L'objectif de ce travail est de développer des algorithmes de décomposition de domaine pour des équations de l'océanographie. Les méthodes de décomposition de domaine consistent à décomposer un domaine de calcul de grand taille en plusieurs sous-domaines plus petits. Elles s'appliquaient jusqu'à présent à des problèmes stationnaires, nous généralisons ici ce type de méthodes aux problèmes en temps ('Schwarz Waveform Relaxation Methods'). Le principal but de cette nouvelle approche est de simuler des problèmes multiphysiques pour lesquels il est intéressant d'avoir une discrétisation temporelle différente dans chaque sous-domaine. Nous généralisons aux équations d'évolution une méthode récente qui consiste à écrire les conditions transparentes (Conditions aux Limites Absorbantes) puis les approche par des opérateurs différentiels d'ordre 1 dans la direction normale à l'interface et d'ordre 0 ou 1 dans la direction tangentielle. Nous développons cette méthode premièrement pour l'équation de convection diffusion qui traduit notamment l'advection des traceurs (température, salinité, traceurs passifs) dans l'océan. Nous approchons les opérateurs exacts par développement de Taylor, ou par optimisation du taux de convergence. Nous démontrons que les problèmes aux limites introduits sont bien posés. Puis nous montrons la convergence des algorithmes correspondants. Des résultats numériques sont implémentés dans le cas avec ou sans recouvrement et mettent en évidence la réelle efficacité des méthodes optimisées. Nous faisons ensuite un premier pas vers le couplage d'équations en implémentant un algorithme de couplage de l'équation de convection avec l'équation de convection diffusion. Ensuite nous traitons les équations de Saint Venant, moyennes verticales des équations de Navier-Stokes en milieu tournant. Nous introduisons pour ce système un algorithme de décomposition de domaine avec des conditions d'interface qui s'obtiennent par des considérations physiques. Nous montrons que cet algorithme est bien posé puis nous en démontrons la convergence. Des résultats numériques concluants sont également exposés.

Ce manuscrit présente une étude des composés multiferroïques RMnO$_3$ hexagonaux (R=Ho, Y, Yb, In, Sc). L'accent est mis sur les corrélations spin/spin statiques et dynamiques et sur le couplage entre degrés de liberté de spin et de réseau. Cette étude s'appuie sur de nombreux résultats de diffusion de neutrons aussi bien sur poudres que sur monocristaux. La diffraction permet de déterminer précisément les positions atomiques et la structure magnétique. Nous avons pu développer un modèle rendant compte de la très grande variété de comportements observés dans ces systèmes en nous basant sur la frustration des interactions d'échange interplans. La frustration des interactions magnétiques n'est pas simplement due au réseau triangulaire de Mn mais aussi aux interactions entre Mn de plans adjacents. Cette frustration est directement controlée par la position du Mn par rapport à une valeur seuil $x=1/3$ dans la maille élémentaire. Les mesures de diffusion inélastiques ont permis de valider ce modèle en vérifiant certaines prédictions à partir de mesures de dispersion d'onde de spins et d'un calcul numérique solide (signe de la constante d'échange interplan, transitions de réorientation). Elles ont également confirmé le rôle primordial des interactions RMn sur la dynamique de spin des Mn. Enfin des mesures complexes de diffusion inélastique de neutrons polarisés ont mis en évidence une hybridation entre excitations de réseau et de spin. Un modèle basé sur l'interaction de Dzyaloshiinski-Moriya est proposé pour rendre compte des observations expérimentales. Ce mode hybride est a rapprocher de l'électromagnon observé dans de nombreux systèmes, et semble être une composante inhérente à l'existence de la multiferroïcité.

Le thème de cette étude est la modélisation du séchage d'un milieu poreux déformable partiellement saturé (solide, liquide et gaz). Cette modélisation tient compte de la nature du produit ainsi que des conditions initiales et de sa forme. En fait, au cours de leur séchage, les milieux poreux déformables subissent des contraintes liées au retrait volumique. L'objectif est de prévoir ces contraintes afin de contrôler la déformation du produit. La modélisation du séchage des milieux poreux saturés étant maîtrisée, de même pour les milieux non saturés et non déformables. La problématique se pose au niveau de la transition entre milieu saturé et milieu non saturé où il n'existe pas actuellement de modélisation physique continue. Dans ce travail, on propose un modèle décrivant les transferts de chaleur, de masse et de quantité de mouvement appliqué au séchage d'un milieu non saturé et déformable. Le gradient de pression est le terme moteur du transport de l'eau dans le milieu au travers de la loi de Darcy. La particularité du modèle est qu'il tient compte du fort couplage entre transport et comportement rhéologique du matériau en utilisant la notion de contraintes effectives. Les variables de couplage sont la vitesse de déformation du solide et la pression intrinsèque de la phase liquide. Le modèle est validé pour une argile à différentes conditions de séchage convectif. Les simulations montrent la faisabilité du modèle décrivant le séchage d'un milieu partiellement saturé et l'étude de sensibilité montre la forte influence de la perméabilité du matériau et de la pression capillaire d'une part, et des propriétés rhéologiques d'autre part.

Ce travail est une contribution ab initio à la caractérisation d'halogénures diatomiques de métaux de transition. Nous avons choisi de caractériser la structure électronique des chlorures de métaux de transition du groupe Vb (NbCl et TaCl) et du fluorure de nickel car une série de spectres les concernant ont été enregistrés mais aucune donnée théorique fiable n'était disponible dans la littérature. Pour étudier ces molécules, nous avons appliqué une procédure de calcul à deux étapes qui permet de tenir compte des effets de corrélation électronique et des effets relativistes. Dans la première étape, nous avons réalisé des calculs CASSCF/ICMRCI+Q de grande taille qui tiennent compte de l'énergie de corrélation et introduisent des effets relativistes scalaires. Dans la deuxième étape, le couplage spin-orbite est traité par la "state interacting method" implémentée dans le logiciel MOLPRO. Nous avons développé des stratégies de calcul basées sur ces méthodes de calcul et adaptées aux différentes molécules ciblées. Ainsi, pour les molécules NbCl et TaCl, nous avons utilisé des pseudopotentiels relativistes scalaires et spin-orbite, tandis que pour la molécule NiF, nous avons réalisé des calculs tous électrons. Nous avons d'abord testé la stratégie de calcul sur les cations Nb+ et Ta+. Ensuite, nous avons calculé pour la première fois les structures électroniques relativiste scalaire et spin-orbite des molécules NbCl (de 0 à 17000 cm-1) et TaCl (de 0 à 23000 cm-1). A l'aide de ces données théoriques, nous avons interprété les spectres expérimentaux en collaboration avec Bernath et al. Nous avons proposé plusieurs attributions de transitions électroniques en accord avec l'expérience mais nos résultats théoriques ne nous ont pas permis de les attribuer toutes. Néanmoins, nous avons mis en évidence une série d'autres transitions électroniques probables qui pourraient, à l'avenir, servir à l'interprétation de nouveaux spectres mieux résolus. Outre son intérêt expérimental, cette étude a permis de comparer les structures électroniques des molécules isovalencielles VCl, NbCl et TaCl, mettant en évidence des différences importantes. L'élaboration d'une nouvelle stratégie de calcul pour décrire les systèmes contenant l'atome de nickel représentait un véritable défi en raison de la complexité des effets de corrélation électronique. Notre stratégie de calcul a consisté à introduire ces effets en veillant à réduire au maximum la taille des calculs qui devenait considérable. Nous l'avons testée sur l'atome Ni et appliquée ensuite au calcul des structures électroniques relativiste scalaire et spin-orbite de la molécule NiF entre 0 à 2500 cm-1. Nous avons obtenus des résultats qui corroborent l'expérience.

Ce mémoire est consacré à l'étude d'empilements multicouches de semi-conducteurs gaas/algaas, et plus particulièrement d'empilements périodiques (réflecteurs de Bragg), étudiés en tant que tels ou comme éléments intégrés à des structures plus complexes. Les structures étudiées sont caractérisées par leur spectre de réflectivité linéaire. Pour interpréter ces résultats, nous développons deux approches théoriques complémentaires: la première, basée sur un formalisme matriciel, permet de décrire exactement la propagation d'une onde optique dans une structure stratifiée quelconque et a servi de support a un programme de calcul. La seconde, en termes de couplage d'ondes, complète utilement la première en fournissant les dépendances explicites du comportement des structures en fonction des indices et des épaisseurs des matériaux choisis. Nous établissons l'expression explicite de la constante de couplage et nous exposons les principes de la synthèse des dispositifs complexes. Nous consacrons tout un chapitre aux microcavités lasers à émission surfacique. Dans un échantillon réalisé par le l.c.r. de Thomson-csf, nous avons validé la possibilité d'une émission laser biraie. Ce composant a été utilisé pour réinjecter une cavité laser saphir dopé au titane. Nous avons par ailleurs pompé la micro cavité par des impulsions optiques ultrabrèves (=100 FS) et analysé son spectre d'émission laser biraie avec une camera à balayage de fente. A l'aide d'un modèle simple, nous montrons qu'il est nécessaire de tenir compte non seulement des porteurs libres photo créés dans les puits quantiques, mais encore de ceux crées dans les barrières, suite à l'absorption par ces dernières d'une partie du flux de pompé. La prise en compte de cet effet dans nos simulations donne des résultats en bon accord avec nos observations expérimentales

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans la première partie aux instabilités dans les films minces de polymères. Sous champ électrique perpendiculaire à la surface, cette dernière devient instable lorsque la température du film mince est supérieure à sa température de transition vitreuse. Nous y étudions plus particulièrement l'influence des contraintes résiduelles à la fois sur le taux de croissance de cette instabilité et sur les longueurs d'ondes sélectionnées. Dans un premier temps, nous décrivons brièvement ce qui nous a poussé à considérer que le processus de fabrication pouvait entraîner des contraintes résiduelles. Nous détaillons aussi tous les éléments de notre modèle avec les hypothèses que cela engendre. Ensuite, plusieurs modèles rhéologiques sont considérés : modèle du solide élastique Néo-Hookéenne, modèle du solide viscoélasticité du type Voigt-Kelvin et modèle du liquide viscoélasticité de type Maxwell. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la répartition de contre-ions autour d'un polyélectrolyte hydrophobe en mauvais solvant. Dans un tel solvant, ces polyélectrolytes prennent la configuration d'un collier de perles. Nous étudions le profil de densité des contre-ions autour d'une de ces perles. L'approximation des charges quasi- localisées nous permet d'obtenir des lois d'échelle entre le paramètre de couplage plasma et la charge effective du globule ou encore la longueur caractéristique de décroissance de la densité. Ces lois d'échelle sont validées via des simulations. Une approche semi-analytique (Density Functionnal Theory) permet de retrouver les profils de densité des contre-ions.

Les processus qui se déroulent à l'interface air-mer ont une importance cruciale pour les cyclones tropicaux (TCs). Les TCs tirent leur énergie de la chaleur de l'océan superficiel mais induisent aussi un refroidissement en surface : le sillage froid (ou Cold Wake CW) qui exerce une rétroaction négative sur leur intensité. Cette thèse détaille tout d'abord les processus impliqués dans le refroidissement de surface ainsi que les caractéristiques du cyclone et de l'océan qui en contrôlent l'amplitude. Trois proces- sus principaux participent à la CW : le mélange vertical, les flux de chaleur en surface (dominés par l'évaporation) et l'advection. Le mélange vertical homogénéise les eaux chaudes de surface et les eaux froides sous-jacentes, refroidissant la surface tout en réchauffant la sub-surface. Il est responsable de la majeure partie du refroidissement sous le TC et est donc le processus clé de la rétroaction de la CW. Les flux de chaleur contribuent peu au refroidissement sous le TC, mais ils refroidissent sur de larges régions. Enfin, l'advection horizontale fait diverger les eaux chaudes en surface et participe à modifier la forme de la CW. Dans cette thèse, je définis un indice de puissance du vent intégré pendant le passage du TC (WPi pour Wind Power index) et montre que l'amplitude de la CW augmente linéairement en fonction du WPi. Cependant, pour une puissance de TC donnée, l'état de l'océan de sub-surface module l'amplitude de la CW d'un facteur 10 ! Afin de décrire le contrôle de la CW par l'océan de sub-surface, je propose un indice mesurant l'énergie potentielle associée à la stratification océanique (CI pour Cooling Inhibition index ). Ces résultats sur le contrôle de la CW ont été obtenus grâce à un dispositif expérimental simulant la réponse océanique aux TCs à un coût numérique modéré. Cette approche permet une analyse statistique des caractéristiques des CWs induites par les ∼3,000 TCs observés sur les 30 dernières années. En modélisant la réponse océanique aux TCs directement dans un modèle de circulation océanique mondiale, ce dispositif expérimental permet aussi de faire le lien entre les processus océaniques à l'échelle des TCs et leur effet sur l'océan à l'échelle climatique. Il a été suggéré que la chaleur injectée en sub-surface par le mélange vertical sous les TCs peut modifier le transport de chaleur océanique global (OHT). Cependant, les anomalies chaudes injectées en sub-surface par les TCs en été ne pénètrent guère au-delà de la thermocline saisonnière. L'approfondissement de la couche mélangée en hiver a pour effet de réinjecter ces anomalies dans l'atmosphère, ce qui limite considérablement l'influence des TCs sur l'OHT. En revanche, les flux de chaleur sous les TCs refroidissent significativement les bassins cycloniques en été. Associé au réchauffement hivernal évoqué ci-dessus, ce processus réduit d'environ 10% l'amplitude du cycle saisonnier de température dans les bassins cycloniques. Finalement, la thèse ouvre des perspectives pour comprendre comment les modifications océaniques liées à la variabilité climatique naturelle et anthropique peut moduler l'activité cyclonique.

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Mes travaux ont pour but le développement de nouveaux outils de modélisation et de conception de capteurs MEMS, qui répondent aux problèmes intrinsèques aux MEMS (couplage multi-physique, non-linéarité, incertitudes) par des moyens adaptés. L'impossibilité de transposer directement des méthodes macroscopiques à un contexte MEMS motive une grande partie de mon travail.<br />Le présent texte a pour objectif d'exposer mes contributions aux domaines de la modélisation, de la simulation et de l'aide à la conception des MEMS. Il s'articule comme suit : <br />• Au premier chapitre, un panorama du domaine des MEMS et de leur physique est ébauché. Les difficultés dont il a été question plus haut y sont mises en relief.<br />• Le deuxième chapitre porte sur le traitement du couplage entre phénomènes physiques, dans un contexte de modélisation. Mes travaux de thèse y sont présentés. Ce chapitre aborde aussi le thème de la non-linéarité, inhérente à la physique des MEMS, dont le traitement, en simulation, s'apparente à celui du couplage.<br />• Le troisième chapitre montre comment les incertitudes et non-linéarités intrinsèques aux MEMS et les contraintes de la micro-électronique imposent le choix de certaines architectures de microsystèmes. Des méthodes d'identification à partir de données binaires, ainsi que plusieurs méthodes d'analyse des systèmes mixtes à comparateurs, y sont présentées. <br />• Enfin, au quatrième chapitre, je donne quelques pistes de développement de ces travaux.

L'essor du domaine de l'électronique de spin a stimulé l'étude des propriétés de films minces ferromagnétiques utilisés pour la rétention et la lecture de l'information magnétique. Les films minces antiferromagnétiques, bien que mis en exergue par la démonstration de l'effet GMR dans des super-réseaux Fe/Cr, n'ont qu'un rôle auxiliaire dans ces dispositifs. Des études théoriques récentes proposent néanmoins de leur conférer un rôle actif avec des propriétés distinctes et compétitives, en remplacement des films ferromagnétiques. Contrairement aux couches ferromagnétiques, les films antiferromagnétiques ont été l'objet de beaucoup moins de travaux expérimentaux : l'ordre antiferromagnétique ne peut être étudié que par quelques techniques spécifiques, telles que la diffraction de neutrons. Au cours de cette thèse, nous avons examiné un système modèle pour l'électronique de spin, constitué d'une couche mince de chrome (001), archétype de matériau antiferromagnétique itinérant, et d'une couche d'oxyde de magnésium (001), barrière cristalline la plus largement utilisée. Nous avons montré qu'il était possible de contrôler l'anisotropie magnétique et l'ordre magnétique de l'antiferromagnétique grâce à une maîtrise fine des conditions de croissance et grâce au dopage par le Fe. Une étude détaillée par photoémission a permis d'approfondir les preuves du couplage du magnétisme et de la structure électronique du Cr, et en particulier de mettre en évidence des états de surface et d'interface polarisés. Ces résultats ont été complétés par la détermination du moment ferromagnétique d'interface du Cr/MgO (001) par réflectivité de neutrons. Enfin, en tirant parti de ce socle de connaissance, nous avons pu comprendre et interpréter le magnétisme caractéristique d'hétérostructures de Cr comportant une barrière cristalline fine de MgO, comme la signature d'un couplage tunnel intercouches.