Le sujet de la thèse porte sur l'étude d'une nouvelle classe de modèles de transport quantique: les modèles fluides quantiques issus du principe de minimisation d'entropie. Ces modèles ont été dérivés dans deux articles publiés en 2003 et 2005 par Degond, Méhats et Ringhofer dans Journal of Statistical Physics en adaptant au cadre de la théorie quantique la méthode des moments développée par Levermore dans le cadre classique. Cette méthode consiste à prendre les moments de l'équation de Liouville quantique et à fermer ce système par un équilibre local (ou Maxwellienne quantique) défini comme minimiseur d'une certaine entropie quantique sous contrainte de conservation de certaines quantités physiques comme la masse, le courant, et l'énergie. Le principal intérêt des modèles quantiques ainsi obtenus provient du fait qu'étant macroscopiques, ils sont biens moins coûteux numériquement que des modèles microscopiques comme l'équation de Schrödinger ou l'équation de Wigner, et de plus, ils prennent en compte implicitement des effets de collision bien plus difficiles à modéliser à un niveau microscopique. Le but de cette thèse est donc de proposer des méthodes numériques pour implémenter ces modèles et de les tester sur des dispositifs physiques adéquats.<br />Nous avons donc commencé dans le chapitre I par proposer une discrétisation du plus simple de ces modèles qu'est le modèle de Dérive-Diffusion Quantique sur un domaine fermé. Puis nous avons décidé dans le chapitre II et III d'appliquer ce modèle au transport d'électrons dans les semiconducteurs en choisissant comme dispositif ouvert la diode à effet tunnel résonnant. Ensuite nous nous sommes intéressés au chapitre IV à l'étude et l'implémentation du modèle d'Euler Quantique Isotherme, avant de s'attaquer aux modèles non isothermes dans le chapitre V avec l'étude des modèles d'Hydrodynamique Quantique et de Transport d'Énergie Quantique. Enfin, le chapitre VI s'intéresse à un problème un petit peu différent en proposant un schéma asymptotiquement stable dans la limite semi-classique pour l'équation de Schrödinger écrite dans sa formulation fluide: le système de Madelung.

Cette thèse a pour objet l'étude des patrons de biodiversité et des processus qui la soustendent au sein d'un écosystème marin remarquable : les forêts de laminaires. L'originalité de ce travail a été de caractériser les variations spatio-temporelles de la biodiversité conjointement à deux niveaux de diversité intra et inter-spécifique. La diversité génétique des populations des deux espèces soeurs Laminaria digitata et Laminaria hyperborea, et la diversité spécifique des macroalgues vivant sous leur canopée ont été étudiées à l'échelle de la Bretagne, dans l'espace, à différents niveaux hiérarchiques (sur 500 km de côte), et dans le temps, à l'échelle des saisons et des deux dernières décennies. Les résultats obtenus révèlent que les populations de L. digitata, occupant la marge inférieure de l'intertidal, sont moins diverses et plus structurées que celles de l'espèce subtidale : L. hyperborea. De la même manière, les communautés algales en sous strate de L. digitata sont moins diverses et plus structurées que celles associées à L. hyperborea. Ces deux observations s'expliqueraient en partie par une dispersion plus importante en zone subtidale qu'en zone intertidale. Nos résultats démontrent qu'à l'échelle du littoral breton, il existe une mosaïque de conditions abiotiques avec des caractéristiques spatio-temporelles contrastées, et que cette variabilité permet d'expliquer certaines différences dans les patrons de diversité. Ainsi, les deux régions de la baie de Morlaix et de la mer d'Iroise forment " une poche d'eau froide " caractérisée par une faible amplitude des températures à la fois saisonnières et annuelles et apparaissent comme relativement peu impactées par le changement global par rapport aux autres régions étudiées. Les niveaux de diversité et de connectivité y sont forts aussi bien pour les mesures de diversités intra et inter-spécifiques et pour les deux espèces cibles. Inversement, la baie de St Malo, montre les niveaux de diversités et de connectivités génétique et spécifique les plus faibles aussi bien pour L. digitata que pour L. hyperborea alors que c'est la région étudiée qui révèle les plus fortes amplitudes saisonnières de températures des eaux de surface, cette variabilité s'accentuant nettement au cours des deux dernières décennies. Les patrons de diversités en Bretagne Sud, où les eaux sont les plus chaudes, diffèrent selon l'espèce cible (L. digitata s'y trouve en limite d'aire) et/ou le niveau de diversité considéré. En conclusion, nos résultats montrent qu'il existe une mosaïque d'environnements différents à une échelle spatiale (10 à 250 km) qui n'est souvent pas prise en compte dans les modèles de niches écologiques prédisant les changements de biodiversité. De plus, les corrélations entre les patrons spatiaux de diversité génétique et spécifique (SGDC) sont généralement positives, bien que leur force et leur significativité varient dans l'espace et/ou selon l'espèce cible considérée.

Avec le développement actuel des nano-technologies, la demande en matière d'étude du comportement des matériaux à des échelles micro ou nanoscopique ne cesse d'augmenter. Pour la mesure de forme ou de déformation tridimensionnelles à ces échelles de grandeur, l'acquisition d'images à partir d'un Microscope Électronique à Balayage (MEB) couplée à l'analyse par corrélation d'images numériques s'est avérée une technique intéressante. Cependant, un MEB est un outil conçu essentiellement pour de la visualisation et son utilisation pour des mesures tridimensionnelles précises pose un certain nombre de difficultés comme par exemple le calibrage du système et la correction des fortes distorsions (spatiales et temporelles) présentes dans les images. De plus, le MEB ne possède qu'un seul capteur et les informations tridimensionnelles souhaitées ne peuvent pas être obtenues par une approche classique de type stéréovision. Cependant, l'échantillon à analyser étant monté sur un support orientable, des images peuvent être acquises sous différents points de vue, ce qui permet une reconstruction tridimensionnelle en utilisant le principe de vidéogrammétrie pour retrouver à partir des seules images les mouvements inconnus du porte-échantillon.<br /><br />La thèse met l'accent sur la nouvelle technique de calibrage et de correction des distorsions développée car c'est une contribution majeure pour la précision de la mesure de forme et de déformations 3D aux échelles de grandeur étudiées. Elle prouve que, contrairement aux travaux précédents, la prise en compte de la dérive temporelle et des distorsions spatiales d'images est indispensable pour obtenir une précision de mesure suffisante. Les principes permettant la mesure de forme par vidéogrammétrie et le calcul de déformations 2D et 3D sont aussi présentés en détails. Dans le but de valider nos travaux et démontrer en particulier la précision de mesure obtenue, des résultats expérimentaux issus de différentes applications sont présentés tout au long de la thèse. Enfin, un logiciel rassemblant différentes applications de vision par ordinateur a été developpé.

Cette thèse est une étude théorique et expérimentale de la mise en forme et de la caractérisation d'impulsions ultra-courtes ainsi que de leur utilisation pour le contrôle cohérent de systèmes simples.<br />Dans un premier temps, nous présentons la conception et la fabrication d'un façonneur haute résolution pour des impulsions infrarouges. Nous détaillerons les étapes de réalisation de ce dernier ainsi que ses caractéristiques novatrices. Enfin, les limitations de ce dispositif ainsi que les résultats obtenus seront présentés et discutés. Dans un deuxième temps, nous utilisons ce façonneur dans des expériences de contrôle cohérent sur l'atome de rubidium. Ces expériences reposent sur le contrôle du comportement transitoire d'un atome lors de son interaction avec une impulsion résonnante. Nous rappellerons tout d'abord l'origine de ce comportement transitoire, appelé transitoire cohérent, ainsi que sa première mise en évidence expérimentale. Nous présenterons aussi différentes expériences visant à manipuler ce transitoire cohérent en modifiant la forme des impulsions interagissant avec l'atome. Puis, nous verrons comment manipuler différents transitoires cohérents pour reconstruire la fonction d'onde atomique transitoire. Cette technique dite de spirographe atomique a permis la reconstruction de la fonction d'onde de l'atome soumis à différentes impulsions de contrôle. Nous présenterons ces reconstructions et discuterons de leur domaine de validité ainsi que de leur lien avec d'autres techniques de mesure de fonctions d'onde. Nous présenterons ensuite une technique de caractérisation complète d'impulsions ultra-courtes directement dérivée du spirographe atomique. Cette caractérisation par transitoires cohérents permet de mesurer l'impulsion (les impulsions en fait) interagissant avec l'atome. Elle présente des caractéristiques assez inhabituelles que nous détaillerons. Nous présenterons les différentes mesures expérimentales réalisées et discuterons des perspectives qu'ouvre cette technique de mesure.

Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la mise en forme et de la caractérisation d'impulsions courtes dans l'ultraviolet ainsi que l'utilisation du façonnage pour le contrôle cohérent de systèmes simples. Trois grandes directions ont été suivies, dans un premier temps, nous présentons les caractéristiques et le fonctionnement d'un filtre dispersif acousto-optique programmable et son utilisation pour produire des impulsions femtosecondes de profil temporel arbitraire dans le domaine ultraviolet. Les limitations de ce dispositif ainsi que les résultats obtenus sont ensuite présentés et discutés. Dans un deuxième temps, un autre façonneur dans l'infrarouge est utilisé pour montrer comment le contrôle cohérent de paquet d'ondes atomiques, moléculaires ou optiques permet la factorisation de grands nombres par l'utilisation d'une somme de Gauss. Une étude théorique en est faite ainsi que des expériences où un nombre de 13 chiffres est factorisé. Cette technique est comparée à la factorisation quantique utilisant l'algorithme de Shor. Enfin, des schémas de contrôle, utilisant ce même façonneur, ont été mis en oeuvre avec succès sur l'atome de rubidium. Ces expériences, de type pompe-sonde, reposent sur le contrôle et la mesure de la dynamique d'un atome lors de son interaction avec une impulsion laser courte. La théorie et une expérience de contrôle du régime transitoire, que nous appelons transitoire cohérent, sont présentés. Le rôle de la sonde, dans le processus de mesure, est mis en avant et nous montrons qu'elle n'a pas un rôle limité à la mesure mais participe activement à la dynamique globale du système. Celui-ci est modélisé par une transition à deux photons sur un système à deux, trois. . . niveaux électroniques. Cette expérience nous amène à considérer l'absorption à deux photons, cas particulier des systèmes précédents. Nous en introduisons alors les bases et les expériences clés de son contrôle. Puis, la discussion nous amène au contrôle de la précession de Spin-Orbite, liée à l'excitation d'un doublet de structure fine de l'atome de rubidium. Finalement, une application du façonnage à la production de molécules froides vibrationnelles est présentée.

Cette thèse porte sur une série d'études technologiques et d'applications physiques dans les domaines de la dynamique ultrarapide et contrôle cohérent. Du point de vue technologique, nous avons effectué une étude approfondie de couplage spatio-temporel induit par l'interaction de l'onde optique avec une onde acoustique au sein d'un cristal non linéaire pour le façonnage de l'impulsion laser ultra courte. Cette étude a été menée en utilisant des techniques interférométriques. Ces effets bien connus dans les façonneurs d'impulsions utilisant une ligne 4f n'avaient jamais été mesurés dans ce type façonneur. Nos résultats ont été les premiers à les démontrer, les quantifier et les expliquer. Du point de vue du contrôle, nous avons mis en évidence des résultats très intéressants concernant la refocalisation temporelle d'une impulsion large bande fortement perturbée par un milieu multi-diffusif (i.e. l'analogue temporel de speckle spatiale). Pour cela nous avons d'eveloppé une mesure résolue spatialement de la phase spectrale de l'impulsion déformée suivie par une rétroaction en boucle ouverte permettant la correction en temps réelle de la phase grâce à un façonneur d'impulsions: en raison de la linéarité du processus de diffusion, cette compensation a permis de réaliser la recompression d'une impulsion laser en sortie de l''echantillon en un point donné (localisation spatiale) . Cela a suscité beaucoup d'intérêts parmi les collègues pour diverses applications telles que l'imagerie biologique ou pour des développements utilisant l'optique quantique.

Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la manipulation cohérente de systèmes atomiques et moléculaires avec des impulsions mises en forme.<br />Dans un premier temps, nous présentons plusieurs expériences de manipulation de transitoires cohérents dans le rubidium. Ces transitoires cohérents apparaissent lorsqu'on excite un système à deux niveaux avec une impulsion à dérive de fréquence en champ faible, et se traduisent par des oscillations dans la population de l'état excité. Pour une impulsion très étirée, nous montrons qu'un saut de phase dans le domaine spectral modifie la phase des oscillations. Puis, en nous appuyant sur une analogie avec la diffraction de Fresnel, nous concevons une impulsion à dérive de fréquence d'amplitude fortement modulée, permettant de supprimer les contributions destructives au transfert de population.<br />Dans une deuxième série d'expériences, nous nous intéressons aux interférences de chemins quantiques dans les transitions à deux photons induites par des impulsions à dérive de fréquence. Du fait de la grande largeur spectrale des impulsions ultracourtes, les chemins d'excitation séquentiel et direct contribuent au transfert de population dans l'état excité. Les oscillations provenant de l'interférence entre ces différents chemins d'excitation sont observées dans le sodium atomique. De plus, nous montrons qu'elles sont observables quel que soit le signe de la dérive de fréquence.<br />D'un point de vue théorique, nous étudions le contrôle de la prédissociation d'une molécule diatomique modèle : NaI. La prédissociation conduit à l'observation d'interférences d'ondes de matière dans la distribution des fragments. Nous montrons dans un premier temps qu'il est possible d'observer ces interférences en sondant la molécule avec une impulsion judicieusement choisie. Puis, en utilisant une séquence d'impulsions de contrôle induisant une transition entre deux niveaux électroniques de la molécule, nous mettons en évidence la possibilité de manipuler la distribution énergétique des fragments.

Les littoraux sableux sont des milieux très dynamiques à toutes les échelles de temps et d'espace. De nos jours, ils constituent une zone d'importance stratégique pour l'humanité du fait de son fort poids économique et démographique. Cette thèse a pour objectif d'étudier la morphodynamique de l'avant-côte de la région Languedoc-Roussillon (Méditerranée) à l'échelle pluri-décennale à séculaire. Ce travail est rendu possible par l'utilisation d'un LiDAR topo-bathymétrique aéroporté capable de cartographier de vastes étendues. Les résultats de ce travail montrent qu'il existe une grande variété d'états de plage et de morphologies de barres d'avant-côte. L'organisation de ces états est principalement contrôlée par les caractéristiques sédimentaires, les conditions d'agitation et le contexte géologique. Le budget sédimentaire de l'avant-côte a été étudié à l'échelle séculaire et montre un déficit global de plus de 26 millions de m3 de sédiments. La dynamique des barres d'avant-côte a été analysée à l'échelle pluridécennale et montre la présence et l'implication de barre d'avant-côte légèrement oblique dans le processus de Net Offshore Migration. Enfin, cette thèse a également mis en avant l'influence des activités anthropiques sur le comportement général de l'avant-côte à l'échelle régionale.

Le suivi de la déformation de la croûte terrestre durant la phase intersismique pour la recherche des transitoires nécessite des instruments précis capables d'opérer pour de très longues durées. Le projet ANR-LINES a visé le développement de trois nouveaux instruments : un sismomètre mono-axial, un inclinomètre hydrostatique à longue base et un inclinomètre de forage pendulaire. Ces trois instruments profitent d'un capteur interférométrique de déplacement à longues fibres optiques du type Fabry-Pérot Extrinsèque (EFFPI). Leurs architectures mécaniques et l'utilisation de longues fibres permettent à ces instruments géophysiques nouvellement fabriqués d'atteindre les objectifs fixés. Le premier objectif de cette étude est de proposer des méthodes adaptées à l'estimation de la phase du chemin optique dans les cavités Fabry-Pérot. Une modulation du courant de la diode laser, suivie par une démodulation homodyne du signal d'interférence et un filtre de Kalman permettent de déterminer la phase en temps réel. Les résultats sont convaincants pour des mesures de courtes durées mais exigent des solutions complémentaires pour se prémunir des effets de la variation des phénomènes environnementaux. Le capteur EFFPI intégré dans l'inclinomètre de forage LINES lui offre l'opportunité d'établir une mesure différentielle de l'oscillation de la masselotte pendulée grâce à trois cavités Fabry-Pérot. Le sismomètre LINES utilise lui aussi le capteur de déplacement EFFPI pour la mesure du déplacement de sa bobine. Une description de l'architecture mécanique de ces instruments et une analyse des phénomènes détectés (mouvements lents, marées, séismes, microséismes . . . ) font partie de cette thèse.

Ce mémoire de thèse traite du contrôle et de la mise en forme des fronts de phase et d'énergie d'impulsions lasers brèves ultra-intenses. La première partie est consacrée à la conception et la réalisation d'une boucle d'optique adaptative pour la correction des distorsions de surface d'onde sur la chaîne laser de puissance 100 Térawatts du Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses. Cette boucle repose sur l'utilisation d'un dispositif à cristaux liquides comme modulateur de phase et d'un interféromètre à décalage comme senseur de front d'onde. L'association de ces deux dispositifs a permis la construction d'un système innovant de mesure et mise en forme de la surface d'onde d'impulsions lasers ultra-intenses. Il est démontré qu'il permet de corriger une surface d'onde présentant d'importantes distorsions et ainsi améliorer grandement la qualité de focalisation de faisceaux lasers. Cette boucle d'optique adaptative a été testée avec succès sur la chaîne 100 Térawatts et une correction de la surface d'onde de l'ordre de 60% a ainsi pu être démontrée. La seconde partie du mémoire traite de la mise en forme d'une impulsion laser inhomogène brève permettant le pompage du milieu à gain (un plasma) d'un laser à rayons X. L'idée consiste à jouer sur le parallélisme du système de compression d'impulsions utilisé en fin de chaîne 100 Térawatts. Un modèle expliquant la génération d'une impulsion inhomogène laser brève à l'aide de ce compresseur à réseaux de diffraction est développé. Une campagne expérimentale Laser X a notamment permis de valider les prédictions théoriques annoncées par ce modèle et a montré la nécessité d'utiliser une telle impulsion inhomogène afin d'obtenir une émission laser X lorsque le pompage s'effectue par impulsion brève.