Cette thèse présente des résultats obtenus par des méthodes originales sur les nuages d'atomes ultra-froids au voisinage de la condensation de Bose-Einstein. Les atomes qui constituent les nuages utilisés dans ces expériences sont particuliers du fait de leur métastabilité. Plus précisément, ce sont des atomes d'hélium métastable. Grâce à l'énergie interne qu'ils possèdent, ces atomes peuvent être détectés électroniquement de façon efficace par une galette de micro-canaux. L'utilisation de l'hélium métastable pour l'étude de la dégénérescence quantique est également particulière du fait de la présence de collisions ionisantes au sein de l'échantillon atomique. Les ions He+ créés lors d'une collision inélastique peuvent être détectés ''en temps réel", ce qui constitue un diagnostic nouveau et intéressant. En particulier, il est possible d'identifier très précisément le seuil de condensation de Bose-Einstein, c'est-à-dire le moment où commencent à s'accumuler les atomes dans l'état quantique fondamental. L'avantage d'utiliser le taux d'ions comme outil d'observation est sa nature ''non-invasive". Contrairement à la technique d'observation habituelle qui exige que les atomes soient lâchés du piège pour permettre leur observation, la mesure du taux d'ions produits par l'échantillon ne change en rien le comportement naturel du nuage. En utilisant cette méthode de diagnostic originale, une mesure des paramètres collisionnels régissant le comportement du nuage a été obtenue : constantes de collisions ionisantes et longueur de diffusion de l'atome d'hélium métastable.

La colonie d'abeille (Apis mellifera L.) est une société complexe où les individus interagissent entre eux, notamment par le biais de phéromones. L'étude de cette communication chimique est indispensable à la compréhension des régulations sociales mises en place dans la colonie. Chez l'abeille, plus de 50 substances chimiques avec des effets incitateurs ou modificateurs sur la colonie ont été identifiées. Malgré ces découvertes, de nombreux travaux sont à accomplir pour mieux comprendre ce système de communication particulier.La problématique de cette thèse vise à caractériser l'histoire de vie d'une phéromone majeure l'Oléate d'Ethyle (EO), qui permet d'optimiser l'équilibre nourrices / butineuses dans la colonie. Parallèlement, d'autres recherches ont été entreprises, notamment l'étude de la communication chimique de la reine et du couvain, chez qui seulement deux phéromones ont été identifiées avec des effets pléiotropiques dans la colonie.Nos résultats ont mis en évidence une production variable d'EO par les ouvrières, en fonction de l'environnement de la colonie. La production de cette molécule chimique dans la colonie peut également être modifiée par un stress : des abeilles parasitées par du Nosema spp. ont une production anormalement élevée d'EO. En outre, cette molécule phéromonale est transmise des butineuses vers les nourrices par contact cuticulaire et par le pollen.Pour la compréhension de la communication entre la reine et les ouvrières, nos résultats montrent que la reine utilise d'autres composés phéromonaux puissant en redondance de la QMP pour orienter la construction de cire, le phénomène de cour et l'inhibition des ovaires des ouvrières.Chez le couvain, nous avons identifié un composé phéromonal volatil, le E-ß-ocimène, produit majoritairement par les jeunes larves, inhibant le développement des ovaires des ouvrières et accélérant leur maturation comportementale.Ces études nous ont permis d'avoir une connaissance plus précise de la communication chimique au sein de la colonie. Ainsi nous expliquons par deux théories le rôle de la complexité et de la redondance phéromonale de la colonie d'abeilles

L'écoulement de compression peut permettre de caractériser le comportement rhéologique de fluides complexes, notamment en présence de fluides fermes, de fluides de structure fragile, ou de fluides présentant un caractère glissant aux parois. Ce test s'avère complémentaire aux appareils traditionnels de rhéométrie et trouve son intérêt dans la facilité de sa mise en oeuvre et dans la richesse des informations enregistrées au cours d'un essai. Cependant, le caractère non viscosimétrique de l'écoulement induit contribue à complexifier le traitement des données. Nos travaux visent à développer une méthode d'identification inverse du comportement rhéologique fondée sur une approche énergétique de l'écoulement, afin d'identifier les propriétés de fluides homogènes à seuil. Cette approche met en évidence la relation qu'il existe entre les paramètres caractéristiques de l'essai - effort de compression, vitesse, hauteur de l'échantillon -, les paramètres de la loi de comportement du fluide testé et un taux de déformations moyen. Cette relation permet de proposer l'estimation du taux de déformations moyen caractéristique du cisaillement moyen au sein de l'échantillon testé. Cette estimation est réalisée à chaque instant de l'essai en présupposant la forme de la loi de comportement du fluide. Notre choix s'est porté sur un modèle rhéologique simple et général : le modèle de Bingham dont les solutions analytiques des écoulements adhérent et glissant avec frottement sont construites. Le processus d'identification inverse de l'état de contrainte et de taux de déformation équivalent associé à chaque configuration du test est mis en oeuvre sous la forme d'algorithmes intégrant un calcul itératif. De tels algorithmes de calcul ont été développés de façon à construire point par point la courbe d'écoulement caractéristique du comportement apparent du fluide testé en présence d'un écoulement adhérent ainsi que son comportement tribologique dans le cas d'un écoulement glissant avec frottement. Le principe de la méthode inverse, ainsi que les algorithmes de calcul ont été testés et validés dans un premier temps en ayant recours à des données simulées de compression de fluides modèles en écoulement adhérent ou glissant. Dans un deuxième temps, les outils d'analyse ont été appliqués avec succès aux données expérimentales de compression de différents fluides, en étudiant l'influence de la configuration d'essai (tests à rayon et volume constant, variation de la vitesse de compression et de la hauteur de l'échantillon). Ces essais ont été réalisés sur un analyseur de texture commercial dont l'utilisation n'a pu être envisagée qu'après optimisation de son fonctionnement. Les résultats obtenus, confrontés aux données traditionnelles de rhéométrie, montrent la pertinence de la méthode inverse développée et en complètent la validation. Finalement, une optimisation des algorithmes de calcul est proposée.

Les biomatériaux interviennent dans de nombreuses applications médicales. La connaissance de leur évolution une fois implantés dans l'organisme est primordiale pour les améliorer et en créer de nouveaux. Dans cette optique, nous avons réalisé une modélisation à deux dimensions de la transformation d'un biomatériau en os. Pour cette modélisation, nous utilisons la théorie de la percolation. Celle-ci traite de la transmission d'information à travers un milieu où sont distribués un très grand nombre de sites pouvant localement relayer cette information. Nous présentons un modèle de double percolation sites-liens, pour prendre en compte d'une part la vascularisation (et/ou résorption) du biomatériau de l'implant dans un os, et d'autre part sa continuité mécanique. Nous identifions les paramètres pertinents pour d'écrire l'implant et son évolution, qu'ils soient d'origine biologique, chimique ou physique. Les différents phénomènes sont classés suivant deux régimes, percolant ou non-percolant, qui rendent compte des phases avant et après vascularisation de l'implant. Nous avons testé notre simulation en reproduisant les données expérimentales obtenues pour des implants de corail. Nous avons réalisé une étude des différents paramètres de notre modèle, pour déterminer l'influence de ceux-ci sur chaque phase du processus. Cette simulation est aussi adaptable à différents systèmes d'implants. Nous montrons la faisabilité d'une modélisation à trois dimensions en transposant la partie statique de notre simulation.

Les méthodes expérimentales utilisées actuellement pour déterminer la distribution de taille des pores (DTP) dans les milieux poreux présentent des inconvénients, tels que par exemple, la toxicité des fluides employés (porosimétrie à mercure). La base théoriques d'une nouvelle méthode pour obtenir la DTP a été proposée dans la littérature. Celle-ci est fondée sur l'injection de fluides à seuil, caractérisés par une contrainte de cisaillement en deçà de laquelle ils ne s'écoulent pas. L'idée principale de ces travaux théoriques est que l'écoulement de fluides à seuil à travers un milieu poreux permet d'obtenir sa DTP à partir de la mesure des débits correspondant à différents gradients de pression Q(∇P). L'objectif du travail proposé ici est de présenter une nouvelle méthode d'exploitation des données expérimentales Q(∇P) permettant d'obtenir de façon simple, robuste et reproductible les DTPs des milieux poreux analysés. La démarche consiste à évaluer la contribution au débit total des nouveaux pores qui s'incorporent à l'écoulement entre deux valeurs de ∇P. Ces nouveaux pores sont caractérisés par un rayon représentatif qui est fonction de la contrainte seuil du fluide et de ∇P. L'importance de leur contribution au débit total par rapport à celle d'un seul pore donne le nombre de pores dans l'échantillon ayant ce rayon représentatif. Cette méthode est d'abord testée et validée avec des expériences générées numériquement. Ensuite, elle est utilisée pour exploiter des données provenant d'expériences de laboratoire réalisées avec de différents milieux poreux. Les résultats obtenus en termes de DTPs sont comparés avec ceux fournis par d'autres techniques: porosimétrie à mercure et microtomographie.

Le laser à impulsions ultra-courtes constitue un procédé innovant et très avantageux pour la découpe de céramiques piézoélectriques PZT. Grâce à un fort confinement spatiotemporel de l'énergie au cours de l'interaction, ce système minimise les dégâts collatéraux et préserve l'intégrité physique du matériau sur des échelles micrométriques. Néanmoins, une propagation de faisceau mal maîtrisée, associée à des mécanismes d'interaction complexes fonction de la cible irradiée, peuvent impliquer de fortes disparités sur la qualité d'usinage. Dans le cadre d'une application industrielle donnée, ces travaux nous ont donc permis d'approfondir les principales étapes d'optimisation d'un tel procédé selon des critères de reproductibilité, de qualité et de rapidité. Pour cela, nous avons tout d'abord souligné l'influence des propriétés gaussiennes des faisceaux et de leur perturbation afin de définir la distribution énergétique au niveau des plans de focalisation. Aussi, la quantification de l'interaction via les critères de seuil et de taux d'ablation, d'incubation et de saturation a contribué à comprendre la réaction du matériau de manière macroscopique. Les problèmes méthodologiques inhérents à leurs calculs ont été mis en évidence et ont permis par la suite d'anticiper les formes d'usinage ainsi que les temps de procédé. Dans un second temps, l'optimisation des paramètres laser s'est appuyée sur des caractérisations aussi bien qualitatives pour l'aspect visuel que quantitatives avec l'estimation de la stoechiométrie et des contraintes résiduelles au niveau des flancs d'usinage. Nous avons en outre tiré profit de la piézoélectricité afin de développer une méthode d'observation in situ de la réponse à l'onde de choc laser contribuant à la compréhension des fissurations apparentes. Nous proposons au terme de ce travail un jeu de paramètres optimal pour la découpe de PZT assurant une bonne répétabilité du procédé tout en minimisant les défauts d'usinage comme la fissuration, les dépôts de surface et les irrégularités de bords. Des essais sur la mise en forme spatio-temporelle de faisceau sont enfin abordés principalement en tant que perspective d'accélération du procédé et encouragent son utilisation pour une future industrialisation

Le parasite Varroa destructor provoque depuis plus de 30 ans la perte de nombreuses colonies à travers le monde. L’utilisation d’acaricides de synthèse s’est avérée inefficace au Canada et ailleurs dans le monde à la suite de la sélection de varroas résistants. Dans ce contexte, il est devenu impératif de trouver de nouveaux moyens pour contrôler cette peste apicole. Ce travail original de recherche a pour but de déterminer les paramètres fondamentaux d’une lutte intégrée contre la varroase fondée sur l’utilisation périodique de différents pesticides organiques (l’acide oxalique, l’acide formique et le thymol) associée à des seuils d’interventions. Les seuils d’intervention ont été déterminés à l’aide de régressions linéaires entre les taux de parasitisme par V. destructor et la formance zootechnique des colonies d’abeilles mellifères (production de miel et force des colonies). Un total de 154 colonies d’abeilles du Centre de recherche en sciences animales de Deschambault (CRSAD) ont été suivies de septembre 2005 à septembre 2006. Les seuils calculés et proposés à la suite de cette recherche sont de 2 varroas par jour (chute naturelle) au début mai, 10 varroas par jour à la fin juillet et de 9 varroas par jour au début septembre. L’efficacité des traitements organiques avec l’acide oxalique (AO), l’acide formique (AF) et le thymol a été vérifiée en mai (avant la première miellée) en juillet (entre deux miellées), en septembre (après la miellée et pendant le nourrissage des colonies) et en novembre (avant l’hivernage). L’acide oxalique a été appliqué en utilisant la méthode d’égouttement (4% d’AO p/v dans un sirop de sucrose 1 :1 p/v). L’acide formique a été appliquée sous forme de MiteAwayII™ (tampon commercial imbibé d’AF 65% v/v placé sur le dessus des cadres à couvain), Mitewipe (tampons Dri-Loc™ 10/15cm imbibés de 35 mL d’AF 65% v/v placés sur le dessus des cadres à couvain) ou Flash (AF 65% coulé directement sur le plateau inférieur d’une colonie, 2 mL par cadre avec abeilles). Le thymol a été appliqué sous forme d’Apiguard™ (gélose contenant 25% de thymol p/v placée sur le dessus des cadres à couvain). Les essais d’efficacité ont été réalisés de 2006 à 2008 sur un total de 170 colonies (98 appartenant au CRSAD et 72 appartenant au privé). Les résultats montrent que les traitements de printemps testés ont une faible efficacité pour le contrôle des varroas qui sont en pleine croissance durant cette période. Un traitement avec l’AF à la mi-été permet de réduire les taux de parasites sous le seuil en septembre mais il y a risque de contaminer la récolte de miel avec des résidus d’AF. Les traitements en septembre avec le MiteAwayII™ suivis par un traitement à l’acide oxalique en novembre (5 mL par égouttement entre chaque cadre avec abeilles, 4% d’AO p/v dans un sirop de sucrose 1 :1 p/v) sont les plus efficaces : ils réduisent les niveaux de varroase sous le seuil de 2 varroas par jour au printemps. Nos résultats montrent également que les traitements réalisés tôt en septembre sont plus efficaces et produisent des colonies plus fortes au printemps comparativement à un traitement réalisé un mois plus tard en octobre. En conclusion, ce travail de recherche démontre qu’il est possible de contenir le développement de la varroase dans les ruchers au Québec en utilisant une méthode de lutte intégrée basée sur une combinaison d’applications d’acaricides organiques associée à des seuils d’intervention. / For nearly 30 years, Varroa destructor has been responsible for the loss of many honey bee colonies around the world. The continued use of synthetic acaricides has resulted in their reduced efficacy against this pest in Canada and in other countries because of the selection of resistant mite populations. With this situation still present, it has become of utmost importance to develop efficient methods to control this apicultural pest. The major goal of this original work is to determine the fundamental parameters underlying the use of an integrated pest management (IPM) strategy against the varroa mite. The IPM strategy developed in this research is based on the periodic use of organic pesticides (oxalic acid, formic acid and thymol) and treatment threshold. Treatment thresholds were determined from linear regressions between the varroa mite levels and the zootechnical performances (honey production and colony strength) of honey bee colonies. A total of 154 honey bee colonies from the livestock of the “Centre de recherche en sciences animales de Deschambault” (CRSAD) were monitored from September 2005 to September 2006. Based on our findings, we propose economic treatment thresholds for three periods in the year: early May, late July and early September that are respectively 2, 10 and 9 varroa mites per day. Efficacy of the various organic treatments: formic acid (FA), oxalic acid (OA) and thymol was evaluated in May (before the first honey flow), in July between two honey flows, in September (after the honey flow and before the fall feeding of colonies) and in November (before wintering). OA was applied using the trickling method (4% OA w/v in a sucrose syrup 1:1 w/v). FA was applied using MiteAwayII™ (pads imbedded with FA 65% v/v placed on top of brood frames), Mitewipe (Dri-Loc™ pads 10/15cm imbedded with 35 mL FA 65% v/v placed on top of brood frames), Flash (FA 65% poured directly on the bottom board of colonies, 2 mL per frame with bees). Thymol was applied using Apiguard™ (gel with 25% de thymol w/v placed on top of the brood frames). Efficacy trials were realised from 2006 to 2008 on a total of 170 colonies (98 from the CRSAD and 72 owned by a commercial beekeeper). Results show that treatments applied in spring give low efficacy on reducing varroa mite populations that are in full growth at this time because of large amounts of brood available for mite reproduction. Application of a FA treatment in mid-summer offers the opportunity to reduce mite populations at the 11 mites per day September threshold but FA summer application is accompanied by a risk of incorporating residues in the harvested honey. Application of MiteAwayII™ in September followed by an oxalic acid treatment in November (trickling method 4% OA w/v in a sucrose syrup 1 :1 w/v, 5 mL between frames with bees) gave the best efficacy results: varroa mite levels are reduced below the 2 mites per day spring threshold. Our results also show that an early September management strategy of colonies for winter preparation (varroa treatment and fall feeding) gives greater varroa control, higher colony winter survival and stronger colonies in spring when compared to a later treatment in October. In conclusion, this work shows that varroa mite control in honey bee colonies in Québec is possible by using an integrated pest management strategy based on the application of a combination of organic acaricides in association with treatment thresholds.

Depuis l'identification par Brown \& Roshko, en 1974, de structures jouant un rôle majeur dans le mélange d'un écoulement turbulent, la recherche de structures cohérentes a été un des principaux axes d'étude en mécanique des fluides.Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans cette voie.La première partie du manuscrit traite ainsi de l'identification de structures cohérentes. Elle se compose de trois chapitres abordant deux techniques d'identification. La Décomposition en mode dynamique (DMD), ainsi que des variantes généralisant son champ applicatif est présenté dans le premier chapitre. Cette méthode propose une représentation par modes spatiaux et temporels d'un ensemble de données. Une méthode pour la sélection de composantes particulièrement représentatives de la dynamique, i.e. présentant de bonnes qualités d'observabilité, se basant sur cette décomposition est également décrite dans ce chapitre.Le deuxième chapitre traite de la détection de structures cohérentes lagrangienne, par suivi de particules. Ces structures permettent d'identifier les frontières matérielles et apportent des éclaircissements sur les mécanismes du mélange au sein de l'écoulement considéré.Ces méthodes sont appliquées, dans le chapitre trois, au cas d'un écoulement incompressible affleurant une cavité ouverte.La seconde partie du manuscrit traite des questions de représentation et discrimination de données scientifiques.Une réponse à la question de la représentation de structures cohérentes a été la mise en place d'outils permettant la visualisation interactive de jeux de données scientifiques, qui dont la présentation fait l'objet du chapitre quatre. En particulier, l'utilisation d'objets tangibles, représentant les données dans le monde réel, permet une exploration plus efficace des ensembles de volumétriques de données scientifiques. La question d'une perception et discrimination efficace de données représentées, e.g. la différentiation entre deux valeurs proches, est abordée dans le cinquième chapitre.

Cette thèse, composée de deux parties, porte sur l’étude d’instabilités au sein d’un milieugranulaire.La première partie de cette thèse est consacrée à l’instabilité de tôle ondulée, c’est-àdirel’apparition d’un motif de rides sur une piste soumise au passage répété de véhicules.Nos travaux expérimentaux ainsi que des simulations numériques de dynamique moléculairenous ont permis de progresser dans la compréhension de ce phénomène. Pour uneroue rigide tirée à vitesse constante, nous avons étudié quantitativement l’impact de lacohésion du milieu granulaire sur les caractéristiques de l’instabilité : vitesse critique, longueurd’onde et taux de croissance. Nous avons enfin entrepris des études préliminairessur un fluide à seuil simple : un microgel de carbopol.Dans la seconde partie, nous étudions la ségrégation granulaire au sein des astéroïdeslâches. Plusieurs indices montrent qu’un grand nombre d’entre eux sont des empilementsde grains, sans cohésion interne et liés par la gravité. Leur répartition n’est pas homogène,avec des zones lisses recouvertes de fines poussières et d’autres où s’accumulent les grosblocs. Nous avons simulé numériquement un empilement granulaire et nous l’avons soumisà des secousses répétées : nous avons réussi à reproduire la ségrégation. Nous avonsétudié l’influence des paramètres physiques et numériques sur le niveau de ségrégation etla dynamique du phénomène. Nous nous sommes aussi intéressés aux phénomènes physiquespouvant causer la ségrégation : convection granulaire, tamisage cinétique, pressionde déplétion, etc. Enfin, nous avons mis en évidence une instabilité azimutale qui peutexpliquer les observations faites pendant les missions spatiales. / This thesis, consisting of two parts, is focusing on instabilities into a granular assembly.The first part deals with washboard road instability, which is the growth of a ripplepattern on a track subjected to repeated passages of vehicles. Our experimental work aswell as soft spheres numerical simulations provide us a better understanding of this phenomenon.In the case of a rigid wheel dragged at constant velocity, we quantitatively studiedthe impact of the cohesion into the granular media on the main features of the instability :critical velocity, wavelength and growth rates. Finally, we have begun preliminary studieson a yield stress fluid, namely a carbopol microgel.The second part is devoted to the granular segregation in asteroids. Several keys showthat a significant part of them are rubble-piles, without internal cohesion and held togetherby their weak self-gravity. The distribution of grains is heterogeneous : while some regionsconsist in fine sand or powder, large boulders seem to accumulate in other parts. Wenumerically simulated a granular pile and subjected it to repeated quakes : we managedto reproduce segregation. We studied the influence of physical and numerical parameterson the segregation level and the dynamics of the phenomenon. We also investigate variouscauses of the segregation : granular convection, kinetic sieving, depletion pressure, etc.Finally, we highlighted an azimuthal segregation which can explain observations duringspatial missions.

Dans le cadre des activités de maintenance des centrales nucléaires, les personnes intervenant sur des chantiers en zone contrôlée doivent effectuer des mesures de contamination surfacique sur leurs outils, gants, sur tenue de travail et sur les parties de leur corps susceptible d’être contaminées (cou et tête par exemple). Or, les mesures de contamination surfacique bêta ne peuvent pas toujours être réalisées au plus près des chantiers. Le bruit de fond gamma présent à ces endroits étant élevé et fluctuant, ce dernier perturbe les appareils utilisés habituellement pour la mesure de contamination surfacique. L’objectif principal de ce travail était de concevoir un appareil de mesure adapté à la détection de contamination surfacique bêta de quelques Bq/cm2 (typiquement < 4 Bq/cm2), dans une ambiance gamma de quelques dizaines de µSv/h (typiquement < 100 µSv/h) et fluctuante (typiquement de l’ordre de 30% en 1 seconde). / In the framework of the nuclear power plants maintenance, the onsite workers incontrolled areas must performed some surface contamination controls of their tools, gloves, workingsuits and over their body parts which may be contaminated (neck and head for instance). However,surface beta contamination measurements can’t always been done as close as possible of the working location. The onsite ambient gamma background, being high and fluctuating, may disturb the radiation protection devices commonly used for surface contamination measurements.The main goal of this work was to conceive a radiation protection device adapted to the betasurface contamination of about a few Bq/cm2 (< 4Bq/cm2 typicaly) in a fluctuating (typicaly 30%variation per second) ambient gamma background of a few μSv/h (typicaly <100 μSv/h).