Pour comprendre les phénomènes physiques du noyau externe de la Terre, il est nécessaire d’étudier les propriétés structurelles et thermodynamiques des matériaux liquides qui y sont présents. Ainsi, les courbes de fusion du nickel et du cobalt permettent de contraindre la température à la frontière entre le noyau externe et le noyau interne (ICB). Cette Thèse présente l’étude de la courbe de fusion et de la structure locale du nickel et du cobalt liquide en conditions extrêmes de pression et température. L’analyse expérimentale a été effectuée par spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS), technique bien adaptée à l’étude de la structure locale de la matière. Des calculs ab-initio permettent de valider le critère de fusion utilisé et de fournir une fonction de distribution radiale initiale pour l’analyse de la structure locale.Les courbes de fusion sont déterminées à partir des données d’absorption en utilisant un critère de fusion récemment proposé pour le fer. Ce critère est appliqué au cas du nickel et du cobalt. Le critère de fusion est basé sur la disparition de l’épaulement situé dans le seuil d’absorption des métaux 3d, et sur la disparition simultanée des deux premières oscillations du spectre d’absorption. Une sonde ionique focalisée (FIB) couplée à un microscope électronique à balayage (SEM) sont utilisés pour détecter post mortem les changements d’état de l’échantillon et confirmer ainsi le critère de fusion. Les courbes de fusion du nickel et du cobalt sont présentées jusqu’à des pressions de 1 Mbar. L’utilisation du critère de fusion est généralisable à tous les métaux 3d. La comparaison entre les courbes de fusion du nickel et du cobalt et celle du fer montre que la présence de ces deux matériaux dans le noyau externe de la Terre peut être négligée pour la détermination du profil de température dans la planète.Les calculs ab-initio montrent que la disparition des deux premières oscillations XANES est due au changement de densité des états électroniques p lors de la fusion et à la perte de l’ordre structural dans le liquide. Les calculs ab-initio valident le critère de fusion empirique utilisé lors des mesures XAS. Ces calculs permettent également d’évaluer la compression du cobalt liquide à 5000 K en fournissant une fonction de distribution radiale initiale pour l’analyse expérimentale du spectre d’absorption.Les oscillations EXAFS de la phase liquide du nickel et du cobalt sont analysées, permettant ainsi de déterminer la distance des premiers voisins en fonction de la pression. Les résultats expérimentaux montrent une compressibilité inférieure à celle prévue par les calculs ab-initio. Cette différence peut être interprétée comme une liaison atomique plus rigide entre premiers voisins ou comme une augmentation de 10 à 20% de la coordinence. Nos observations expérimentales, combinées aux calculs ab-initio, semblent montrer que la structure locale du nickel et du cobalt liquide dévie du model des sphères rigides.En conclusion, nous avons développé un protocole expérimental et théorique qui permet de valider le critère de fusion d’une structure donnée. Nous l’avons appliqué aux métaux 3d fcc afin de déterminer les courbes de fusion du nickel et du cobalt. La similitude entre ces courbes de fusion et celle du fer montre que la présence du cobalt et du nickel dans le noyau externe de la Terre peut être négligé pour la détermination de la température à l’ICB. L’étude des oscillations EXAFS des liquides à haute pression et haute température permet de déterminer la distance entre premiers voisins. Ces méthodes peuvent maintenant être appliquées à des liquides d’alliages complexes, plus pertinents pour les applications géophysiques. / Understanding the physical phenomena of our planet requires the capability to investigate the structural and thermodynamic properties of liquid-state materials present in the Earth's outer core. Thus, the melting curves of nickel and cobalt allow to constrain the temperature at the inner core boundary (ICB).This Thesis presents the study of the melting curves and the local structure of nickel and cobalt under extreme conditions. The experimental analysis was performed by X-ray absorption spectroscopy (XAS), technique ideal for the study of the local structure. Ab-initio calculations were performed as well in order to validate the melting criterion adopted and to provide starting radial distribution function for the analysis of the local structure.The melting curves of nickel and cobalt were determined with the XAS melting criterion recently proposed for iron. The criterion consists in the flattening of the shoulder and the disappearance of the first two oscillations in the X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES). It has been validated with Focused Ion Beam (FIB) coupled with Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis on the recovered samples, by means of a detection of textural changes in the sample. The melting temperature was detected for nickel and cobalt at different pressures, thus providing a measurement of the melting curve up to 1 Mbar for the two materials.A comparison of the melting curves of nickel and cobalt with iron shows that the presence of these two materials in the outer core of Earth gives a negligible contribution for the determination of the geotherm at the inner core boundary.Ab-initio calculations performed on cobalt provided an additional confirmation of the XAS melting criterion adopted. Moreover they permitted to understand that the flattening of the oscillations in the XANES is due to the smearing of the structures in the density of the p states linked to the different environments surrounding each absorbing atom in the liquid.These calculations allowed as well to evaluate the compression of liquid cobalt at 5000 K and provided a starting radial distribution function for the analysis of the experimental Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) extracted from the measured XAS.The EXAFS of the liquids along the melting curve was analysed providing a measurement of the first neighbour distance in the liquid as a function of pressure for both nickel and cobalt. In the two cases our experimental results show slightly less compression than theoretically predicted. This can be interpreted as a first neighbour bond that at higher pressures is slightly more rigid than predicted or as due to an increase of 10-20% of the coordination number.Combined to theory, our experimental observation suggests that the local structure of liquid Co and Ni increasingly deviates from a hard sphere model with P and T along the melting curve.In conclusion, we have developed a protocol that allows validating the melting criterion for a given solid structure. In this work it has been applied to 3d metals with fcc structures and it can be applied to other structures.The presence of nickel and cobalt in the outer core of Earth was found to be irrelevant for the determination of the temperature at the ICB.XAS was shown to be an adequate technique to measure the first neighbour bond under extreme conditions, although both experiment and theory have large margin for improvement. The application of this method to more complex liquid alloys opens the way to investigation of relevant geophysical systems.

Le chauffage de la couronne et la formation du vent solaire sont plus que jamais d'actualité en astrophysique stellaire. En ce qui concerne le vent solaire, nous avons cherché à vérifier l'hypothèse selon laquelle il est issu des frontières de régions actives. En combinant l'imagerie en rayons X et Extrême Ultra Violet (EUV), la spectroscopie EUV et les mesures de champ magnétique longitudinal au niveau de la photosphère, nous avons développé une technique d’estimation quantitative des échanges de masse entre deux régions actives. Nous avons ainsi montré que cet échange n'est pas négligeable devant le flux de matière participant au vent solaire. Une attention particulière a été apportée aux traitements des données spectroscopiques notamment en ce qui concerne la référence en longueur d'onde. En effet, celle-ci est cruciale pour déterminer les vitesses y compris leurs signes dans les échanges. Sur la thématique des micro-événements de chauffage, nous avons développé une méthode de détection à partir d'images prises à haute cadence en rayons X. A l'aide de données spectroscopiques, nous avons pu estimer les vitesses Doppler et l’élargissement Doppler des raies dans les événements et les comparer au reste du champ de vue. Nous en avons déduit l’énergie contenue dans les vitesses non résolues, susceptible de contribuer au chauffage, qui s’avère être comparable aux pertes radiatives observées dans les régions actives. / The coronal heating and the formation of the solar wind are one of the core issues in stellar astrophysics.Concerning the solar wind, we have undertaken to verify the hypothesis that its origin is located at the borders of active regions. By combining X-ray and Extreme Ultra Violet (EUV) images, EUV spectroscopy and measurements of the longitudinal magnetic field at the photosphere, we have developed a technique for quantitatively estimating the mass exchange between two active regions. We have shown that this mass exchange is significant compared to the flow of material involved in the solar wind. Particular attention was paid to the analysis of spectroscopic data and more specifically the issue of reference wavelength. Indeed, it is crucial to determine the speeds including their signs in the exchange. On the topic of heating micro-events, we have developed a method for detecting micro-events from high-cadence X-ray images. With the help of spectroscopic data, we have been able to estimate the Doppler velocities and Doppler broadening of the lines in the events and compare them to the rest of the field of view. We derived the energy in the unresolved velocities, which can contribute to the heating, which turns out to be comparable to the radiative losses observed in active regions.

Le caractère éminemment cinétique et hors équilibre de l'interaction laser-plasma et du transport électronique nécessite de résoudre le système complet des équations de Vlasov-Maxwell. Cette thèse se concentre sur les méthodes PIC (‘‘Particle-In-Cell''), et vise à en accroître le régime de fonctionnement. Tout d'abord, nous présentons l'analyse de stabilité linéaire d'un algorithme PIC explicite incluant l'effet de la discrétisation spatio-temporelle. Cette analyse met en exergue l'instabilité d'aliasing, que nous relions au problème, plus général, du chauffage numérique dans les codes PIC en régime surcritique. Nous montrons l'influence bénéfique de la montée en ordre du facteur de forme pour réduire ce chauffage, permettant ainsi d'atteindre des régimes de densité jusque là inaccessibles. Les codes PIC implicites ne sont pas soumis aux mêmes contraintes de stabilité que leurs équivalents explicites. En particulier nous ne sommes plus tenus de résoudre les modes haute fréquence électroniques. Une telle propriété est particulièrement précieuse lorsqu'on modélise l'interaction entre un laser à ultra-haute intensité et un plasma fortement sur-critique. Nous présentons ici l'extension relativiste de la méthode implicite dite directe, en y incluant un paramètre d'amortissement ajustable et des facteurs de forme d'ordre élevé. Ce formalisme a été implémenté dans le code ELIXIRS, 2D en espace et 3D en vitesse. Ce code est validé sur de nombreux problèmes de physique des plasmas, allant de l'expansion d'un plasma à une ou deux températures électroniques, à l'interaction laser-plasma à haut-flux, en passant par les instabilités ‘‘deux faisceaux'' et de filamentation en régime relativiste. Nous montrons notamment la capacité du code à capturer les principales caractéristiques de l'interaction laser-plasma, malgré une discrétisation spatio-temporelle dégradée, autorisant ainsi des gains substantiels en temps de calcul.

L'action d'un champ magnétique variable sur une couche mince de métal liquide est étudiée d'un point de vue expérimental et théorique. Dans le chapitre I, le dispositif expérimental est décrit. Une étude expérimentale est ensuite menée où l'on souligne la différence de comportement entre une nappe épaisse de métal liquide et une nappe mince. En effet, si le dispositif est axisymétrique en l'absence de champ magnétique, cette symétrie est conservée dans le cas d'une nappe épaisse, lorsque l'on applique un champ magnétique. En revanche, la symétrie est rompue dans le cas d'une nappe mince de métal liquide. A champ inducteur donné, les formes que prend la nappe aussi bien dans le cas d'une nappe mince que d'une nappe épaisse sont des états d'équilibres stables. L'objectif principal de cette thèse est d'expliquer les équilibres stables de la nappe mince en se basant sur une méthode de minimum d'énergie. Le chapitre II présente la formulation magnétique du problème ainsi que le bilan énergétique qui en découle. Le chapitre III traite des méthodes de calcul choisies pour la résolution de notre modèle et pour la validation d'hypothèse. Deux méthodes de résolution numérique y sont décrites, l'une est la méthode des éléments finis et l'autre la méthode des intégrales de frontières. Le dernier chapitre présente les résultats obtenus par la résolution du modèle magnétique, ces résultats de simulation sont ensuite comparés aux résultats expérimentaux.

L'objectif de cette thèse est de réaliser des revêtements de nitrure de bore sur différents types de substrats comme le graphite, le quartz, le pyrex, en allant jusqu'aux métaux et en particulier le titane. Le choix de la voie PDCs s'avère intéressant grâce à la maîtrise du précurseur de départ au niveau atomique d'une part et à la facilité du procédé de dépôt, d'autre part. Nos objectifs étaient d'étudier la faisabilité de réaliser des revêtements BN sur différents types de substrat en utilisant un traitement thermique résistif et de mettre en place un dispositif qui nous permette de pyrolyser les films polymériques sur métaux sans dommage pour le substrat, en vue de leur protection contre l'oxydation ou d'autres applications mécaniques. Dans ce sens, nous avons démontré la possibilité d'utiliser un traitement thermique alternatif par lampe halogène émettant dans l'infra-rouge pour densifier les revêtement BN déposer sur substrats métalliques.

L'interaction d'impulsions lasers brèves et intenses avec un plasma est une source intéressante d'ions énergétiques. Les travaux effectués au cours de cette thèse s'articulent autour de deux grandes thématiques : la production de protons par laser, et leur utilisation pour le chauffage isochore, avec, pour principal outil d'étude, la simulation à l'aide de codes numériques (cinétique particulaire et hydrodynamique). Dans un premier temps, nous avons étudié le comportement de l'énergie cinétique maximale des protons qu'il est possible d'accélérer avec le mécanisme du Target Normal Sheath Acceleration (TNSA), en régime sub-ps, en fonction de différents paramètres, notamment de la durée d'impulsion laser. Nous avons montré que l'allongement de la durée d'impulsion, à énergie laser constante, est responsable du préchauffage et de la détente du plasma avant l'arrivé du pic d'intensité. Les gradients de densité ainsi produits (face avant et face arrière) peuvent favoriser, ou au contraire pénaliser, le gain en énergie cinétique des protons. Les résultats obtenus ont servi à l'interprétation d'une étude expérimentale réalisée au Laboratoire d'Optique Appliquée. Nos efforts se sont ensuite concentrés sur l'élaboration d'un modèle semi-analytique rendant compte de l'énergie cinétique maximale des protons accélérés par le biais du TNSA. Ce modèle permet de retrouver l'ordre de grandeur des intensités nécessaires, de l'ordre de 6x1021 W/cm², pour atteindre des énergies de proton supérieures à 150 MeV avec des impulsions laser de quelques joules et plusieurs dizaines de fs. Dans la dernière partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'utilisation de ces faisceaux de protons pour le chauffage isochore. Nous avons caractérisé, dans un premier temps, les fonctions de distribution produites par des cibles composées d'un substrat lourd (A >> 1) sur la face arrière duquel est déposé un plot d'hydrogène (schéma d'Esirkepov). Ensuite, à partir de simulations hydrodynamiques, nous avons étudié le temps caractéristique de détente de la cible chauffée en modifiant des paramètres tels que la distance à la source de protons, l'intensité et la tache focale du laser, et la densité surfacique du plot. Nous avons enfin étendu cette étude aux cibles cylindriques et nous avons montré qu'il est possible de réduire les effets liés à la divergence naturelle du faisceau de protons et ainsi d'obtenir des températures plus élevées.

Les stations atmosphériques de l'observatoire permanent de la radioactivité dans l'environnement mesurent depuis 1959 les niveaux d'activité de radionucléides naturels et artificiels dans les aérosols. Aujourd'hui, le Cs-137 (30.07 ans), radionucléide artificiel issu des essais nucléaires atmosphériques et de divers accidents, est encore mesuré, à l'état de traces dans les basses couches de l'atmosphère, bien qu'il n'existe plus de rejet significatif. Cette étude s'est intéressée à identifier et caractériser les processus qui expliquent sa rémanence. Les territoires fortement impactés par les retombées de l'accident de Tchernobyl sont apparus les principaux contributeurs à la rémanence atmosphérique du Cs-137 dans les aérosols prélevés en France. Dans ces régions, les incendies de forêt constituent le processus de remise en suspension du Cs-137 le plus significatif durant la saison sèche et à l'origine d'épisodes de transport longue distance. Il est estimé qu'annuellement de l'ordre de 1013 Bq de Cs-137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. En relation avec de fortes augmentations de la masse totale de particules en suspension, le Sahara est la seconde région contribuant à la rémanence du Cs-137 dans le compartiment atmosphérique au travers d'épisodes de transport de poussières sahariennes. Il est estimé que l'ensemble de ces évènements contribue en moyenne pour 1/3 du bruit de fond ambiant en Cs-137 à l'échelle de la France. Le dernier processus identifié est l'utilisation de bois comme moyen de chauffage durant l'hiver. Bien que le facteur d'émission de ce processus soit faible, l'étendue spatiale des régions sources et les quantités utilisées durant l'hiver font de ce processus un terme source significatif au regard des niveaux moyens à l'état de traces. A l'échelle de la France, de l'ordre de 1011 Bq de Cs- 137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. Durant cette saison, la diminution des conditions de ventilation dans les basses couches de l'atmosphère entraîne une élévation du niveau moyen tandis que les augmentations significatives de l'activité volumique sont dues à un transport longue distance en provenance de l'est de l'Europe.

Le déploiement des pompes à chaleur géothermiques sur le territoire national représente un important potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Afin de le favoriser il est nécessaire de comparer précisément les performances annuelles des pompes à chaleur géothermiques aux autres systèmes de chauffage et ce en fonction des caractéristiques du bâtiment, du climat et du sol rencontrés. Dans ce contexte, cette thèse vise à élaborer un modèle précis et fonctionnel de calcul des performances énergétiques annuelles de pompes à chaleur à échangeurs géothermiques horizontaux ou verticaux.<br/>Après un état de l'art des différents modèles d'échangeurs géothermiques horizontaux et verticaux existants, des modèles de sondes verticales utilisables pour des simulations dynamiques sont identifiés et leurs domaines de validité sont précisés. Un modèle d'échangeur horizontal semi-analytique décliné en deux versions adaptées respectivement à des courtes et longues durées de sollicitations thermiques est ensuite développé. Un dispositif expérimental est alors mis au point bénéficiant d'une technique novatrice de mesure répartie de température du sol par fibre optique. Un essai de validation du modèle d'échangeur horizontal est ainsi réalisé et permet de confirmer la pertinence de ce dernier. Enfin une méthode de calcul du coefficient de performance annuel est développée pour une pompe à chaleur à échangeur horizontal ou vertical. L'application de cette méthode à un bâtiment type dans un climat orléanais permet d'éprouver la méthode avec de premiers résultats prometteurs.

This study focuses on the experimental and theoretical analyses of radiant ceiling performance and on the use of their simulation models as commissioning tools. A steady state model of such system appears to be an appropriate tool for preliminary calculation, design and diagnosis in commissioning processes. Therefore, the main objective is to support a Functional Performance Test of the system in order to verify the radiant ceiling performance in cooling and/or heating modes. A series of experimental results obtained for seven types of cooling ceilings are used in order to validate this model. A dynamic model is also proposed to interpret the interactions of the radiant ceiling system with its environment (walls, facade, internal loads and ventilation system). This dynamic model is used to support a global commissioning procedure, to verify the radiant ceiling behavior and to evaluate the comfort conditions of the occupants. In this modeling the resultant temperature is calculated as a comfort indicator, as it depends strongly on the transient variation of the surface temperatures in the room. Dynamic tests in heating and cooling mode are used to validate the model. As an example of model application, the cooling ceiling system of a commercial building in Brussels is experimentally evaluated. Commissioning test results show that the influence of surfaces temperatures inside the room, especially the facade and ventilation are significant and that the radiant ceiling system must be evaluated together with its designed environment and not as a separate HVAC equipment.

L'énergie-bois qui entrent à Kinshasa, arrivent par camion, camionnette, tracteur. Ils proviennent essentiellement des provinces du Bas-Congo et du Bandundu, et ce, par route et/ou par rail. Le transport de ces combustibles est une activité très rémunératrice. Il y a deux types de circuits de distribution de l'énergie-bois. Il s'agit des circuits direct et indirect. Les acteurs de ces circuits sont les producteurs, les grossistes, les détaillants et les consommateurs. Dans la VPK, la répartition des points de vente et des dépôts est inégale. Au fil du temps, une augmentation croissante des prix, qui entraîne de sérieux problèmes de survie pour certains ménages, est enregistrée. Le dépositaire et les détaillants en tirent un revenu moyen mensuel supérieur à celui des hauts fonctionnaires de l'administration publique de la RDC. Dans la VPK, presque tous les habitants consomment le charbon de bois (CB); une personne brûle 33 kg de bois de chauffe (BC) par mois et 11 kg de CB par mois, ce qui engendre des problèmes de survie dans les ménages. Les besoins en combustibles ligneux sont de 4 000 000 et 1 320 000 tonnes respectivement de BC et de CB dans la VPK. Cette consommation, nous la qualifions d'hécatombe écologique car le déboisement provoqué par les besoins annuels en combustible ligneux à Kinshasa sont très élevés soit 40 907 666 tonnes de BC et 1 320 000 tonnes de CB. Ces besoins engendrent une dégradation annuelle de formations végétales qui correspondrait aux données suivantes : concernant le BC, la forêt claire, la forêt claire muhuluteuse, la forêt dense sèche sont déboisées annuellement, respectivement de 204,5 km2, 272,7 km2 et 511,3 km2; et pour le CB la déforestation annuelle est de 485,2 km2 de forêt claire, une superficie équivalente pour la forêt claire muhuluteuse et 942,8 km2 de forêt dense. La forêt dégradée, quant à elle, est amputée annuellement de 58 439 ha pour les besoins en BC et de 18 857 ha pour les besoins en CB. En réalité de tels rythmes annuels représenteraient rapidement une catastrophe pour les écosystèmes forestiers de la région de Kinshasa et ceux du Bas-Congo et de Bandundu qui, d'ailleurs, subissent déjà cette agression de manière croissante depuis plus d'un siècle. Mais hélas, sans aucun programme de suivi et de soutien à l'aménagement forestier, il est quasi impossible de contrer ou de réduire la vitesse avec laquelle se fait le déboisement de la ceinture verte de Kinshasa ainsi que des régions environnantes. La croissance chaotique de la ville de Kinshasa et le processus d'occupation des sols se font d'une manière anarchique, incontrôlée et sans normes urbanistiques. La ville a explosé et s'est étalée vite. Les constructions occupent non seulement la plaine, les vallées et lits des cours d'eau, mais aussi les versants et sommets des collines en y enlevant la couverture végétale. Outre cet aspect, la ville a son système d'égout détruit et est déficiente du point de vue des infrastructures. Cette situation engendre non seulement des inondations le long des cours d'eau dans la ville, mais aussi l’érosion et l'ensablement de lits de rivières. Plusieurs études et reportages confirment qu'il ya plus de 600 têtes de ravins qui cisaillent la capitale de la RDC. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Combustibles ligneux, charbon de bois, bois de chauffage, déforestation