La transplantation cardiaque est aujourd'hui la seule option de traitement à long terme pour les patients souffrant d'insuffisance cardiaque terminale. Malgré des progrès considérables dans les traitements immunosuppresseurs, le rejet d'allogreffe reste une cause majeure de la perte du greffon. Dans ce domaine, des études récentes ont souligné l'importance du rejet humoral (AMR) comme un facteur contributif important à l’évolution, précoce ou tardive, de la maladie vasculaire du greffon et, in fine, à la perte de ce greffon. La pierre angulaire du diagnostic de rejet repose sur la biopsie endomyocardique (BEM) et l'évaluation histopathologique classique. Cependant, les épisodes de rejet observés sont aujourd'hui plus rares et plus complexes qu'auparavant, du fait de la présence de formes tronquées, indolentes et mixtes empêchant un diagnostic précis avec une évaluation conventionnelle. En outre, la BEM est une procédure invasive, entrainant des coûts importants, un inconfort pour le patient et un risque non négligeable de complications graves. Par conséquent, l'évaluation histologique conventionnelle ne reflète pas la complexité du rejet de greffe cardiaque et a besoin d'améliorations en termes de diagnostic. Le travail présenté dans cette thèse explore deux types de biomarqueurs, la voie mTOR, marqueur in situ, et les micro-ARNs, marqueurs circulants, qui permettraient une meilleure classification du rejet et constitueraient une aide diagnostique et/ou prédictive à la pratique clinique quotidienne lors du suivi des patients transplantés. / Cardiac transplantation is currently the only option for long-term treatment for patients with terminal heart failure. Despite considerable advances in immunosuppressive therapy, allograft rejection remains a major cause of graft loss. In this regard, recent studies have highlighted the importance of antibody-mediated rejection (AMR) as an important contributory factor in the evolution of vascular graft disease and, ultimately, graft loss. The cornerstone of the rejection diagnosis is based on endomyocardial biopsy (EMB) and the classical histopathological evaluation. However, rejection episodes observed today are becoming scarce and more complex than before, due to the presence of truncated, indolent and mixed forms preventing an accurate diagnosis with a conventional assessment. In addition, the biopsy is an invasive procedure, resulting in significant costs, discomfort for the patient and a significant risk of serious complications. Therefore, conventional histological assessment does not reflect the complexity of cardiac transplant rejection and needs improvement in terms of diagnosis. The work presented in this thesis explores two types of biomarkers, the mTOR pathway, an in situ marker, and the micro-RNAs, circulating markers that would allow a better classification of rejection and provide diagnosis and/or predictive help to daily clinical practice during the monitoring of transplant patients.

Les méthodes hybrides alliant la mécanique quantique et la mécanique moléculaire (QM/MM) sont des outils adéquats pour traiter des systèmes biologiques. Les phénomènes électroniques souvent étudiés sur des petites molécules ont, dès lors pu être envisagés dans des environnements macromoléculaires. Ce travail explore trois phénomènes électroniques en présence d'un environnement protéique: l'absorption, la capture électronique et les ionisations de coeur. Nous avons employé les derniers développements de la méthode QM/MM {Local Self-Consistent Field} (LSCF) pour traiter la jonction covalente entre la partie QM et la partie MM ainsi que le couplage QM/MM avec le PCM. En premier lieu, nous nous sommes focalisés sur les spectres d'absorption de chromophores présents dans des macromolécules. Nous avons mis au point un couplage entre les méthodes LSCF/MM et PCM pour prendre en compte la polarisation électronique de l'environnement suite à l'absorption d'un photon par le chromophore. Ce modèle, le LSCF/MM\string:ERS, a été testé et validé sur le spectre d'absorption du complexe de squaraine-tétralactame. Une étude plus poussée a ensuite été réalisée sur une protéine fluorescente en décomposant la longueur d'onde d'absorption maximale en trois contributions physiques. Les effets de la substitution du chromophore ont aussi été évalués. Dans une seconde partie, nous avons étudié la capture électronique par un cyclotide contenant trois ponts disulfures, qui, après irradiation, forment des demi-liaisons caractéristiques (2c-3e). La dernière partie est consacrée à la validation de l'approche de la projection asymptotique. Elle a été réalisée dans le cadre d'une étude sur les ionisations de coeur d'un ensemble de molécules pour, par la suite, étudier les ionisations de coeur de la glycine présentes dans des systèmes de plus en plus complexes jusqu'à la Sérum-Albumine Humaine. / Hybrid methods that combine quantum mechanics and molecular mechanics (QM/MM) provide a near-ideal treatment of biological system reactivity and spectroscopy. Many electronic phenomena often studied on small systems can be now forseen in macromolecular surroundings. This work considers the treatment with QM/MM tools of three electronic phenomena in biosystem: absoprtion, electronic attachment and core ionization. Latest developments of the Local Self-Consistent Field formalism (LSCF) have been used to treat delicate covalent junctions between the QM part and the MM part and the coupling of QM/MM and PCM methods. Firstly we have focussed on absorption spectra of chromophores embedded in macromolecules. The combined LSCF/MM and PCM approach have been employed to account for the electronic polarization when the chromophore absorbs one photon. This new method, called LSCF/MM\string:ERS has been tested and validated with the study of the absorption spectra on the squarain-tetralactam complex. Then, we have considered a fluorescent protein and decomposed the maximum absorption wavelength into several physical contributions. We have also analyzed the substitution effect of the chromophore. Secondly, the electronic capture have been studied on a cyclotide containing three disulfide bonds, which forms caracteristic hemi-bond (2c-3e) after irradiation. The last electronic phenomena studied is the core ionization tackled within the framework of the asymptotic projection approach. The latter has been implemented, then tested and validated on a set of molecules. This method have been employed to analyze the specific core ionization of glycine-containing systemes of increasing complexity, up to the Human Serum Albumin

La dégénérescence valvulaire mitrale (MVD) est la cardiopathie la plus fréquente chez le chien de petit format. Certaines variables écho-Doppler et sanguines sont incontournables dans son évaluation mais nécessitent d'être interprétées selon un intervalle de référence (IR) spécifique. L'objectif de ce travail a été de déterminer des IR pour 31 variables d'utilité clinique en cardiologie vétérinaire dans une population importante de chiens sains de petit format et selon les recommandations du Clinical and Laboratory Standard Institute. Les trois études réalisées permettent de conclure que l'élaboration d'IR spécifiques dans une sous-population canine est pertinente pour certaines variables. De plus, l'effet de certains facteurs comme le poids, l'âge et le sexe doivent être pris en compte si un intérêt clinique est identifié. / Degenerative mitral valve disease is the most common heart disease in small size dogs. Several echocardiographic, Doppler and blood variables are crucial in the assessment of the disease but need to be interpreted in the light of a specific reference interval (RI). The aim of this work was to determine RI for 31 variables of clinical interest in veterinary cardiology within a large population of healthy small size dogs by using the Clinical and Laboratory Standard Institute recommendations. The three studies performed here allowed to conclude that determination of specific RI in this canine sub-population is relevant. Moreover, the effect of covariates such as body-weight, age and gender should be taken into account only if a clinical interest is identified.

Within the area under consideration there are two great series of strata. The lower one is known as the Purcell-Belt Series and is divided into two main groups. A widespread unconformity separates the Purcell Series from the younger and overlying Windermere Series. The Lower Purcell-Belt group consists of the Aldridge-Prichard, Creston-Ravalli, Kitchener-Wallace, and Siyeh-Striped Peak. They were deposited under marine conditions from the erosion of a western Precambrian Cascadia. The Upper Purcell-Belt group consists of the Dutch Creek, Mount Nelson and their equivalents in Canada and the Missoula Group of Montana and possibly the Priest River group of Washington. This group is separated from the Lower Purcell by a period of diastrophism marked by the intrusion of Purcell sills and the extrusion of Purcell lavas. The Upper Purcell-Belt sediments were derived from the positive areas as a result of the preceding crusted disturbance. The Purcell-Belt times were closed by large scale orogeny called the "Purcell Uplift". The north-south trending belt of Purcell mountains formed a landmass which greatly affected lower Palaeozoic stratigraphy. This positive area is commonly referred to as the "Montana Island". The Precambrian portion of the Windermere Series includes the Toby-Shedroof conglomerate, Irene Deola volcanics and the Horsethief Creek-Monk formations. The clastic formations were derived from the Purcell Mountains and deposited on their western flank. Marine conditions arose during Horsethief Creek times. The Cambrian portion of the Windermere Series was deposited in a north-south trending geosynclinal trough which extended from the Metaline quadrangle to the Field-Golden area of the Rocky Mountains and probably beyond. It includes the lower quartzitic Hamill Group and the overlying limy and argillaceous Lardeau group. They were deposited as the shoreline transgressed south and east over the "Montana Island" and reduced it from one of high relief to one of low relief. Stages of emergence and resumed sedimentation are indicated, by upper formations of the Lardeau group. / Science, Faculty of / Earth, Ocean and Atmospheric Sciences, Department of / Graduate

Le premier objectif de cette thèse est de générer et d'analyser une base de données pour l'écoulement intracardiaque dans des géométries réalistes. Dans ce but, une stratégie couplant simulation numérique et imagerie médicale est appliquée à un cœur gauche pathologique et à un cœur gauche sain. Le second objectif est d'illustrer comment cette base de données peut être analysée afin de mieux comprendre l'écoulement intracardiaque, en portant une attention particulière aux caractéristiques instationnaires de l'écoulement et à sa nature turbulente. Une chaîne numérique pour simuler l'écoulement dans des géométries spécifiques au patient est tout d'abord présentée. La cavité cardiaque et ses mouvements sont extraits à partir d'images médicales à l'aide d'un algorithme de recalage d'image afin d'obtenir le domaine de calcul. Les équations qui régissent l'écoulement sont écrites dans le cadre d'un maillage se déformant au cours du temps (approche arbitrairement Lagrangienne ou Eulérienne). Les valves cardiaques sont modélisées à l'aide de frontières immergées. L'application de cette chaîne numérique à deux cœurs gauches, l'un pathologique, l'autre sain est ensuite détaillée. L'écoulement sanguin est caractérisé par sa nature transitoire, donnant un écoulement complexe et cyclique. Il est montré que l'écoulement n'est ni laminaire, ni pleinement turbulent, justifiant a posteriori l'utilisation de simulation aux grandes échelles. Le développement instationnaire de la turbulence est analysé à l'aide de l'écoulement moyenné sur un nombre suffisant de cycles cardiaques. Les statistiques de l'écoulement, l'énergie turbulente, la production de turbulence et une analyse spectrale sont notamment présentées. Une étude Lagrangienne est aussi effectuée en utilisant des statistiques calculées à l'aide de particules ensemencées dans l'écoulement. En plus des caractéristiques habituellement rapportées, ce travail met en évidence le caractère perturbé et transitoire de l'écoulement, tout en identifiant les mécanismes de production de la turbulence. / The first objective of this thesis is to generate and analyse CFD-based databases for the intracardiac flow in realistic geometries. To this aim, an image-based CFD strategy is applied to both a pathological and a healthy human left hearts. The second objective is to illustrate how the numerical database can be analysed in order to gain insight about the intracardiac flow, mainly focusing on the unsteady and turbulent features. A numerical framework allowing insight in fluid dynamics inside patient-specific human hearts is first presented. The heart cavities and their wall dynamics are extracted from medical images, with the help of an image registration algorithm, in order to obtain a patient-specific moving numerical domain. Flow equations are written on a conformal moving computational domain, using an Arbitrary Lagrangian-Eulerian framework. Valves are modelled using immersed boundaries.Application of this framework to compute flow and turbulence statistics in both a realistic pathological and a realistic healthy human left hearts is presented. The blood flow is characterized by its transitional nature, resulting in a complex cyclic flow. Flow dynamics is analysed in order to reveal the main fluid phenomena and to obtain insights into the physiological patterns commonly detected. It is demonstrated that the flow is neither laminar nor fully turbulent, thus justifying a posteriori the use of Large Eddy Simulation.The unsteady development of turbulence is analysed from the phase averaged flow, flow statistics, the turbulent stresses, the turbulent kinetic energy, its production and through spectral analysis. A Lagrangian analysis is also presented using Lagrangian particles to gather statistical flow data. In addition to a number of classically reported features on the left heart flow, this work reveals how disturbed and transitional the flow is and describes the mechanisms of turbulence production.

Nos objectifs sont ici de comprendre comment les propriétés magnétiques de nanoparticules (NPs) sont affectées par la diminution de leur taille et par leur composition chimique, et comprendre ce qui régit leur mouvement thermophorétique et l'effet magnéto-calorique. Des ferrofluides composés de NPs de structure cœur-couronne sont synthétisés ici avec un cœur de ferrite de Mn, de Co ou de ferrite mixte Zn-Mn, recouvert d'une couronne de maghémite. Les mesures magnétiques révèlent une composition magnétique mixte conduisant à l'observation d'un exchange bias qui se manifeste par des cycles d'hystérésis décalés à basses températures. Nous comparons ce phénomène dans le cas de NPs à cœur magnétiquement dur (CoFe2O4) et à cœur magnétiquement mou (MnFe2O4). Indépendamment de la nature du cœur, ce champ d'échange augmente jusqu'à un maximum, obtenu quand le champ de refroidissement est de l'ordre de la moitié du champ d'anisotropie. Les propriétés thermophorétiques des dispersions, sondées par diffusion Rayleigh forcée, sont gouvernées par la physico-chimie du colloïde (ligand de surface, contre-ions, interactions entre NPs) indépendamment de la composition chimique et des propriétés magnétiques en champ nul. Le coefficient Soret est ici négatif (NPs thermophiles) et est relié à la compressibilité osmotique donnée par un formalisme de Carnahan-Starling effectif. On modélise la friction en régime dilué par la loi d'Einstein et en régime concentré, à l'approche de la transition vitreuse, par un modèle de Vogel-Fulcher. Les mesures de l’effet magnéto-calorique démontrent une similarité avec les matériaux commerciaux, avec une forte influence de la composition chimique du cœur. / Our objective is to understand how the magnetic properties of nanoparticles (NPs) can be affected by their size reduction and their chemical composition, and also to determine their role on their thermophoretic motion and on the magneto-caloric effect. For this purpose, aqueous ferrofluids are synthesized with core-shell NPs based on a core of Mn-ferrite, Co-ferrite and mixed Zn-Mn ferrites, coated with a maghemite shell. The magnetic measurements evidence a ferrimagnetic core, covered with disordered frozen spins (SGL), driving an exchange bias phenomenon shifting the hysteresis loops, when the system is cooled under a field Hfc. This exchange bias is measured as a function of Hfc, in samples with NPs having either a hard (CoFe2O4) or a soft (MnFe2O4) magnetic core. Whatever the nature of the magnetic core, the exchange bias field grows up to reach a maximum, always found at Hfc of the order of half of the anisotropy field. The thermophoretic properties of the dispersions, probed by Forced Rayleigh Scattering, are ruled by colloidal physico-chemical features (surface ligand, counter ions, interparticle interactions) whatever the chemical composition and the magnetic properties in zero magnetic field. The Soret coefficient is found here negative (thermophilic NPs) and is related to the osmotic compressibility, modeled by an effective Carnahan-Staring formalism. In the dilute regime, the friction follows an Einstein law, while a Vogel-Fulcher formalism describes the concentrated regime, at the approach of the glass transition. The magneto-caloric measurements demonstrate a similarity with commercial materials. They are strongly influenced by the core composition.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse portent sur la conception neutronique de configurations expérimentale destinées à améliorer la connaissance de paramètres neutroniques, en particulier les données nucléaires dans une gamme de spectres neutroniques élargie, dans le futur réacteur de puissance nulle ZEPHYR. La grande flexibilité expérimentale attendue de ce réacteur présente un défi majeur lié à la présence obligatoire d’une zone en eau périphérique. Or, répondre aux besoins des réacteurs électronucléaires nécessite de reproduire fidèlement leurs caractéristiques neutroniques dans les zones de mesure. L’enjeu est alors de comprendre puis réaliser une adaptation spectrale efficace entre la périphérie et la zone de mesure, et de l’appliquer pour des configurations dédiées aux réacteurs de Générations II, III et IV.Dans un premier temps les couplages thermique-rapides ont été étudiés, stimulés par le développement des réacteurs rapides de Génération IV. De telles configurations ayant été réalisées par le passé, le travail réalisé a visé à produire une démarche rigoureuse de conception permettant de s’assurer de l’indépendance neutronique de la zone centrale rapide vis-à-vis de la zone thermique périphérique. Une configuration optimisée a pu être définie et des déclinaisons permettent de cibler préférentiellement les sections efficaces d’absorption ou de diffusion lors de mesures d’oscillations d’échantillons dans un canal expérimental dédié, situé au centre du massif. Des premières études relatives à la sûreté de cette configuration optimisée ont également été réalisées afin de justifier sa faisabilité pratique.Dans un second temps, les principes d’adaptation spectrale sont appliqués pour cibler le domaine énergétique entre 10 eV et 10 keV. Ce domaine ne vise pas un soutien direct à un concept de réacteur mais à pallier au manque de mesures dans cette zone, notamment pour les aspects de sûreté/criticité.Enfin, l’étude de sensibilité aux données nucléaires des effets en réactivité mesurés au centre de ces configurations reste un problème ouvert auquel cette thèse apporte une contribution au travers d’une modélisation théorique. / This PhD thesis focuses on the neutronics design of experimental configurations to improve knowledge on neutronical parameters, in particular nuclear data in enlarged spectrum energy domains, in the future Zero Power Reactor ZEPHYR. Its awaited high spectral flexibility faces a major challenge due to the presence of a peripheral water zone. Answering the needs of current and future electronuclear reactor fleet requires a faithful reproduction of their neutronical characteristics in the measurement zone. Then, the issue is to understand how to design an efficient spectral adaptation between the periphery and the experimental zone, and to apply it on Generations II, III and IV dedicated configurations.As a first step, fast-thermal coupled cores were studied in order to support the development of Generation IV fast reactors. Such configurations had been previously realized, but our work intends to provide a rigorous design approach to insure the neutronical independence of the fast central zone regarding the peripheral thermal zone. An optimized configuration has been defined; some adaptations allow to target either absorption or scattering cross-sections during dedicated sample oscillation campaigns. Preliminary safety studies associated to the safe operation of this optimized configuration have also been realized in order to justify its practical feasibility.A second step used the spectral adaptation principles to target the 10 eV to 10 keV energy domain. Even though this domain is not directly related to a concept of reactor, it suffers from a lack of dedicated experiments despite several applications, in particular for criticality/safety issues.Finally, the sensitivity calculations of reactivity effects to nuclear data measured in the centers of these configurations still remains an unresolved problem to which this PhD thesis brings a contribution thanks to a theoretical modelling.

Au milieu des années deux mille, le développement de microprocesseurs a atteint un point à partir duquel l'augmentation de la fréquence de fonctionnement et la complexification des micro-architectures devenaient moins efficaces en termes de consommation d'énergie, poussant ainsi la densité d'énergie au delà du raisonnable. Par conséquent, l'industrie a opté pour des architectures multi-cœurs intégrant plusieurs unités de calcul sur une même puce. Les sytèmes hautes performances d'aujourd'hui sont composés de centaines de cœurs et les systèmes futurs intègreront des milliers d'unités de calcul. Afin de fournir une bande passante mémoire suffisante dans ces systèmes, la mémoire vive est distribuée physiquement sur plusieurs contrôleurs mémoire avec un accès non-uniforme à la mémoire (NUMA). Des travaux de recherche récents ont identifié les modèles de programmation à base de tâches dépendantes à granularité fine comme une approche clé pour exploiter la puissance de calcul des architectures généralistes massivement parallèles. Toutefois, peu de recherches ont été conduites sur l'optimisation dynamique des programmes parallèles à base de tâches afin de réduire l'impact négatif sur les performances résultant de la non-uniformité des accès à la mémoire. L'objectif de cette thèse est de déterminer les enjeux et les opportunités concernant l'exploitation efficace de machines many-core NUMA par des applications à base de tâches et de proposer des mécanismes efficaces, portables et entièrement automatiques pour le placement de tâches et de données, améliorant la localité des accès à la mémoire ainsi que les performances. Les décisions de placement sont basées sur l'exploitation des informations sur les dépendances entre tâches disponibles dans les run-times de langages de programmation à base de tâches modernes. Les évaluations expérimentales réalisées reposent sur notre implémentation dans le run-time du langage OpenStream et un ensemble de benchmarks scientifiques hautes performances. Enfin, nous avons développé et implémenté Aftermath, un outil d'analyse et de débogage de performances pour des applications à base de tâches et leurs run-times. / Within the last decade, microprocessor development reached a point at which higher clock rates and more complex micro-architectures became less energy-efficient, such that power consumption and energy density were pushed beyond reasonable limits. As a consequence, the industry has shifted to more energy efficient multi-core designs, integrating multiple processing units (cores) on a single chip. The number of cores is expected to grow exponentially and future systems are expected to integrate thousands of processing units. In order to provide sufficient memory bandwidth in these systems, main memory is physically distributed over multiple memory controllers with non-uniform access to memory (NUMA). Past research has identified programming models based on fine-grained, dependent tasks as a key technique to unleash the parallel processing power of massively parallel general-purpose computing architectures. However, the execution of task-paralel programs on architectures with non-uniform memory access and the dynamic optimizations to mitigate NUMA effects have received only little interest. In this thesis, we explore the main factors on performance and data locality of task-parallel programs and propose a set of transparent, portable and fully automatic on-line mapping mechanisms for tasks to cores and data to memory controllers in order to improve data locality and performance. Placement decisions are based on information about point-to-point data dependences, readily available in the run-time systems of modern task-parallel programming frameworks. The experimental evaluation of these techniques is conducted on our implementation in the run-time of the OpenStream language and a set of high-performance scientific benchmarks. Finally, we designed and implemented Aftermath, a tool for performance analysis and debugging of task-parallel applications and run-times.

RÉSUMÉ : Le but de cette thèse est d’étudier en ab initio l’influence des solutés hydrogène ou oxygène sur les défauts étendus dans le titane alpha. Les résultats sont divisés en trois parties. Dans la première partie le site interstitiel octaédrique du Ti-alpha est trouvé être le site énergétiquement le plus favorable pour un H ou un O. Les calculs avec différentes concentrations en H ou O montrent que la présence d’H augmente le volume tandis que O a un effet inverse. La présence d’H en soluté diminue légèrement les constantes élastiques, la présence d’O a un effet opposé. Deux nouvelles SF sont trouvées dans la deuxième partie : une faute 0,57·(c+a) dans le plan π2 et 0,215·[1-102] dans le plan π1. La deuxième est reliée à la faible énergie de formation de la macle {10-11}. Un mécanisme de dissociation triple du cœur de la dislocation vis c+a est proposé. Mais cette dissociation ne semble pas se produire spontanément à partir d'un cœur de dislocation initialement parfait. Puisque la ségrégation à la faute signifie une diminution de l’énergie de faute, nous déduisons de nos calculs de ségrégation que la présence d'O rend sans doute la formation des SF énergétiquement plus difficile, contrairement au cas d’H. H ségrége fortement au cœur d’une dislocation vis a, avec une énergie variant de 0,06 à 0,30 eV, tandis que O y segrége très difficilement. Positionnés dans les sites les plus internes du cœur d’une dissociation prismatique métastable, en glissement, H et O induisent une dissociation dans le plan π1 ou vers une configuration prisme-π1 mélangée. Les barrières d'énergie de Peierls mesurées avec H et O dans différents sites et avec différentes concentrations montrent que H rend le glissement de la dislocation plus difficile, augmentant ainsi sans doute la cission critique résolue dans le plan prismatique, ce qui est en accord avec les mesures expérimentales. Mais les effets de H ne sont pas assez grands pour induire un glissement dévié vers le plan π1 et la dislocation continuera à glisser dans un même plan prismatique. Avec un O, la barrière d'énergie de Peierls est extrêmement élevée, beaucoup plus que celle pour un glissement dans le plan π1 ou un glissement dans le plan prismatique le plus proche. Du glissement dévié devrait ainsi être induit. Finalement, trois méthodes différentes de déformations de macles sont utilisées. Les stabilités structurale des joints de macles dépendent de leurs caractères structuraux intrinsèques mais aussi des modes de déformation appliqués. La macle la plus observée, {10-12}, et la macle {11-22} ne résistent pas à une déformation de plus de 1% ou 2% selon l’axe c. La présence de H ou O ségrégés améliorent la stabilité des macles {10-12} et {11-22}. Un modèle de dipôle de dislocations de mâclage (TD) est proposé pour permettre de simuler une TD dans une super-cellule de petite taille. Pour {10-12} et sa TD, les énergies de ségrégation de H et O mesurées au niveau du joint permettent de valider ce modèle. H et O peuvent se distribuer de manière plus ou moins homogène au joint et niveau de la TD mais pas dans les sites interstitiels de la couche atomique liée à la TD. / ABSTRACT: The aim of this thesis is to study the influence of hydrogen or oxygen solutes on extended defects in alpha titanium by ab initio calculation. Results are divided into three parts. In a first part the octahedral interstitial site of alpha-Ti is found energetically more favorable for a H or an O atom. The presence of H increases the volume while O has the opposite effect. The presence of H slightly decreases the elastic constants of alpha-Ti while O has an opposite effect. In a second part two new SFs are found: 0.57·(c+a) on π2 and 0.215·[1-102] on π1 plane. The second one is related to the low formation energy of the {10-11} twin boundary. A c+a screw dislocation 3-part dissociation mechanism is proposed. However the c+a screw core tends to spread differently according to the initial core position and a complete 3-part dissociation is not found, which may mean that such a dissociation is not easily obtainable from an initially perfect dislocation core. As segregation to SF means a decrease of the SF energy, the presence of O may make the SF formation energetically more difficult, contrary to H case. H strongly segregates to the a screw dislocation core region with segregation energies varing from 0.06 to 0.3 eV while O hardly segregates to it. Both H and O in core sites change the meta-stable gliding prismatic dissociation to π1 plane or a prism-π1 plane mixed configuration. According to our measurements of Peierls energy barriers with H or O in different sites and concentrations, H makes the gliding more difficult, thus increasing the CRSS in prismatic plane, in agreement with experimental measurements. The effect of H is not big enough to induce a cross-slip of the gliding a-screw dislocation to the π1 plane and that screw will prefer to keep on gliding in its same prismatic plane. The Peierls energy barrier is extremely increased when an O is present in the core position, much higher than the barrier for π1 plane glide or a glide in the nearest prismatic plane. A cross-slip could happen in this case. In the last part, three different deformations are applied to TBs. Their structural stabilities depend not only on their intrinsic characters at the atomistic level but also on the deformation mode applied. {10-12}, {11-22} TB structures fail for deformations as low as 1% or 2% along the c-axis. The {11-21} and the {10-11} TBs are much more resistant. The presence of segregated H and O enhances the {10-12} and {11-22} TB limited stability. A twinning disconnection dipole model is proposed which allows the simulation of a TD in a size limited supercell. Segregation energy calculations with the {10-12} TB and its TD validate the model at the TB level and show that H and O should distribute more or less homogeneously to the TD core and the TB, with only a slight preference to the TD core although not at the interstitial sites of the atomic layer related to the disconnection step itself.

Le contrôle optique des propriétés physiques d’un matériau suscite l’intérêt des scientifiques pour des enjeux aussi bien fondamentaux qu’appliqués. L’axe de recherche original que nous avons développé dans le cadre de ce travail de thèse visait à la réalisation et l’étude d’hétérostructures moléculaires photo-magnétiques dans des gammes de température susceptibles d’applications. L’approche proposée consistait à élaborer des hétérostructures de type multiferroïque constituées de deux phases, l’une piézomagnétique et l’autre photo-strictive. L’idée était d’optimiser le couplage, d’origine élastique, entre ces propriétés pour permettre l’observation d’effets photo-magnétiques à des températures plus élevées que celles rapportées pour les matériaux monophasés. La couche photo-strictive peut se déformer sous irradiation lumineuse, générant des contraintes biaxiales dans la couche magnétique. Si celle-ci présente une forte réponse piézomagnétique, son aimantation peut être fortement modifiée, notamment au voisinage du point de Curie, allant jusqu’à un éventuel décalage de la température critique sous contrainte. Les composés moléculaires analogues du Bleu de Prusse, de formule générique AxM[M’(CN)6]y . zH2O (où A est un alcalin et M,M’ des métaux de transition), semblaient particulièrement adaptés à l’élaboration de telles hétérostructures. Nous avons utilisé le composé Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8 . zH2O pour la phase photo-strictive, au coeur, et Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O ou K0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O pour la phase magnétique, en coquille. Ces deux phases présentent un désaccord paramétrique de 5,3%.L’objectif principal de ce travail de thèse était de comprendre et de contrôler le couplage élastique entre le cœur et la coquille. Nous avons ainsi dans un premier temps mis en évidence l’existence de ce couplage, la présence de la coquille modifiant les propriétés de photo-commutation du cœur et la déformation du réseau cristallin du cœur étant partiellement transmise à la coquille, induisant des modifications structurales et magnétiques de la coquille. Nous nous sommes dans un second temps intéressés à différents paramètres pouvant influence le couplage. D’abord en étudiant des paramètres géométriques, en faisant varier la taille des particules de cœur, l’épaisseur de la coquille et la microstructure de la coquille. Nous avons à cette occasion mis en évidence les facteurs régissant la croissance des particules de cœur et de la coquille. Ces études ont révélé que le rapport volumique entre le cœur et la coquille contrôlait la qualité du couplage, et que des modifications de la microstructure avait une influence à la fois sur les propriétés de photo-commutation du cœur, mais aussi sur la réponse de la coquille. Enfin, nous avons étudié des coquilles de nature chimique différente pour changer le désaccord paramétrique entre le cœur et la coquille. Il en ressort qu’en diminuant le désaccord, on améliore le couplage, mais cela se traduit notamment par une rétroaction de la coquille plus forte. Si cette rétroaction devient trop importante, le réseau du cœur ne peut plus se déformer. Il s’agit donc de trouver un compromis entre force du couplage et force de la rétroaction de la coquille. Finalement, nous avons mis en évidence le fait que l’on ne peut pas simplement associer l’effet de la coquille à un effet de pression hydrostatique, mais que le couplage des réseaux cristallins joue un rôle important dans la synergie entre les deux phases. / The optical control of the physical properties of a material has drawn considerable attention during the past few years for a fundamental point of view and for applications. The originality of the project developed during this thesis was based on the synthesis and the study of photo-magnetic heterostructures in a temperature range convenient for applications. The approach consisted of developing multiferroic-like heterostructures that associate a piezomagnetic phase and a photo-strictive phase. The idea was to exploit the coupling of elastic origin between these properties, to allow the observation of photo-magnetic effects at temperatures higher than those reported for single-phase materials. The photo-strictive phase can deform under light irradiation, generating biaxial strain in the magnetic phase. If the piezomagnetic response of the latter is high enough, its magnetization could be modulated, especially at the vicinity of the Curie temperature, with a possible shift of the critical temperature under stress. In this project, we focused on molecular solids based on polycyanometallates, namely Prussian blue analogues, whose generic formula is AxM[M’(CN)6]y . zH2O (where A is an alkali metal and M,M transition metals). We used the compound Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8 . zH2O for the photo-strictive phase and Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O or K0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O for the magnetic phase. These two phases have a lattice mismatch of 5.3%The main objective of this work was to understand and to control the elastic coupling between the core and the shell. We first highlighted the existence of this coupling, the presence of the shell changing the photo-switching properties of the core, and the deformation of the crystalline lattice of the core inducing structural and magnetic modifications in the shell. Then, we focused on the study of different parameters which can have an impact on the behavior of the heterostructures under light irradiation. We showed that the volumic ratio between the core and the shell is a key factor to control the efficiency of the coupling. The microstructure of the shell can also play an important role, but is not as well understood. In the end, we studied other Prussian blue analogs shells in order to change the lattice mismatch between the core and the shell. We could evidence that by reducing the lattice mismatch we tend to increase the coupling, but if this coupling is to strong, the retroaction of the shell hinders completely the dilatation of the core lattice. The idea is also to find a compromise between the strength of the coupling and the strength of the shell retroaction. In the end, we proved that we cannot associate the effect of the shell to an hydrostatic pressure, but that the coupling of the crystalline lattices play an important role in the synergy between the two phases.