De façon générale, la physique des collisions concerne l'étude des phénomènes induits par l'interaction de particules en mouvement. En physicochimie moléculaire et en physique atomique, cadres dans lesquels s'inscrit cette thèse, les interactions mises en jeu sont coulombiennes et les partenaires de la collision sont des espèces atomiques ou moléculaires, neutres ou chargées. Celles-ci sont susceptibles de subir au cours de la collision des modifications importantes de leur cortège électronique, à la source même de processus secondaires variés présentant un grand intérêt, par exemple, dans la modélisation de systèmes complexes tels que les plasmas, les milieux astrophysiques ou biologiques. Notre étude s'appuie sur une description théorique semi-classique non-perturbative des processus multi-électroniques au cours de collisions atomiques et moléculaires, à des énergies telles que la vitesse relative des partenaires est comparable à celle de leur électrons de valence. Dans deux systèmes " benchmark " (H+ - Li , He - H2+), nous avons mis en évidence respectivement l'existence de couplages complexes entre voies de réaction impliquant les électrons internes et de valence du lithium et des phénomènes d'interférences et de diffraction d'ondes de matière. Nous avons également étudié des systèmes de collision plus complexes impliquant le carbone, en analysant tout particulièrement des phénomènes multi-électroniques (collisions C(+) - He) - hors approximation des électrons indépendants - et multi-centriques (collisions proton-graphène). Pour ce dernier système, les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence les principes d'une nouvelle technique d'imagerie de matériaux 2D. / In general, the Physics of collisions concerns the study of phenomena induced by the relative motion of interacting particles. In chemical physics and atomic physics, which are the area covered by this PhD, the interactions are Coulombic and the colliding partners are atoms or molecules which can be neutral or charged. During the collision, they are likely to undergo important modifications of their electronic environment, which can be the source of various secondary processes that are of great interest, for example, in the modelling of complex systems such as plasmas or astrophysical and biological media. Our study is based on a close-coupling semi-classical description of the multielectronic processes occurring in the course of atomic and molecular collision at impact energy such as the relative velocity of the partners are of the same order of magnitude than the classical velocity of their valence electrons. We have studied two ?benchmark? systems (H+ - Li , He ? H2+), for which we have respectively highlighted the existence of couplings between channels involving inner and outer-shell electrons of lithium, and, wave matter interferences and diffraction phenomena. We have also studied more complex colliding systems involving the carbon nucleus in analyzing multielectronic (C(+) ? He collisions) and multicentric (proton-graphene collisions) phenomena. For the latter system, the results obtained have allowed us to bring out the principles of a new two-dimensional material imaging technique.

Ce travail de thèse porte sur l'étude des processus d'excitation, d'ionisation et de fragmentation d'agrégats de carbone monochargés C^+_n (n \leq 10) lors de collisions avec un atome d'hélium. Les collisions ont lieu à haute vitesse (2.6ua) pour laquelle le mécanisme d'excitation électronique et d'ionisation de l'agrégat domine. Les processus collisionnels (excitation électronique, ionisation simple et multiple, fragmentation) sont étudiés par le biais d'une nouvelle technique basée sur l'analyse de la forme des signaux de courant délivrés par des détecteurs à semi-conducteur sous l'impact des fragments rapides. Elle permet de résoudre sans ambiguïté les empilements de masses dans les détecteurs. La détection en coïncidence sur plusieurs voies permet de collecter tous les fragments issues de la collision (100% d'efficacité). Ainsi, le processus électronique survenu est identifié, la voie de fragmentation aussi. Les sections efficaces absolues d'excitation électronique, de simple, double, triple et quadruple ionisation sont mesurées et comparées aux prédictions d'un modèle à atomes et électrons indépendants (AEI). Les rapports de branchement de toutes les voies de fragmentation des agrégats C_n^q+ (n=5-10, q=0-4) sont mesurés et interprétés dans le cadre de la théorie statistique MMMC (Microcanonical Metropolis Monte Carlo).

Cette thèse développe les points suivants : Réactions d'échange de charge avec les ions multicharges dans le milieu interstellaire. Calcul de structure moléculaire. Développement d'une méthode de potentiel-modèle à un électron. Traitement collisionnel quantique de l'échange de charge des ions C(+2), Si(+2), N(+3) et C(+4) avec l'hydrogène atomique dans le milieu interstellaire.

La fonction d'onde de deux particules après<br />une interaction mutuelle ne peut pas, en général, être exprimée<br />comme le produit d'états individuels des particules. Pour qu'une<br />collision atomique puisse produire une intrication<br />maximale, il faut cependant des conditions exceptionnelles. Ces<br />conditions sont réunies dans notre dispositif, où l'interaction<br />dipôle-dipôle entre atomes de Rydberg "à deux niveaux" peut être<br />stimulée par une cavité supraconductrice non-résonnante. En<br />exploitant cet effet, nous avons réalisé des états fortement<br />intriqués dans des collisions binaires avec des paramètres<br />d'impact de l'ordre du millimètre. L'angle de collision peut être<br />varié en modifiant le désaccord atomes-cavité, ce qui nous a<br />permis d'observer l'échange d'énergie réversible et cohérent<br />(oscillation de Rabi) entre deux atomes. Par un choix opportun des<br />valeurs des paramètres, nous avons en particulier réalisé et testé<br />une paire 'EPR' d'atomes. La relative insensibilité de cette<br />méthode d'intrication au facteur de qualité du résonateur rend sa<br />fidélité compatible avec des expériences de violation des<br />inégalités de Bell ainsi qu'avec la manipulation cohérente d'un<br />nombre plus important d'atomes. Nous présentons en outre une<br />nouvelle procédure de fabrication des cavités micro-ondes. Les<br />nouvelles cavités devraient en particulier permettre l'extension<br />des études sur l'intrication aux champs confinés dans deux<br />résonateurs séparés.