L'émergence des énergies renouvelables a entraîné le développement de nouvelles technologies pour la distribution de l'énergie sur de longues distances. Ces dernières sont basées sur le transport via de hautes tensions continues (HVDC) pour éviter les pertes capacitives. Ce réseau de distribution est interconnecté via des Postes Sous Enveloppes Métalliques (PSEM), dont l'isolation est composée de gaz sous pression (SF6) et d'isolants solides (résine époxy), qui doivent résister sous HVDC. Dans ces dispositifs, le champ électrique n'est plus déterminé par la permittivité relative des matériaux, mais par leurs résistivités et les phénomènes d'accumulation de charges. Dans le cas d'un isolant solide présentant une interface avec un gaz, des électrons ou des ions vont être susceptibles de se déplacer suivant les lignes de champ électrique et charger la surface de l'isolant solide. Le comportement des propriétés des isolants (solides et gazeux) constitue un enjeu majeur dans le développement de PSEM HVDC, notamment dans la compréhension des mécanismes d'accumulation et relaxation des charges.Dans ce travail de thèse, la caractérisation de l'isolant solide a d'abord été étudiée, basée sur des mesures de courants faibles bruits. Il est ainsi possible de mesurer le courant de fuite dans le volume et sur la surface des échantillons, dans une enceinte sous pression, à haut champ électrique et pour différentes températures. Ces mesures ont mis en évidence que les résistivités de volume et de surface sont fortement impactées par l'augmentation de la température et la teneur en eau des échantillons. Il a également été montré que la résistivité de surface a un comportement non-linéaire en fonction du champ électrique. Un modèle numérique a été développé pour simuler les résultats obtenus, et implémenter les propriétés de surface de l'isolant solide.Les propriétés isolantes du gaz ont également été étudiées pour différentes géométries de champ électrique, dans le but d'estimer la contribution du courant passant à travers le gaz, sur l'accumulation de charge en surface de l'isolant solide. Des courants non négligeables sont mesurés dans le gaz (~pA-nA). Pour déterminer les mécanismes responsables de la présence de tels courants, il a été caractérisé selon plusieurs paramètres (la rugosité de la surface de l'électrode, la nature du matériau, le champ électrique, la température et l'humidité relative). Cela a mis en évidence que les variations de courants dépendent du conditionnement du dispositif, et sont donc fortement influencés par l'humidité relative adsorbée sur les surfaces du dispositif (électrodes et cuves). En présence d'un système sec, de faibles courants sont mesurés (~pA), et augmentent en fonction de la température. A l'inverse, dans le cas d'un système humide, le courant diminue avec l'augmentation de la température. Ces résultats, combinés à l'influence de la rugosité de l'électrode, suggèrent fortement un mécanisme d'injection de charge à la surface de l'électrode, favorisé en présence d'eau adsorbée.Enfin, les résultats obtenus pour les deux isolants solides et gazeux sont utilisés pour élaborer un modèle numérique ayant une forme proche de celle de l'application industrielle, et permettent d'observer la modification de la distribution du champ électrique en présence de la concentration en eau et du gradient de température. Une estimation du courant circulant au travers des isolants est donc possible.En conclusion, ce travail donne les variations des résistivités de volume et de surface dans une résine époxy en fonction de la température et du champ électrique. Il met également en évidence la forte influence de l'humidité relative et de la température sur les mécanismes d'injection de charges qui contribuent au courant mesuré à travers le gaz. Cette caractérisation approfondie permet de développer une simulation qui prédit les variations de la distribution du champ électrique au sein d'un PSEM sous tension continue. / The emergence of renewable energy leads to a development of new technologies for energy distribution across long distances. The latter will be based on High Voltage Direct Current (HVDC) to avoid capacitance losses. This network is interconnected using Gas Insulated Substation (GIS), which insulation is composed of pressurized gas (SF6) and solid insulators (epoxy resin), which have to withstand HVDC. The electric field is not anymore determined by permittivity of materials, but by resistivities and charge accumulation. In the case of an insulator with an interface with gas, electrons or ions will move across electric field lines and will charge the surface of the solid insulator. The behavior of insulator's properties (gas and solid) constitutes a major challenge for the development of HVDC GIS, to understand the charge relaxation/accumulation mechanisms.In this work, the characterization of solid insulator has first been investigated, based on a low-noise current measurement method. It is thus possible to measure the leakage current through samples and onto their surface, in a pressurized gas, at high electric field and for different temperatures. Those measurements permit to evidence that both volume and surface resistivities are strongly impacted by the increase of temperature and water concentration. It has also been shown that surface resistivity has a non-linear behavior with electric field. A numerical model was developed, to simulate experimental results, showing that the surface properties of the insulator can be implemented.Furthermore, the insulating properties of the gas were also investigated through different electric field geometry (coaxial and uniform), in order to estimate the contribution of current through gas on the charge accumulated on solid insulators. It has been found that a non-negligible current passes through the gas (~pA to nA). To determine the mechanisms responsible for such currents, the latter has been characterized depending on several parameters (electrode surface roughness, material nature, electric field, temperature and relative humidity). It revealed that the variations of currents are strongly impacted by the conditioning of the device and thus by the relative humidity adsorbed on electrodes and enclosure surfaces. In presence of a dry system (dry gas and device) low current were measured (~pA), which increases with temperature. On the contrary, in case of a “wet” system (humid gas and device) the current decreases with increasing temperature. Those results combined with the influence of the electrode roughness, strongly suggest a mechanism of charge injection at the electrode surface, enhanced by water adsorption.Finally, the results obtained for both solid and gaseous insulations are used to develop a numerical model with a shape close to the industrial application, and observe the modification of electric field distribution in presence of water concentration and temperature gradient. An estimation of current flowing through the insulator and gas is thus possible in case of uniform and gradient temperature.In conclusion, this work gives the variations of both volume and surface resistivities in an epoxy resin with temperature and electric field. It also evidences the major influence of relative humidity and temperature on charge injection mechanisms which contribute to the current measured through gas. The extensive characterization performed, enables to develop a simulation which predicts the variations of electric field distribution within an HVDC GIS.

Au cours de cette thèse nous avons étudié les effets des interactions entre électrons dansles contacts ponctuels quantiques (QPCs). Les contacts ponctuels quantiques sont des petitscanaux quasi-unidimensionnels, définis à partir de gaz électroniques bidimensionnelsde haute mobilité (2DEG). Une tension négative appliquée sur des grilles métalliques audessus de la surface permet d’ouvrir ou fermer le QPC. Lorsqu’un QPC s’ouvre, de plusen plus de modes électroniques peuvent traverser le QPC, et sa conductance augmente parpas discrets, séparés par un quantum de conductance 2e2/h. On peut le comprendre parle transport unidimensionnel d’une seule particule, car chaque mode transverse contribuepour un quantum de conductance.Mais depuis leurs premières réalisations, les QPCs ont montré des déviations par rapportà ce modèle à une particule. Les plus connues sont un épaulement sous le premier plateau,autour de 0.7×2e2/h, appelé "l’anomalie 0.7", et un pic dans la conductance différentiellequi apparaît à basse température: l’anomalie à zéro polarisation (ZBA).L’instrument que nous avons utilisé pour étudier ces effets d’interactions est un microscopeà effet de grille local (SGM). Cette technique consiste à modifier localement le potentield’un dispositif à l’aide d’une pointe de microscope à force atomique (AFM) chargée négativement,et enregistrer les modifications de la conductance en fonction de la position dela pointe. En utilisant cette technique à très basse température, nous avons montré quenous pouvons moduler les anomalies de conductance du QPC. Nous avons interprété nosrésultats comme la signature d’un cristal d’électrons se formant spontanément à bassedensité dans le QPC à cause de la répulsion Coulombienne: un cristal de Wigner. Onpeut modifier le nombre d’électrons cristallisés en approchant la pointe, et obtenir dessignatures de la parité du nombre d’électrons localisés dans le transport électronique.En fonction de cette parité, le cristal de Wigner présente un état de spin différent, etl’écrantage de ce spin par les électrons de conduction au travers d’un mécanisme appeléeffet Kondo donne une anomalie à zéro polarisation formant alternativement un simplepic ou un double pic. Cette découverte apporte une avancée significative à ce domaine,qui a concentré les efforts de plusieurs groupes importants ces 15 dernières années.Nous avons ensuite réalisé des mesures interférométriques à l’aide du microscope SGM,en créant in situ des interféromètres dans le gaz 2D. Nous avons obtenu les signaturesd’un déphasage supplémentaire dans le régime de la ZBA. Nous attribuons cet effet audéphasage universel accumulé par les électrons à la traversée d’un singulet Kondo, ce quirenforce le fait que la ZBA trouve son origine dans les phénomènes Kondo.Enfin, nous avons adapté la technique SGM au transport thermoélectrique dans les QPCs,et avons imagé pour la première fois les interférences d’électrons se déplaçant sous l’effetd’une différence de température. / In this thesis, we studied the effect of electron electron interactions in quantum pointcontacts (QPCs). Quantum point contacts are small quasi-one dimensional channels,designed on a high mobility two-dimensional electron gas (2DEG). A negative voltageapplied on a pair of metallic split gates above the sample surface allows to open or closethe QPC. As a QPC opens, more and more electronic modes are allowed to cross theQPC, and its conductance increases by discrete steps, separated by a conductance quantum2e2/h. This can be understood from a single-particle picture in one-dimensionaltransport, as each transverse mode carries a conductance quantum.But from their first realization 25 years ago, quantum point contacts have shown deviationsfrom this picture, attributed to electron electron interactions. The most well knownare a shoulder below the first plateau, around 0.7×2e2/h, called the "0.7 anomaly", and apeak in the differential conductance that arises at low temperature: the zero bias anomaly(ZBA).The tool we used to study these interaction effects is a scanning gate microscope (SGM).It consists by changing locally the device’s potential with the polarized tip of an atomicforce microscope (AFM), and record the changes in conductance as a function of the tipposition. By performing this technique at very low temperature, we showed that we canmodulate the conductance anomalies of QPCs. We interpret our result as the signatureof a small electrons crystal forming spontaneously at low density in the QPC due to theCoulomb repulsion: a Wigner crystal. We can modify the number of crystallized electronsby approaching the tip, and obtain signatures of the parity of the localized electrons numberin transport features. Depending on this parity, the Wigner crystal has a differentspin state, and screening of this spin by the surrounding electrons through the so-calledKondo effect leads alternatively to a single peak or a split ZBA. This discovery bringsa significant advance in this field, that has attracted research efforts of many importantgroups in the world over the past 15 years.We then performed interferometric measurements thanks to the scanning gate microscopeby creating in-situ interferometers in the 2DEG. We obtained signatures of an additionalphase shift accumulated by the electrons in the ZBA regime. We attribute this effect tothe universal phase shift that electrons accumulate when crossing a Kondo singlet, reinforcingthat the debated origin of the ZBA lies in Kondo physics.Finally, we adapted the SGM technique to the study of thermoelectric transport in QPCs,and for the first time imaged interferences of electrons driven by a temperature difference.

Les exploitant aériens cherchent à réduire toujours davantage le coût d'utilisation et d'opération de maintenance des hélicoptères ainsi qu'à limiter leur impact environnemental. Par conséquent, les motoristes tels que Safran Helicopter Engines doivent constamment améliorer les performances de leurs moteurs. Cette amélioration passe notamment par la réduction des consommations de carburants et d'huile de lubrification. La consommation d'huile est liée en grande partie à la formation d'un brouillard diphasique air-huile au sein des paliers de roulements des arbres du moteur. L'air est continûment évacué en transportant des inclusions d'huile vers l'extérieur. Pour limiter ces rejets d'huile, un séparateur en rotation est utilisé pour récupérer l'huile et évacuer l'air. Afin de prédire avec davantage de précision la consommation d'huile et les pertes de charges induites par le séparateur, la présente thèse développe une stratégie d'analyse des écoulements diphasiques au sein des séparateurs. Cette stratégie s'appuie en premier lieu sur des simulations numériques du brouillard d'huile basées sur une approche Euler-Lagrange. Ces simulations permettent d'une part d'analyser l'écoulement d'air et les pertes de charges du séparateur et d'autre part d'appréhender les mécanismes de la séparation de l'huile et d'analyser la consommation en fonction des conditions de fonctionnement. Parallèlement, grâce au financement du projet européen E-Break, un banc d'essais dégazeur a été conçu dans le cadre de cette thèse et réalisé à l'Université Libre de Bruxelles. Des analyses croisées entre essais et simulations permettent de valider la méthodologie de simulation. Cependant, si les pertes de charges sont correctement prédites par le calcul, des efforts supplémentaires sont nécessaires, aussi bien sur la précision des mesures que sur la modélisation de l'écoulement diphasique, pour assurer une prédiction satisfaisante de la consommation d'huile. / Air operators try to reduce ever more operation and maintenance costs of helicopters as well as to limit their environmental impact. Consequently, engine manufacturers such as Safran Helicopter Engines must constantly improve the performance level of the engines they develop. To achieve such an improvement, oil and kerosene consumption must be reduced. Oil consumption is mostly due the formation of an oil mist inside bearing chambers. As the air is continuously scavenged, it carries along oil droplets out of the engines. In order to limit the oil wastes, a separator is used which recovers oil drops carried by the owing air that is vented out. In order to predict with a better level of accuracy the oil consumption and the pressure losses induced by the separator, the present thesis develops a strategy to analyse the two-phase flow within the separator. This strategy relies in the first place on Euler-Lagrange numerical simulation of the oil mist which allow on the one hand to compute the turbulent air flow and the pressure drop induced by the separator and on the other hand to better understand the separation mechanisms and to predict the oil consumption for various operating conditions. Besides, thanks to the funding of the E-Break European project, a test bench has been designed in the framework of this PhD and set up at the Université Libre de Bruxelles. Cross comparisons between measurements and simulations allow validating the numerical methodology. However, even though pressure drops are correctly predicted by the simulation, improvements are still needed, regarding both the measurement accuracy and the two-phase numerical modelling, in order to provide a satisfactory prediction of the oil consumption.

Cette thèse porte sur le développement de modèles multi-échelles et de méthodes de calcul pour les applications aérothermodynamiques. Le travail de recherche sur les modèles multi-échelles met l’accent sur l’excitation énergétique et la dissociation. L’objectif était double : mieux comprendre la dynamique des processus d'excitation énergétique et dissociation et développer des modèles réduits en diminuant la résolution d’un modèle détaillé de collisions rovibrationnelles. Les résultats obtenus ont montré que les modèles réduits permettent de reproduire avec précision la dynamique d’écoulement prédites par le modèle détaillé de collisions rovibrationnelles. Le travail de recherche sur les méthodes de calcul a porté sur les écoulements raréfiés. L’objectif était de formuler une méthode numérique de type déterministe pour résoudre l’équation de Boltzmann dans le cas de gaz à plusieurs composants y compris l’énergie interne. La méthode numérique est basée sur la structure de convolution pondérée de la transformée de Fourier de l’équation de Boltzmann. La précision de la méthode numérique proposée a été évaluée en comparant les moments extraits de la fonction de distribution de vitesse avec les prédictions de la méthode de simulation directe Monte Carlo (DSMC). Dans toutes les applications étudiées, un excellent accord a été trouvé. / This thesis aimed at developing multi-scale models and computational methods for aerother-modynamics applications. The research on multi-scale models has focused on internal energy excitation and dissociation of molecular gases in atmospheric entry flows. The scope was two-fold: to gain insight into the dynamics of internal energy excitation and dissociation in the hydrodynamic regime and to develop reduced models for Computational Fluid Dynamics applications. The reduced models have been constructed by coarsening the resolution of a detailed rovibrational collisional model developed based on ab-initio data for the N2 (1Σ+g)-N (4Su) system provided by the Computational Quantum Chemistry Group at NASA Ames Research Center. Different mechanism reduction techniques have been proposed. Their appli-cation led to the formulation of conventional macroscopic multi-temperature models and vi-brational collisional models, and innovative energy bin models. The accuracy of the reduced models has been assessed by means of a systematic comparison with the predictions of the detailed rovibrational collisional model. Applications considered are inviscid flows behind normal shock waves, within converging-diverging nozzles and around axisymmetric bodies, and viscous flows along the stagnation-line of blunt bodies. The detailed rovibrational colli-sional model and the reduced models have been coupled to two flow solvers developed from scratch in FORTRAN 90 programming language (SHOCKING_F90 and SOLV-ER_FVMCC_F90). The results obtained have shown that the innovative energy bin models are able to reproduce the flow dynamics predicted by the detailed rovibrational collisional model with a noticeable benefit in terms of computing time. The energy bin models are also more accurate than the conventional multi-temperature and vibrational collisional models. The research on computational methods has focused on rarefied flows. The scope was to formu-late a deterministic numerical method for solving the Boltzmann equation in the case of multi-component gases with internal energy by accounting for both elastic and inelastic collisions. The numerical method, based on the weighted convolution structure of the Fourier trans-formed Boltzmann equation, is an extension of an existing spectral-Lagrangian method, valid for a mono-component gas without internal energy. During the development of the method, particular attention has been devoted to ensure the conservation of mass, momentum and en-ergy while evaluating the collision operators. Conservation is enforced through the solution of constrained optimization problems, formulated in a consistent manner with the collisional in-variants. The extended spectral-Lagrangian method has been implemented in a parallel com-putational tool (best; Boltzmann Equation Spectral Solver) written in C programming lan-guage. Applications considered are the time-evolution of an isochoric gaseous system initially set in a non-equilibrium state and the steady flow across a normal shock wave. The accuracy of the proposed numerical method has been assessed by comparing the moments extracted from the velocity distribution function with Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) method predictions. In all the cases, an excellent agreement has been found. The computational results obtained for both space homogeneous and space inhomogeneous problems have also shown that the enforcement of conservation is mandatory for obtaining accurate numerical solutions.

L’oxyde de zinc (ZnO) est un semi-conducteur II-VI remarquable et très prometteur dans le développement des nouveaux matériaux pour l’énergie renouvelable et pour l’environnement. ZnO est l’un des rares matériaux multifonctionnels. Grâce à ses nombreuses propriétés physiques, chimiques et optoélectroniques très intéressantes, lui confèrent d’être un matériau utilisé dans différents domaines d’applications telles que les cellules solaires, les diodes électroluminescentes, les capteurs de gaz, la dépollution de l’eau et de l’air par effet photocatalytique, etc.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés tout d’abords à optimiser l’élaboration de nanofils de ZnO (ZnO NWs) par méthode hydrothermale. Un procédé à deux étapes a été optimisé qui nous a permis d’obtenir des nanofils de ZnO ayant des excellentes propriétés morphologiques et structurales, avec une très bonne reproductibilité. Une nouvelle méthode d’élaboration, dite Electrospinning, a été mise au point. Ce procédé nous permet d’obtenir des micro- et nanofibres contenant des nanocristallites de ZnO. La combinaison des deux méthodes de synthèse nous a permis d’obtenir des nanostructures hiérarchiques de ZnO (NWs/NFs) possédant une surface effective beaucoup plus importante que la nanostructure classique (ZnO NWs).Deux applications ont été développées dans cette thèse. Dans un premier temps, des tests de détection de trois gaz réducteurs ont été réalisés sur les deux types de nanostructures de ZnO. Par la suite, une étude de purification de l’eau par effet photocatalytique a été réalisée sur un réseau de nanofils de ZnO sous irradiation UV pour les trois colorants (MB, MO et AR14). Afin d'améliorer la performance de la photocatalyse, deux nouvelles méthodes ont été développées. La première consiste à mettre en place un système microfluidique en utilisant des microréacteurs contenant des nanofils de ZnO comme photocatalyseur permettant ainsi à raccourcir considérablement le temps de dépollution. La seconde méthode est basée sur un procédé de dopage de ZnO permettant ainsi d’améliorer l'efficacité de la photocatalyse / Zinc oxide (ZnO) is a remarkable and very promising wide-gap II-VI semiconductor in the development of new materials for renewable energy and for the environment. Thanks to its many interesting physical, chemical and optoelectronic properties, this multifunctional material is used in many application fields such as solar cells, light emitting diodes, gas sensors, and water & air purification by photocatalytic effect, etc.In this thesis, we were interested in optimizing the synthesis of ZnO nanowires (ZnO NWs) by hydrothermal method. A two-step process has been optimized allowing us to obtain ZnO NWs having excellent morphological and structural properties, with very good reproducibility. A new synthesis method “Electrospinning” has been developed and the micro- & nanofibers containing ZnO nanocristallites can be obtained by this process. The combination of the two synthesis methods results a hierarchical nanostructure of ZnO (NWs/NFs) with an effective surface much larger than the classical one (ZnO NWs).Two applications have been developed in this thesis. Firstly, three reducing gases sensing tests have been carried out on the two types of ZnO nanostructures. Then, a photocatalytic water purification study has been carried out on a ZnO nanowire array under UV irradiation for the three dyes (MB, MO and AR14). In order to improve the photocatalysis performance, two new methods have been developed. The first is to set up a microfluidic system using microreactors containing ZnO NWs as a photocatalyst, thus the depollution time has been considerably shortened. The second method is based on the ZnO doping in order to improve the photocatalysis efficiency

Le modèle cosmologique standard possède plusieurs lacunes pour une description pertinente de l’évolution de notre univers et de ses constituants. Tout d’abord, il laisse en suspens l’explication de l’origine de la matière noire et de l’énergie sombre. Ces composants, introduits ad hoc afin de satisfaire aux observations, représentent ensemble environ 95% du contenu en énergie de l’univers. Un second problème concerne l’indépendance d’échelle du modèle : quel que soit l’échelle du système considéré, il est attendu une dynamique et une géométrie identiques. Il est possible de se détourner du modèle standard et de s’intéresser à des cosmologies inhomogènes et à leur évolution moyenne. Selon ce formalisme, les inhomogénéités au sein d’une échelle influencent globalement la dynamique de cette dernière par un effet dit de rétroaction. Cette démarche très riche propose également une explication élégante au problème des constituants sombres : tous deux apparaissent comme une manifestation effective des inhomogénéités de distributions de matière et de géométrie. Cette thèse s’intéresse aux propriétés des modèles inhomogènes moyennés en relativité générale. Nous proposons dans un premier temps de décrire le comportement global des inhomogénéités selon une évolution de Chaplygin, et selon une évolution de Ginzburg-Landau. Nous montrons également l’instabilité gravitationnelle globale des solutions de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Cette classe de solutions est connue comme étant localement instable sous l’introduction de perturbations ; ici nous montrons qualitativement qu’elle ne fournit pas, en général, une approximation correcte en tant que fond physique. Nous présentons finalement une nouvelle théorie relativiste perturbative, pour laquelle les inhomogénéités scalaires évoluent autour d’un fond général, et non plus autour d’un fond de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker pré-défini. Cette nouvelle étude étend l’applicabilité des cosmologies inhomogènes, et pourrait éventuellement expliquer la formation des grandes structures sans recours à l’énergie noire / The standard cosmological model possesses some shortcomings for a relevent description of our universe and its constituents. First, it leaves in suspense the explanation of the origin of dark matter and dark energy. These components, introduced ad hoc in order to fit the observations, represent about 95% of the total energy. A second issue concerns the scale-independence of the model: whatever the scale of the considered system, it is expected identical dynamics and geometry. It is advisable to abandon the standard model and to focus on inhomogeneous cosmologies, and their average evolution. According to this formalism, inhomogeneities within a chosen scale globally impact on the dynamics of this latter through a so-called backreaction effect. This very rich approach also proposes an elegant explanation for the problem of the dark constituents: both stand for an effective manifestation of the inhomogeneities in the distributions of matter and geometry. This thesis focusses on the properties of averaged inhomogeneous models in general relativity. We first propose to describe the global behaviour of inhomogeneities according to a Chaplygin evolution, and according to a Ginzburg-Landau evolution. We also show the global gravitational instability of Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker solutions. This class of solutions is already known to be locally gravitationaly unstable under the introduction of perturbations; here we show qualitatively that it does not furnish, in general, a good approximation as a physical background. We finally present a new relativistic perturbative scheme, in which scalar inhomogeneities evolve on a general background rather than on a pre-defined Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker background. This new study extends the framework of application for inhomogeneous cosmologies, and may possibly explain the large-scale structure formation without the need for dark energy

Ce travail présente une nouvelle méthode de télédétection à distance de la concentration d’un gaz trace dans l’atmosphère basée sur le couplage de la méthode spectroscopique de corrélation optique (Optical Correlation Spectroscopy, OCS) et la technologie de télédétection lidar dans lequel une source laser de large étendue spectrale est considérée. Les premiers travaux furent consacrés au développement d’un nouveau formalisme pour estimer la concentration d’un gaz trace dans l’atmosphère à partir des signaux OCS-lidar. Pour évaluer les performances d’une telle méthode, un modèle numérique simulant des signaux OCS-lidar pour la mesure de la concentration de méthane et de vapeur d’eau a été réalisé. L’influence de la pression et la température sur les propriétés spectroscopiques de ces gaz sur les mesures de concentration a également été étudiée. En plus de ce travail théorique, la première démonstration expérimentale de l’OCS-lidar est présentée en utilisant un lidar basé sur une source laser femtoseconde. Les mesures OCS-lidar ont été réalisées au moyen d’un nouveau système expérimental entièrement élaboré et construit pendant cette thèse. Pour réaliser les mesures consacrées à la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère, la bande d’absorption de la molécule de H2O 4ν à 720 nm a été utilisée. Ainsi les résultats obtenus ont montré le potentiel de la méthode OCS5 lidar pour mesurer la concentration de vapeur d’eau. Par la suite, le développement de la méthodologie OCS-lidar dédiée à la mesure du méthane est présenté. La bande d’absorption 2ν3 à 1,66 μm est exploitée et les premières mesures des signaux lidar sont exposées. Ce travail se termine par la présentation des possibles perspectives d’évolution / In this thesis, a new active remote sensing methodology is proposed to evaluate the content of atmospheric trace gases. The new methodology is based on laser spectroscopy and consists in coupling a spectrally broadband lidar with optical correlation spectroscopy (OCS-lidar). As a first step, a new formalism has been developed to remotely evaluate the target gas concentration from the OCS-lidar signals. To evaluate the performance of this new methodology, a numerical model simulating OSC-lidar signals for methane and water vapor measurement has been developed. Moreover, the influence of the absorption spectroscopic line parameters, such as atmospheric pressure and temperature, on the retrieved gas mixing ratio has been assessed within the OCS-lidar methodology. In addition to this theoretical work, the first experimental demonstration of the OCS-lidar methodology has been performed using a femtosecond lidar system. The latter has been entirely designed, developed and implemented in the framework of this thesis. Results show the ability of the OCS-lidar methodology to monitor the water vapor using the 4ν 720 nm absorption band. Moreover, two different experimental configurations have been proposed, depending on whether the amplitude modulation is operated on the laser pulse or on the backscattered light, i.e. at the emission, with an active amplitude modulator or at the reception, with passive optical filters. The advances in developing the corresponding infrared OCS-lidar system for methane mixing ratios measurements are described and possible outlooks are given

L’Algérie est classée au neuvième rang mondial des pays producteurs de gaz naturel et représente 2,4 % de la production de gaz naturel. Elle occupait le quinzième rang mondial, et le troisième en Afrique avec 9,2 de milliards de barils de pétrole, en termes de réserves prouvées de pétrole, soit 0,9 % des réserves mondiales. A la bonne qualité du pétrole algérien,idéal par sa faible teneur en soufre ce qui le rend très facile à raffiner, s’ajoutent une géologie clémente et une situation avantageuse vis à vis des marchés européens. Cette proximité a été renforcée par les nouveaux gazoducs t-ransméditerranéens de Medgaz et du futur Galsi et par une flotte de méthaniers. Avec une économie dépendante des recettes des hydrocarbures, constituant 97% des exportations, l’Algérie s’est mise dans un piège énergétique. Dans ce domaine l’entreprise algérienne en charge du secteur, la Sonatrach, détient le contrôle de la filière des hydrocarbures sur tous les niveaux. L’arsenal juridique du secteur s’est doté de la loi N°2006-10 relative aux hydrocarbures qui, à première vue, répond aux prospectives du développement de la Sonatrach, dans le mesure où elle cherche à se libérer de l’État et àplanifier sa propre politique expansionniste dans un schéma de management moderne s’alignant en même temps aux offres concurrentielles des grandes firmes internationales leaders dans ce domaine. L’analyse de la politique de l’entreprise et du secteur en général, a pu contribuer à donner une réponse sur la problématique des choix stratégiques qui s’offrent à de l’entreprise. / Algeria is ranked as the ninth largest natural gas producing countries, representing 2.4% of the world natural gas roduction. It held the fifteenth place in the world and the third in Africa with 9.2 billion barrels of oil in terms of proven reserves, which represents 0.9% of world oil reserves. To the good quality of Algerian oil, ideal for its low sulfur content, which makes it very easy to refine, a clement geology and an advantageous nearness from the European markets are added. This proximity is enhanced by the new trans-mediterranean pipelines Medgaz, the future Galsi and by a fleet of LNG tankers. With an economy dependent on hydrocarbon revenues, constituting 97% of its exports, Algeria is set up in an energy trap. In this field the Algerian company responsible for the sector, Sonatrach, holds control of the hydrocarbons chain on all its levels. The law 2006-10, relating to hydrocarbons, at first sight responds to forward-looking development of the Sonatrach, knowing that the Company is looking also to break free from the state and to plan its own expansionist plan in a modern management model, aligning at the same time with the competitive offers proposed by the international firms leading in this field. The analysis of the policy of the company and the Algerian hydrocarbons sector in general, contribute to answer to problematic of the strategic choices available to the company.

Je présente un nouveau modèle d'émission nébulaire de galaxies à formation d'étoiles, que j'ai développé en combinant un modèle récent de synthèse de populations stellaires avec un code classique de photoionisation. Je détaille les principales caractéristiques de ce nouveau modèle, comme le traitement sophistiqué des abondances individuelles et des déplétions sur les grains de poussière qui permet d'explorer de façon appropriée les signatures des rapports non solaires d'abondances de métaux, et donc les propriétés des galaxies chimiquement jeunes à l'époque de la réionisation. Je présente la grille exhaustive publique de modèles de photoionisation que j'ai créée, explorant de larges éventails de paramètres stellaires et interstellaires. Je décris la capacité des modèles à reproduire simultanément les caractéristiques observationnelles de galaxies à formation d'étoiles dans plusieurs diagrammes de rapports de raies ultraviolettes et optiques, et j'explore l'influence des différents paramètres ajustables des modèles sur les prédictions de rapports de luminosités de raies. Je décris également comment la combinaison de ces modèles avec des modèles de régions d'émission de raies étroites autour de noyaux actifs de galaxies, effectués avec le même code de photoionisation, permet de définir de nouveaux diagnostics de rapports de raies d'émission ultraviolettes et optiques pour distinguer la formation stellaire et l'activité nucléaire dans les galaxies. Enfin, je montre comment le nouveau modèle présenté dans cette thèse a déjà été utilisé pour interpréter avec succès les raies d'émission ultraviolettes et optiques de galaxies naines lentillées à des décalages spectraux entre 2-7. / I present a new model of nebular emission from star-forming galaxies, which I have developed by combining updated stellar population synthesis models with a standard photoionization code. I detail the main features of this new model, such as the recent advances in the theories of stellar interiors and atmospheres it incorporates to interpret the ionizing radiation from star-forming galaxies, and the careful treatment of individual abundances and depletion onto dust grains, which allows one to properly explore the signatures of non-solar metal abundance ratios, and then the properties of chemically young galaxies out to the reionization epoch. I present the public comprehensive grid of photoionization models I have computed, including full ranges of stellar and interstellar parameters. I describe the ability of the models to account simultaneously for observational trends followed by star-forming galaxies in several ultraviolet and optical diagnostic line-ratio diagrams, and I explore the influence of the various adjustable model parameters on predicted line-luminosity ratios. I also describe how the combination of this model with calculations of narrow-line emitting regions from active galactic nuclei computed using the same photoionization code allows one to define new ultraviolet and optical emission-line diagnostics to discriminate between star formation and nuclear activity in galaxies. Finally, I show how the new model presented in this thesis has already been used successfully to interpret the rest-frame ultraviolet and optical line emission of different types of high-redshift star-forming galaxies, mainly lensed dwarf star-forming galaxies at redshift between 2-7.

L'évolution des galaxies implique un apport de gaz «froid» depuis la toile cosmique. Mais les modèles l'intégrant induisent des galaxies plus riches en baryons que les galaxies observées. Pour surmonter ce problème, les théoriciens comptent sur une formation d'étoiles rendue inefficace par une éjection massive de gaz par les disques en formation stellaire. J'explore une voie différente en étudiant les processus qui peuvent modérer l'accrétion de gaz. Nous présentons un scénario phénoménologique où le gaz accrété, s'il y a un choc viriel, devient biphasique et turbulent. Nous montrons que ce développement se produit pour des halos de ~ 10^11 à 10^13 Msol, où la majeure partie des étoiles est déjà formée dans les galaxies. Le gaz provenant de filaments intergalactiques (FIG) peut finalement perdre sa cohérence et se mélanger avec le gaz ambiant du halo. L'interaction directe entre les éjections galactiques et l'accrétion est accrue. Modérer ainsi l'efficacité de l'accrétion peut aider à surmonter l'important défi évoqué. En utilisant le code Ramses, j'ai effectué une simulation ciblée et extrait les résultats pour un FIG accrétant sur un halo de ~ 3 10^11 Msol à z ~ 2. J'ai étudié la thermodynamique et la structuration de la matière, le long et à travers le FIG. J'ai suivi l'évolution de plusieurs quantités importantes le long du FIG et dérivé un cadre plus précis pour étudier les FIG, ainsi que les conséquences sur leur sort après avoir pénétré dans un halo. J'utilise enfin ces résultats pour extrapoler les processus que la simulation peut ne pas avoir capturés avec précision. / We now understand theoretically that galaxy evolution involves inflows of “cold” gas from the cosmic web. But corresponding models grow galaxies with amounts of baryons larger than observed galaxies. To overcome this issue, theorists focus on making star formation inefficient by massively blowing gas out of star-forming disks. I explore a different road, investigating processes that may moderate gas accretion onto disks. We present a phenomenological scenario where gas accretion flows – if it is shocked – become biphasic and, as a result, turbulent. In this framework, we show that the formation of warm, turbulent clouds, embedded in a hot component, occurs in the important mass range of ∼ 10^11 − 10^13 Msun, where the bulk of stars have formed in galaxies. Gas accreted from intergalactic filaments (IGF) may eventually lose coherence and mix with the ambient halo gas. The direct interaction between galaxy feedback and accretion streams is thus more likely. Moderating the accretion efficiency may help to alleviate a number of significant challenges in theoretical galaxy formation. Using the code Ramses, I performed a zoom-in simulation and extracted the results for a particular accreting IGF into a halo of ∼ 3 10^11 Msun at z ∼ 2. I investigate the gas thermodynamics and structuration, along and across the filament, with respect to dark matter. I study several key quantities as they evolve along the filament and derive a refined paradigm to study filaments, as well as consequences regarding their fate after entering a halo. I finally make use of these results to extrapolate gas processes that the simulation may not have captured accurately.