Les propriétés radiatives sont d'une importance cruciale lors de l'étude des plasmas astrophysiques et de fusion, particulièrement dans des conditions hors équilibre thermodynamique local (hors-ETL). C'est pourquoi nous avons développé un modèle collisionnel-radiatif, capable de calculer les propriétés radiatives en toutes conditions de température et de densité. Nous avons intégré à ce modèle de nouveaux facteurs de Gaunt développés par nous-mêmes. Ces facteurs permettent d'obtenir des sections efficaces des processus atomiques plus précis que les formules classiques et semi-empiriques, nécessaires au calcul des populations atomiques. Ils ont été obtenus en utilisant des méthodes sophistiquées, telles que les méthodes distorted-wave et generelized-line-strength, à l'aide du code FAC. Dans le but de valider nos résultats, nous les avons comparés dans un premier temps, aux calculs de Hill et Rose d'un plasma composé d'un mélange de carbone et de 5% de silicium, dans des conditions ETL et hors-ETL. Les résultats sont très satisfaisants, aussi bien à l'ETL qu'hors-ETL. Nous avons aussi comparé nos résultats à la transmission mesurée par Xiong et al. d'un plasma de silicium à Te = 72 eV et Ne = 1.3 x 10²¹ cm⁻³. Là encore, nous obtenons un bon accord. Cependant, on constate la présence de quelques écarts au niveau du décalage spectral de certaines raies, ainsi que l'absence de certaines transitions. Cette absence peut s'expliquer par certaines configurations électroniques manquantes dans le calcul de structure atomique. Nous nous sommes aussi intéressés à l'absorption d'un mélange de carbone et de 5% de germanium avec un nombre restreint de configurations électroniques. Nous avons exploré l'effet d'interaction de configurations ainsi que l'effet d'un champ radiatif. Nous avons également déduit des lois permettant de calculer rapidement les lois de Planck et de Rosseland. Ces lois concernent pour le moment le carbone, le silicium et le germanium, pour Te entre 250 et 350 eV et Ne entre 2 et 8 x 10²³ cm⁻³. / The radiative properties are of utmost importance when studying astrophysical and ICF plasmas, particularly in non local thermodynamic equilibrium conditions. This is the reason why we have developed a collisional-radiative model that enables us to calculate the radiative properties of plasmas under any temperature and density conditions. We developed and implemented new Gaunt factors to the CR model. These factors greatly improve the precision when calculating the cross sections of the microscopic processes. These cross sections are required to calculate the populations of the atomic levels. We obtained these new factors by using the distorted-wave and generalized line strength methods of the Flexible Atomic Code (FAC).In order to validate our new-developed CR model, we compared our results to those of Hill and Rose, of a plasma composed of carbon and 5% silicon, in LTE and NLTE conditions. We obtained satisfactory results in both conditions. We also compared our results to the experimental transmission measured by Xiong et al., of a pure silicon plasma, with Te = 72 eV et Ne = 1.3 x 10²¹ cm⁻³. Again, we obtained results that are in good agreement with the measured spectrum. However, we noticed some discrepancies in the line shift of some lines, and some missing transitions. This can be explained by the absence of certain electronic configurations in the calculation of the atomic structure with the Cowan atomic code.We also explored the absorption of a plasma composed of carbon and 5% germanium with a restricted number of electronic configurations. We investigated the effect of configuration interaction and the effect of the radiative field. We also developed new laws that predict the Planck and Rosseland mean opacities very quickly. For the time being, these laws work for carbon, silicon and germanium, with Te between 250 and 350 eV, and Ne between entre 2 et 8x10²³ cm⁻³.

Les sections efficaces d'excitation collisionnelle sont des ingrédients essentiels dans la modélisation des propriétés radiatives d'un plasma hors équilibre thermodynamique. Dans le cas où le système électron-ion peut être considéré comme isolé, diverses méthodes quantiques issues de la théorie de la diffusion existent pour traiter correctement ce problème. Dans un plasma dense, on s'attend à ce que les particules voisines perturbent considérablement ces transitions. La modélisation du plasma par l'intermédiaire d'un potentiel perturbateur purement radial à déjà été effectuée, mais elle n'est pas satisfaisante pour les excitations collisionnelles car elle ne parvient à rendre compte ni de la levée de dégénérescence des niveaux ni de ses conséquences. Nous avons levé la "symétrie sphérique" en introduisant le microchamp électrique quasistatique produit par les ions voisins. Cette étude théorique inédite nous a permis de réaliser un code numérique, calculant automatiquement les forces de collision et taux collisionnels d'ions complexes de manière précise (Distorted Waves) en présence d'un microchamp reproduisant fidèlement la réalité. Nous avons appliqué cette étude au cas de l'Aluminium hydrogénoïde et héliumoïde. La prise en compte du microchamp électrique sur les sections efficaces d'excitation collisionnelle fait apparaître notablement les transitions issues d'états de moment angulaire élevé. En particulier, les sections efficaces de transitions interdites en l'absence de microchamp augmentent de plusieurs ordres de grandeur en sa présence et deviennent de l'ordre de celles des transitions autorisées. Nous avons, en outre, réalisé un code collisionnel-radiatif stationnaire élémentaire pour évaluer l'influence de ces modifications sur les profils de raies correspondants. L'importance de l'effet précédent n'élargit, cependant, que légèrement les raies Lyman beta, gamma et Helium gamma.

L’apparition accidentelle d’un arc électrique dans le système de distribution électrique d’un aéronef peut compromettre la sécurité du vol. Il existe peu de travaux liés à cette problématique.Le but de ce travail est donc d’étudier le comportement d’un arc électrique, en conditions aéronautiques,par des approches théorique, numérique, et expérimentale. Dans ce travail, un modèle MHD de la colonne d’arc à l’ETL a été utilisé, et résolu à l’aide du logiciel commercial comsolMultiphysics. Afin de décrire l’interaction plasma-électrodes, le modèle a dû étendu pour inclure les écarts à l’équilibre près des électrodes. Ces zones ont été prises en compte en considérant la conservation du courant et de l’énergie dans la zone hors-équilibre. L’approche choisie et le développement du modèle ont été détaillés. La validation du modèle dans le cas d’un arc libre a montré un excellent accord avec les résultats numériques et expérimentaux de la littérature.Ce modèle d’arc libre a été étendu au cas de l’arc se propageant entre des électrodes en configuration rails et en géométrie 3D. Une description auto-cohérente du déplacement de l’arc entre les électrodes a été réalisée. La simulation numérique a été faite pour des arcs en régimes DC, pulsé et AC à des pressions atmosphériques et inférieures. Les principales caractéristiques de l’arc ont été analysées et discutées. Les résultats obtenus ont été comparés avec les résultats expérimentaux et ont montré un bon accord.Ce modèle d’arc électrique est capable de prédire le comportement d’un arc de défaut dans des conditions aéronautiques. Des améliorations du modèle sont discutées comme perspectives de ce travail. / The ignition of an electric arc in the electric distribution system of an aircraft can be a serious problem for flight safety. The amount of information on this topic is limited, however. Therefore,the aim of this work is to investigate the electric arc behavior by means of experiment and numerical simulations.The MHD model of the LTE arc column was used and resolved numerically using the commercial software comsol Multiphysics. In order to describe plasma-electride interaction, the model had to be extended to include non-equilibrium effects near the electrodes. These zones were taken into account by means of current and energy conservation in the non-equilibrium layer. The correct matching conditions were developed and are described in the work. Validation of the model in the case of a free burning arc showed excellent agreement between comprehensive models and the experiment.This model was then extended to the case of the electric arc between rail electrodes in a 3D geometry. Due to electromagnetic forces the electric arc displaces along the electrodes. A self-consistent description of this phenomenon was established. The calculation was performed for DC, pulsed and AC current conditions at atmospheric and lower pressures. The main characteristics of the arc were analyzed and discussed. The results obtained were compared with the experimental measurements and showed good agreement.The model of electric arcs between busbar electrodes is able to predict the behavior of a fault arc in aeronautical conditions. Further improvements of the model are discussed as an outlook of the research.

L'analyse des abondances stellaires suppose souvent que les raies spectrales se forment à l'équilibre thermodynamique local (ETL). Cette hypothèse n'est pas toujours appropriée notamment pour les étoiles pauvres en métaux et/ou évoluées. Pour mieux comprendre ces étoiles et appréhender leur rôle dans l'enrichissement chimique de la Galaxie, il est devenu nécessaire d'adopter une description hors ETL (HETL) plus réaliste mais aussi plus complexe à mettre en oeuvre. Mon travail de thèse a consisté à construire des modèles d'atomes à partir des bases de données de physique atomique les plus récentes pour deux éléments α : le magnésium et le calcium. Ils ont un intérêt astrophysique important car ils permettent de caractériser l'enrichissement chimique des populations stellaires. J'ai donc développé un code de construction de modèles d'atomes, FORMATO, pour l'étude des raies spectrales HETL. J'ai utilisé ces modèles pour calculer une grille de corrections HETL à appliquer sur les largeurs équivalentes des principales raies de ces éléments, dont certaines seront observées par la mission Gaia, pour des géantes et des super- géantes. J'ai aussi appliqué ces résultats pour calculer des lois d'assombrissement centre-bord HETL pour le triplet IR du CaII qui ont permis de déterminer, pour la première fois, l'extension chromosphérique de la géante β Cet, grâce à des mesures interférométriques (VEGA@CHARA). Enfin, dans le cadre du Carina Project, j'ai mis en évidence des effets HETL sur l'équilibre d'ionisation du fer (~0,1 dex) dans un échantillon de 44 géantes rouges de la galaxie dSph Carina, en s'appuyant sur une étude comparée des raies du FeI et FeII à l'ETL et HETL.