de Gologanu et al. (1993). Avec cette modélisation, il est montré que la contrainte dynamique est liée de façon quadratique au tenseur des vitesses des déformations et de façon linéaire à sa dérivée par rapport au temps. Le modèle fait l'objet d'une validation sur la base de comparaisons avec des résultats de calculs par éléments finis. Différentes forme de vides et valeurs de la porosité ont été considérées. Dans une seconde partie, le cas de matériaux contenant des vides aplatis est abordé ; le volume élémentaire représentatif est défini par deux ellipsoïdes confocaux aplatis. La contrainte statique est toujours décrite par le modèle de Gologanu et al. (1997). La contrainte dynamique est obtenue en adoptant le champ de vitesse de Gologanu et al. (1994). La procédure de validation est identique à celle mise en œuvre dans le cas des vides allongés. Une bonne adéquation entre les résultats du modèle et les résultats de calculs par éléments finis est retrouvée. L'utilisation des surfaces d'écoulement permet de mettre en lumière les effets de la forme des vides sur le comportement du matériau poreux sous chargement dynamique. En fonction du chargement appliqué, certaines géométries de vide favorisent la déformation du matériau. Le cas particulier du vide sphérique est étudié comme limite des deux modèles. La continuité des deux modèles est démontrée. L'évolution de la porosité et de la forme des vides dans un matériau poreux sous chargement dynamique est analysée. Des comparaisons avec des résultats de simulations par éléments finis sont proposées. L'influence de la triaxialité et de la vitesse du chargement sur le comportement dynamique du matériau poreux est étudiée, ainsi que celle de la forme initiale du vide. Au final, il est démontré que le modèle développé dans cette thèse permet de retrouver les tendances fournies par les calculs éléments finis / The ductile fracture mechanism involves three stages: void nucleation, void growth and void coalescence. Under dynamic loading conditions, void growth is strongly affected by microinertia effects resulting from the local acceleration of the matrix material in the vicinity of the void. Several works devoted to quasi-static conditions also show that void shape has a strong impact on the behavior of porous ductile materials. However, there exist only few works considering the combined effect of these two contributions. In the present work, we propose an original, multi-scale constitutive model of porous materials, taking into account void shape and micro-inertia effects. In a first step, a representative volume element defined by two confocal prolate spheroids is used to represent the porous material. The matrix behavior is assumed to be rigid-viscoplastic. Based on the work of Molinari and Mercier (2001), the macroscopic stress is the sum of a static and a dynamic part. The static contribution is described by the Gologanu et al. model (1997). The dynamic stress is derived by choosing the trial velocity field proposed by Gologanu et al. (1993). With the present modeling, a link is established between the macroscopic dynamic stress, on the one hand and, the macroscopic strain rate tensor and its time derivative on the other hand. To validate the proposed model, finite element computations have been performed for different void geometries and void volume fractions. The influence of micro-inertia on the macroscopic flow surface is analyzed and a good agreement between modeling and simulations is observed. In a second step, a representative volume element defined by two confocal oblate spheroids is used to represent the porous material. For this configuration, the static contribution is also described by using the Gologanu et al. model (1997), while the derivation of the dynamic stress is based on the trial velocity field proposed by Gologanu et al. (1994). As for the prolate case, a good agreement is retrieved between model predictions and results of finite element computations. The spherical void configuration is investigated as the limit case for the oblate and prolate models. The continuity between the two models is established. Finally, the proposed models are combined to investigate the porosity and void shape evolutions in a porous solid under dynamic loadings. A parametric study has been performed by varying the stress triaxiality, the initial void shape and the loading rate. Significant void shape variations are observed for low triaxiality loadings. With the present modeling, the void can evolve from prolate to oblate shapes (and the reverse). Model predictions are compared to finite element computations

Sous irradiation, les flux de particules (neutrons, ions, électrons) créent des défauts ponctuels (lacunes et interstitiels) qui génèrent des défauts étendus (boucles de dislocation, cavités) responsables de la fragilisation des matériaux. L'aluminium est un matériau de faible masse et de faible énergie seuil de déplacement (Ed=16-19 eV) ce qui permet de créer les nanodéfauts étendus directement sous irradiation aux électrons dans un microscope électronique à transmission haute résolution (HRMET). Cet instrument permet non seulement de caractériser finement les nanodéfauts mais également d'étudier leur évolution in situ sous irradiation, ceci en fonction de la température, du taux de dommage et d'une pression partielle d'hydrogène. Nous avons constaté un effet important de la pression partielle d'hydrogène sur la cinétique de formation des boucles de dislocation et des cavités. Parallèlement, nous avons mis en place une modélisation multi-échelle des effets de taille finie et de discrétisation du réseau sur la morphologie d'équilibre des cavités à partir de calculs ab initio des énergies de surface et de liaison de petits amas lacunaires et des amas mixtes lacune-hydrogène. La caractérisation expérimentale des morphologies des cavités en fonction de leur taille met en évidence trois formes régulières : une forme de croix bordée par des surfaces {100}, une forme d'octaèdre non tronqué bordée par des surfaces {111} et une forme d'octaèdre tronqué, bordée par les surfaces {111} et {100} ainsi qu'un effet de taille finie entre ces formes prédit par le modèle. De même, la mesure des fluctuations morphologiques d'une cavité au cours de sa croissance ou de sa décroissance en taille révèle le rôle déterminant des nombres magiques fixés par la géométrie et la discrétisation du réseau. A partir du modèle thermodynamique des cavités et d'une caractérisation expérimentale de la densité volumique et de la distribution en taille des nanodéfauts, nous proposons un modèle de germination des cavités sous irradiation. Nous en déduisons une taille du germe critique et un taux de germination des cavités en fonction de la température et du taux de dommage, qui sont comparés aux valeurs expérimentales correspondantes extraites des observations in situ. Enfin, nous discutons de l'effet de l'hydrogène sur la stabilité des amas mixtes lacune-hydrogène et sur la cinétique de germination des cavités. / Under irradiation, flows of particles (neutrons, ions, electrons) induce ponctual defects (vacancies and interstitials) which generate extended defects (dislocation loops, cavities) that are responsible for materials weakening. Aluminum is a low mass material with a low displacement energy (Ed=16-19 eV) which allows the creation of extended defects directly under electron irradiation in a high resolution transmission electron microscope (HRTEM). This instrument allows not only a fine characterization of nanodefects but also to study their evolution in situ under irradiation, depending on temperature, damage rate and a partial pressure of hydrogen. We noticed an important effect of the hydrogen partial pressure on the kinetic of formation of the cavities and dislocation loops. Simultaneously, we developped a multiscale modelisation of finite size effets and structure discretisation on equilibrium shapes of cavities based on binding and surface energies determined by ab initio calculation of small vacancy clusters and mixted hydrogen vacancy clusters. Experimental characterization of cavity shapes according to the cavity radius reveals three regular shapes : a cross shape bounded by {100} surfaces, an octahedral non-truncated shape bounded by {111} surfaces and an octahedral truncated shape, bounded by {100} and {111} surfaces as well as the determination of a finite size effect predicted by the model. Also, measurements of cavity shape dispersion during its growth and decrease showed a dominant effet of magic numbers, fixed by geometry and frustration of the structure. Based on a thermodynamic model and a fine experimental characterization of volumic density, we propose a nucleation model of cavities under irradiation. We deduce from this model a critical cluster size and a rate of cavity nucleation depending of temperature and damage, which are compared to the corresponding experimental values extracted from in situ observations. Finally, we discuss the effect of hydrogen on the stability of vacancy-hydrogen clusters and on the kinteic of cavity nucleation.

Les cavités artificielles funéraires sont à la fin de la Préhistoire en Méditerranée occidentale un type d’architecture privilégié. La compréhension de la chaîne opératoire de construction des hypogées est essentielle afin de déterminer quelles techniques et stratégies entrent en jeu dans la mise en place de ces architectures souterraines. C’est dans le cadre de cette thèse qu’une méthode a été développée sur le sujet. Celle-ci se présente en trois axes : l’étude technologique du macro-outillage de creusement, l’analyse à l’aide de la photogrammétrie des traces présentes sur les parois des hypogées et l’expérimentation permettant de confirmer ou d’infirmer les hypothèses émises. Ces trois axes ont été développés dans des contextes différents, en France dans les Bouches-du-Rhône avec l’ensemble monumental de Fontvieille et en Sardaigne avec notamment la nécropole à domus de janas de S’Elighe Entosu. Ces deux contextes offrent la possibilité d’étudier des hypogées possédant des caractéristiques différentes. La comparaison entre les divers contextes sélectionnés en Méditerranée occidentale permet d’entrevoir les différences et similitudes présentes dans les chaînes opératoires de creusement et les choix effectués par les différents groupes humains. Au-delà de la connaissance des techniques employées pour le creusement de ces architectures, cette étude permet également de s’interroger sur le rôle de celles-ci au sein de la communauté par l’investissement que leur mise en place engendre. / At the end of Prehistory in the Western Mediterranean, the rock-cut tombs are a privileged type of architecture. The understanding of the hypogea’s digging process is essential In order to determine which techniques and strategies come into play in the establishment of these structures. In the context of a PhD research work, a method has been developed on the subject. It is presented in three lines of reflection: the technological study of digging macro-tools, the analysis of the traces which are present on the walls of hypogea using photogrammetry, and an experimentation to confirm or refute the assumptions made during the first two axes of the study. These three axes were developed in different contexts, the monumental context of Fontvieille, located in the geographical area of the Bouches-du-Rhône administrative department in France and the necropolis of S'Elighe Entosu in Sardinia, Italy. These two fieldworks allows us to study the different characteristics of the hypogea. The comparison between the various contexts selected in the western Mediterranean allows us to glimpse the differences and similarities present in the digging process chains and the choices made by the different human groups. Beyond the knowledge of the techniques used for the digging of these architectures, this study also makes it possible to question the role of these in the community by the investment that their establishment generates.

Au cours des dix dernières années, des composés oligomères intéressants à base de l’acide cholique ont été synthétisés et caractérisés par nos collaborateurs du groupe de Julian X.X. Zhu à l’Université de Montréal (UdeM). Dans un travail récent, ils ont synthétisé un dimère d'acide cholique qui pouvait former de façon réversible une cavité moléculaire lorsqu'il était dissous dans des milieux de polarité différente ; dans l'eau, le dimère forme une cavité hydrophobe, et dans des milieux organiques, le dimère forme une cavité hydrophile. Ainsi, ce type de composés amphiphiles, lorsqu'ils sont en solution, démontre un comportement de cavité moléculaire qui dépend des conditions du solvant, formant une cavité de polarité opposée à celle du milieu dans lequel ils se trouvent. Le comportement d'inversion de la cavité résulte de la flexibilité conformationnelle du lieur chimique entre les monomères d'acide cholique. La capacité des cavités de piéger des sondes moléculaires en fonction de leur polarité suggère que ce type d’oligomères d’acide cholique pourrait constituer des phases stationnaires intéressantes pour la chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC), où la séparation est basée sur la polarité du soluté par rapport à la phase mobile. Puisqu’ils peuvent constituer des cavités hydrophobes et hydrophiles, ils pourraient donc être exploités en chromatographie en phase normale (NPC) et en chromatographie en phase inverse (RPC). La possibilité d'avoir une phase stationnaire réversible avec une affinité bimodale appropriée pourrait être avantageuse en biosciences, en sciences de l'environnement et favoriser la séparation de mélanges complexes en élargissant le champ d'application d’une seule colonne chromatographique. L’affinité bimodale pourrait notamment permettre d'éviter de changer le mode de fonctionnement du HPLC; un processus long, coûteux et nécessitant une grande quantité de solvant pour rééquilibrer et passiver le système fluidique de l’instrument. Ce mémoire est une étude exploratoire qui vise à déterminer si ce type d’oligomères d’acide cholique, une fois liés à des particules de gel de silice (6 μm de diamètre), montre la formation de cavités moléculaires dans diverses conditions de phase mobile et s’il pourrait être utilisé pour effectuer des séparations comme phase stationnaire bimodale. À notre connaissance, il n’existe pas encore de phase stationnaire réversible à base d’oligomères d’acide cholique capables d’interagir avec des composés hydrophiles et hydrophobes, en fonction de la polarité ii de l’éluant. Ce type de phase stationnaire se compare à d’autres phases stationnaires bimodales pouvant être utilisées en NPC ou en RPC, parmi lesquels on trouve entre autres des copolymères amphiphiles, des structures organométalliques et des macromolécules comme les cyclodextrines (CD). La nature bimodale de la phase stationnaire à base de CD rapporté dans la littérature est assez similaire aux phases stationnaires des oligomères d’acide cholique de cette étude, grâce à leur cavité hydrophobe naturelle et un extérieur hydrophile, mais sans toutefois que la cavité soit réversible à cause de la rigidité de l’anneau CD. Les particules de silice greffées avec des oligomères d’acide cholique ont été empaquetées par suspension dans un tube capillaire en silice fondue de diamètre intérieur (ID) de 250 μm pour former des colonnes capillaires de 10 cm de long. Les performances chromatographiques en phase liquide des phases stationnaires ont été étudiées à l'aide d'un instrument HPLC adapté aux colonnes capillaires et muni d’un détecteur d’absorption. Plusieurs sondes-analytes sont étudiées dans ce mémoire pour caractériser la rétention causée par les phases stationnaires dans diverses phases mobiles eau/organique. Des comportements en RPC et d'interaction hydrophile (HILIC) ont été observés dans différentes plages de composition de phase mobile eau/organique. Les tests ont montré que les matériaux étaient capables de retarder des analytes non polaires avec une diminution du pourcentage organique (% org) sur une large plage de compositions (45% à 0% org dans le cas des alkylbenzènes). Les cavités hydrophobes semblent quant à elles être responsables de la rétention aux % org moins que 10% et pour seulement une faible partie de la plage totale de la rétention hydrophobique. Le comportement en phase inverse a été comparé aux colonnes classiques à base de chaînes alkyles (C3, C4, C8 et C18) pour évaluer l’importance des interactions hydrophobes. Inversement, une augmentation du % org, en particulier de l'acétonitrile, a entraîné la rétention de composés polaires sur une courte plage de composition de solvant à partir de 85% org. Cette dernière rétention est toutefois principalement imputable aux mécanismes HILIC avec le support de silice gel découvert et non aux cavités hydrophiles du dimère d’acide cholique. / Over the past ten years, interesting oligomeric compounds based on cholic acids have been synthesized and characterized by our collaborators from the Julian X.X Zhu group at the Université de Montréal (UdeM). In a recent work, they synthesized a cholic acid dimer and showed that it could form invertible molecular pockets when dissolved in media of different polarity; in water, the dimer forms hydrophobic pockets, and in organic media, the dimer forms hydrophilic pockets. Therefore, these amphiphilic compounds, when in solution, demonstrate molecular pocket behavior depending on solvent conditions to form a cavity of opposite polarity of the media in which they are located. The inversion behavior results from the conformational flexibility of the chemical linker between the bile acid monomers. The ability of the pockets to trap probe species based on their polarity suggests that the cholic acid oligomers might be interesting stationary phases for high-performance liquid chromatography (HPLC), where separation is based on solute polarity relative to the mobile phase. Since these materials can produce hydrophobic and hydrophilic pockets, they could be exploited in both normal-phase chromatography (NPC) and reversed-phase chromatography (RPC). The ability to have an invertible stationary phase with suitable bimodal affinity could be advantageous in biosciences, environmental sciences, and for the separation of complex mixtures by widening the field of application of the same chromatographic column. The bimodal affinity may, in particular, make it possible to avoid changing the operating mode of the HPLC; a costly and lengthy process requiring a large amount of solvent to re-equilibrate and passivate all fluidic paths of the instrument. This memoir is an exploratory study that sets out to evaluate whether this type of cholic acid oligomer, once bonded to silica gel particles (6 μm diameter), shows the formation of molecular pockets in various mobile phase conditions and if they can be used to perform separations as bimodal stationary phases. To the best of our knowledge, invertible stationary phases based on cholic acid oligomers that are capable of selective binding and release of both hydrophilic and hydrophobic compounds depending on the polarity of the eluent do not yet exist. This type of stationary phase can be compared to the other bimodal stationary phases that can be used in either NPC or RPC that includes amphiphilic copolymers, organometallic structures and macromolecules like cyclodextrins (CD). The bimodal nature of the CD-based iv stationary phases are quite similar to the cholic acid oligomers stationary phases of this study, thanks to a natural hydrophobic cavity and a hydrophilic exterior, but without the invertibility of the cavity due to the rigidity of the CD ring. The grafted particles were slurry-packed into 250 μm inner diameter (ID) fused silica tubing to make 10 cm long capillary columns. The liquid chromatographic performance of the stationary phases was investigated using a capillary HPLC instrument with a UV absorbance detector. Several probe analytes were investigated to characterize the molecular pocket-based retention in various water/organic mobile phases. RPC and hydrophilic interaction (HILIC) behaviors were observed in distinctive composition ranges of water/organic mobile phases. The tests showed that the materials were able to retain nonpolar compounds gradually with the decrease of percentage organic (% org) over a wide range of compositions (45% to 0% org for alkylbenzenes). The hydrophobic pockets seem to be responsible for the retention at % org less than 10% and only for a small extent of the total range of the hydrophobic retention. The reversed phase behavior was compared to classical alkyl-chain-based columns (C3, C4, C8 and C18) to assess the importance of the hydrophobic interactions. Conversely, an increase in % org, especially acetonitrile, resulted in the retention of polar compounds over a smaller range of % org starting at 85% org. This latter retention is mainly attributable to HILIC mechanisms with the uncapped silica gel support and not the cholic acid dimer hydrophilic pockets.

Premièrement, nous allons explorer la modélisation des cavités diélectriques bidimensionnelles. Plus spécifiquement, nous allons développer différentes méthodes de modélisation valides pour des cavités diélectriques à géométrie et profil d’indice de réfraction arbitraires. Ce degré de liberté supplémentaire pourra être utilisé dans le design de microcavités pour des applications spécifiques. Un formalisme de diffusion permettra de définir les modes caractéristiques de ce type de structure et d’en calculer les résonances. Une analyse numérique des équations résultantes montrera que les méthodes intégrales sont possiblement meilleures que les méthodes différentielles. Deuxièmement, nous discuterons de la modélisation de structures radiatives. Nous utiliserons les méthodes développées dans la section précédente pour modéliser les propriétés lasers des microcavités bidimensionnelles prédites par la théorie SALT. Nous aborderons aussi la modélisation de fibres-antennes RF, plus particulièrement les câbles coaxiaux à perte radiative, dans le but d’intégrer des fonctionnalités radio dans un textile de manière transparente à l’utilisateur. / In this essay, we will develop different modelization techniques valid for bidimensional dielectric cavities having arbitrary geometries and refractive index profiles and provide a way to accurately compute the resonances of such structures. The refractive index thus becomes an additional design variable for dielectric cavities. A numerical analysis of of the underlying equations of the theory will reveal that perhaps it is best to forego differential equations in favour of integral ones for the scattering problem. In the second part, we will discuss the modelization of radiating structures. Using the formalism developed in the previous section, we will study the lasing properties of bidimensional cavities using the newly developed self-consistent ab initio laser theory (SALT). We will also touch on the modelization of the class of antenna known as leaky coax

De part ses nombreuses applications scientifiques et sociétales comme la radiographie protonique ou encore la protonthérapie, l’accélération d’ions par laser suscite un grand intérêt. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre et présente une étude de l’interaction d’une impulsion laser d’intensité relativiste avec un plasma de densité modérée. Dans ce régime, le plasma est transparent à l’onde laser et les électrons oscillent à des vitesses relativistes dans le champ de l’onde incidente. Ces conditions sont favorables à un transfert efficace de l’énergie laser vers le plasma, et donc sont intéressantes pour l’accélération d’ions par laser. Ce régime permet également la création de solitons électromagnétiques et acoustiques dont les mécanismes de formation et les propriétés nécessitent une meilleur compréhension. Nous réalisons une étude détaillée de simulations Particle-In-Cell (réalisées avec le code OCEAN) de l’interaction d’une impulsion laser intense avec un plasma sous dense. Nous montrons que la diffusion Raman stimulée (SRS) dans le régime relativiste est le principal processus responsable de l’absorption de l’énergie laser par le plasma et qu’il est, en outre, très efficace puisqu’il permet de transférer près de 70 % de l’énergie de l’impulsion laser aux électrons. Cette instabilité apparaît dans des plasmas dont la densité est nettement supérieure à la densité quart-critique du fait de la diminution de la fréquence plasma électronique et se développe sur des temps très courts. Il permet ainsi un chauffage homogène des électrons tout le long de la propagation de l’impulsion laser à travers le plasma. Ces électrons participent à la détente du plasma, et créent sur ses bords raids un champ électrostatique permettant l’accélération des ions. Ces derniers gagnent 30 % de l’énergie laser initiale. Nous avons aussi développé un modèle simple qui permet de prédire et donc d’optimiser le taux de rétro-diffusion du plasma du fait du développement de l’instabilité SRS. Nous nous intéressons également à la séquence des processus permettant la formation des cavités électromagnétiques. Cette analyse souligne le rôle joué par l’instabilité modulationnelle ou de Benjamin-Feir sur le front de l’impulsion laser qui est divisée en un train de plusieurs solitons électromagnétiques. À l’aide d’une étude détaillée, nous montrons que ces solitons excitent des ondes plasmas dans leur sillage en se propageant dans le plasma, perdent de l’énergie et finissent par être piégés. Ils forment également des dépressions (cavités) des densités électroniques et ioniques du plasma. Ces cavités sont des pièges pour les champs électromagnétiques rayonnés par le plasma (par exemple du fait de l’instabilité SRS) et survivent grâce à un équilibre entre la pression de radiation des champs piégés et les pressions cinétiques électroniques à leurs bords. Ces cavités absorbent une part importante de l’énergie laser mais elles n’en conservent qu’une partie sous forme d’énergie électromagnétique piégée. Le reste de l’énergie permet l’expansion de la cavité, la génération de solitons acoustiques supersoniques et l’accélération de particules. / The laser-accelerated ions draw an increasing interest due to their potential applications and to their unique properties. This manuscript presents a study of the interaction between a relativistic intense laser pulse and a low density plasma. In this regime, the plasma is transparent to the laser pulse and electrons oscillate with relativistic velocities in the field of the incident wave. These conditions make the transfer of the laser pulse energy to the plasma efficient, and therefore are interesting for the ion acceleration. This regime generates also electromagnetic and acoustic solitons whose formation mechanisms and properties need to be better understood. We carry out a detailed analysis of Particle-In-Cell simulations (performed with the code OCEAN) of interaction of an intense laser pulse with a low density plasma.We show that the stimulated Raman scattering (SRS) is the main mechanism responsible for the absorption of laser energy in plasma. This process is very efficient : it leads to the transfer of 70 % of the laser pulse energy to electrons. This instability occurs in plasmas with a density larger than the quarter critical one due to the decrease of the electron plasma frequency and develops in a very short time scale. It leads to an homogeneous electron heating all along the distance of propagation of the laser pulse through the plasma. The ions are efficiently accelerated at the plasma edges and can get nearly 30%of the initial laser energy. This study is accompanied by a simple analytical model which is able to predict and so optimize the laser backscattering fraction due to the development of the SRS instability. We also present a sequence of stages which lead to the formation of electromagnetic cavities. This analysis highlights the role of the modulationnal or Benjamin-Feir instability in the front of the laser pulse, which is split in a train of electromagnetic solitons. Our detailed study shows that these solitons excite plasmas waves in their wake, lose energy and are finally trapped in the plasma. They lead to the formation of density depressions (cavities) which may trap the electromagnetic fields produced in the plasma (by the SRS instability, for example). These structures may survive for a long time thanks to an equilibrium of the trapped field radiation pressure and the electronic kinetic pressure at their borders. These cavities absorb an significant part of the laser energy but only a part of it is trapped inside. The remaining part is invested in the cavity expansion, generation of acoustic solitons and acceleration of charged particles.

Dans cette thèse nous étudions théoriquement de systèmes dissipatifs pompés,décrits par une équation maîtresse de Lindblad. En particulier, nous adressons les problématiques liés à l’émergence de phénomènes critiques. Nous présentons une théorie générale reliant les transitions de phase du premier et deuxième ordres aux propriétés spectrales du superopérateur liouvillien. Dans la région critique, nous déterminons la forme générale de l’état stationnaire et de la matrice propre du liouvillien associée à son gap spectral. Nous discutons aussi l’utilisation de trajectoires quantiques individuelles afin de révéler l’apparition des transitions de phase. En ayant dérivé une théorie générale, nous étudions le modèle de Kerr en présence de pompage à un photon (cohérent) et à deux photons (paramétrique) ainsi que de dissipation. Nous explorons les propriétés dynamiques d’une transition de phase du premier ordre dans un modèle de Bose-Hubbard dissipatif et d’une de second ordre dans un modèle XYZ dissipatif d’Heisenberg. Enfin, nous avons considéré la physique des cavités soumises à de la dissipation à un et deux photons ainsi qu’un pompage à deux photons, obtenu par ingénierie de réservoirs. Nous avons démontré que l’état stationnaire unique est un mélange statistique de deux états chats de Schrödinger, malgré de fortes pertes à un photon.Nous proposons et étudions un protocole de rétroaction pour la génération d’états chat purs / In this thesis we theoretically study driven-dissipative nonlinear systems, whosedynamics is capture by a Lindblad master equation. In particular, we investigate theemergence of criticality in out-of-equilibrium dissipative systems. We present a generaland model-independent spectral theory relating first- and second-order dissipative phasetransitions to the spectral properties of the Liouvillian superoperator. In the critical region,we determine the general form of the steady-state density matrix and of the Liouvillianeigenmatrix whose eigenvalue defines the Liouvillian spectral gap. We discuss the relevanceof individual quantum trajectories to unveil phase transitions. After these general results,we analyse the inset of criticality in several models. First, a nonlinear Kerr resonator in thepresence of both coherent (one-photon) and parametric (two-photon) driving and dissipation.We then explore the dynamical properties of the coherently-driven Bose-Hubbard and of thedissipative XYZ Heisenberg model presenting a first-order and a second-order dissipativephase transition, respectively. Finally, we investigate the physics of photonic Schrödingercat states in driven-dissipative resonators subject to engineered two-photon processes andone-photon losses. We propose and study a feedback protocol to generate a pure cat-likesteady state

Ce travail de thèse concerne le développement d’un laser à fibre générant des impulsions rectangulaires très énergétiques et accordables à l’échelle du temps et des impulsions géantes à haute énergie. En premier temps,nous avons développé un modèle numérique pour étudier la génération des impulsions rectangulaires dans un laser à fibre en forme de huit à double amplificateur.L’objectif est de montrer l’impact de l’effet non linéaire induit par la fibre micro structurée sur le contrôle de la durée d’impulsion rectangulaire générée par le laser. Un ensemble de paramètres laser nous a permis ainsi de générer des impulsions rectangulaires à haute énergie dans le régime de la résonance du soliton dissipatif (DSR). En plus, plusieurs expériences ont été mises en place pour optimiser la génération de l’impulsion DSR en termes d’énergie et de durée.Toujours sur le plan expérimental, des impulsions géantes à haute énergie à partir du laser à fibre verrouillé en phase couplé à un retard optique ont été obtenues. Cela nous a permis de générer une large plage de durée d’impulsion à l'échelle de μs à taux de répétition faible dans des cavités utilisant des absorbants saturables artificiels. / This work deals with the development of a fiber laser generating high energy and width tunable square pulses and high-energy giant pulses. First, we have developed a numerical model to study the generation of rectangular pulses in a double amplifier fiber laser. The objective is to study the impact of the non-linear effect induced by the microstructured optical fiber on the control of the square pulse duration. A set of laser parameters allowed us to generate high energy square pulses in the dissipative soliton resonance (DSR) regime. In addition, several experiments have been set up to optimize the generation of the DSR pulse in terms of energy and duration. Experimentally, high energy giant pulses from a passively mode-locked fiber ring laser coupled to a long external cavity are obtained. This allowed us to generate a wide range of pulse duration of μs at a low repetition rate in cavities using artificial saturable absorbers.

Dans cette thèse nous proposons de développer un système d’imagerie ultrasonore innovante de micro- défauts basé sur l’utilisation conjointe de techniques d’acoustique non linéaire et du concept de "transducteur à cavité chaotique". Ce transducteur correspond à la combinaison d’une céramique piézoélectrique collée sur une cavité de forme chaotique et du principe de retournement temporel. La faisabilité et les performances de ce nouveau système sont explorées par des simulations numériques. Des paramètres optimaux d’utilisation pour une implémentation expérimentale sont proposés. Une grande partie des travaux menés dans le cadre de cette thèse se concentre sur le développement d’outils numériques permettant l’amélioration de telles techniques d’imagerie. Un schéma d’éléments finis de type Galerkin Discontinu (GD) est étendu à l’élastodynamique non linéaire. Un type de zone absorbante parfaitement adaptée, appelée "Nearly Perfectly Matched Layer" (NPML) a aussi été développé. Dans le cas de matériaux orthotropes, comme des problèmes de stabilité apparaissent, un mélange de NPML et de zone atténuante, dont on contrôle la proportion respective, est introduit afin de stabiliser les NPML. Une validation expérimentale du concept de "transducteur à cavité chaotique" pour la focalisation dans un milieu solide, réverbérant ou non, en utilisant une seule source est réalisée. Les méthodes de retournement temporel et de filtre inverse sont présentées et comparées. La démonstration expérimentale qu’un "transducteur à cavité chaotique" peut être utilisé conjointement avec les méthodes d’inversion d’impulsion afin de réaliser une image de non linéarités localisées est présentée / In this thesis we propose the development of an innovative micro-damage imaging system based on a combination of Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy techniques and “chaotic cavity transducer” concept. It consists of a combination of a PZT ceramic glued to a cavity of chaotic shape with the time reversal principle. The feasibility and capabilities of these new ideas is explored by numerical simulations, and optimal operational parameters for experimental implementation are suggested based on the modelling support. A large part of the research work conducted in this thesis is concentrated on the development of numerical simulation tools to help the improvement of such nonlinear imaging methods. A nodal Discontinuous Galerkin Finite Element Method (DG-FEM) scheme is extended to nonlinear elasto-dynamic including source terms. A Perfectly Matched Layer absorbing boundary condition well adapted to the DG-FEM scheme, called Nearly Perfectly Matched Layer (NPML), is also developed. In the case of orthotropic material as stability problems appear, a mixture of NPML and sponge layer, with a controllable ratio of these two kinds of absorbing layers, is introduced. The experimental validation of “chaotic cavity transducer” to focalize in reverberant and non-reverberant solid media with only one source is made. Classical time reversal, inverse filter and 1 Bit time reversal process are discussed and compared. The experimental demonstration of the use of a “chaotic cavity transducer”, in combination with the pulse inversion and 1-bit methods, to obtain an image of localized nonlinearity is made. This opens the possibility for high resolution imaging of nonlinear defects