L'étude de la propagation de la lumière dans les fibres optiques monomodes requiert la prise en compte de plusieurs phénomènes compliqués tels que la dispersion modale de polarisation et l'effet Kerr. Il s'est avéré que l'évolution de l'enveloppe lentement variable du champ électrique est bien décrite par un système couplé d'équations de Schrödinger non linéaires à coefficients aléatoires : l'équation de Manakov PMD. Cette équation fait intervenir différentes échelles dont le ratio est donné par un petit paramètre. La première partie de ce travail consiste à étudier le comportement asymptotique de la solution de l'équation de Manakov PMD lorsque ce petit paramètre tend vers zéro. En généralisant la théorie de l'Approximation-Diffusion au cadre de la dimension infinie, on a montré que la dynamique asymptotique est donnée par une équation aux dérivées partielles stochastiques dirigée par un mouvement brownien de dimension trois. Dans une seconde partie, nous proposons un schéma de différences finies de type Crank Nicolson pour cette équation pour lequel nous obtenons un ordre de convergence en probabilité d'ordre 1/2. La discrétisation du bruit doit être implicite afin d'obtenir un schéma conservatif et stable. Enfin la dernière partie est relative à la simulation numérique de la dispersion modale de polarisation et à ses effets sur la propagation et la collision de solitons de Manakov. Dans ce cadre, on propose une méthode de réduction de variance valable pour les équations aux dérivées partielles stochastiques.

Dans une première partie, nous développons la théorie analytique des effets de Haas-van Alphen (oscillations d'aimantation) et Shubnikov-de Haas (oscillations de magnétorésistance) dans les systèmes électroniques quasi-bidimensionnels, qui sont constitués de couches très bonnes conductrices avec une faible dispersion des quasi-particules entre les plans. Nous montrons que l'application d'un champ magnétique perpendiculairement aux couches a pour effet de réduire la dimensionnalité apparente du système. A fort champ magnétique, le comportement des oscillations d'aimantation est proche de celui d'un gaz d'électrons bidimensionnel. Nous étudions en détail l'influence des oscillations du potentiel chimique sur la forme des oscillations de Haas-van Alphen en présence d'une ou de plusieurs bandes d'états au niveau de Fermi. Nous dérivons également une expression pour les oscillations d'aimantation dans l'état mixte supraconducteur. Nous calculons enfin les oscillations de la magnétorésistance longitudinale dans le cadre de la théorie du transport quantique pour un modèle d'impuretés ponctuelles. A fort champ magnétique nous trouvons des oscillations géantes avec un comportement thermiquement activé des maxima de résistance.<br /><br />Dans une deuxième partie, nous étudions les propriétés de l'état mixte dans le supraconducteur non-conventionnel UPt3 pour un champ magnétique parallèle à l'axe hexagonal du cristal principalement dans le cadre des modèles théoriques d'un état supraconducteur à deux composantes couplé avec un champ briseur de symétrie. Nous examinons la structure du réseau de vortex dans la phase A de UPt3 à partir de considérations de symétrie et de l'approximation locale de London, et montrons que seul l'état supraconducteur de symétrie E2u peut rendre compte des observations expérimentales. Nous mettons également en évidence que la transition entre les phases mixtes A et B est plutôt un crossover qu'une transition de phase du second ordre à cause de la présence de termes de gradients de mélange dans l'expression de l'énergie libre de Ginzburg-Landau. Enfin, nous démontrons que la dépendance de la pente du second champ critique au niveau de la température critique en fonction du taux d'impuretés n'est pas sensible à la symétrie de l'état supraconducteur.

Etudes phénoménologiques des modèles et théories au-delà du Modèle Standard auprès de collisionneurs actuels et futurs.<br /><br />Etude de l'énergie noire et de l'extraction des paramètres cosmologiques à partir de différentes sondes cosmiques.

Le présent travail porte sur l'évolution morphologique d'un matériau en phase solide lorsqu'une diffusion des atomes en surface est considérée. Cette problématique, s'axant principalement sur le démouillage et l'agglomération de films minces, est rencontrée en microélectronique mais reste générique en métallurgie et en microtechnologie.<br /><br />La première partie présente, par l'expérience et la simulation, l'agglomération de films minces non contraints de silicium sur dioxyde de silicium. La ligne triple d'équilibre entre le film, le substrat et le gaz environnant, ainsi que les effets d'anisotropie apparaissent comme des paramètres prépondérants de l'évolution morphologique.<br /><br />Dans la seconde partie, portant sur les films minces contraints de silicium, l'agglomération suivant les directions des dislocations a été expérimentalement observée et la dynamique de telles surfaces à été étudiée numériquement pour mettre en évidence la non-linéarité des instabilités liées à la contrainte élastique. Une forme d'équilibre nouvelle, où le film contraint n'est ni plan ni aggloméré, est mise en évidence.<br /><br />La troisième partie ouvre la problématique de la diffusion de surface à des systèmes autres que des films minces notamment aux nanofils et aux microcavités où des géométries particulières peuvent être obtenues, conduisant à des procédés de fabrication et à des dispositifs innovants.

Nous étudions la densité de niveaux du problème à N-corps (rho_MB) pour des gaz de fermions et de bosons en fonction de la température et du nombre de particules. Nous avons discuté des termes correctifs dus aux effets de nombre fini de particules : alors que le cas des bosons est très riche, il semble qu'un seul comportement apparaisse pour des fermions. Une expression semiclassique de rho_MB pour deux types de particules avec un moment angulaire a été proposé. Celle-ci se compose d'une partie lisse provenant de la méthode du point de col avec des termes correctifs dus au développement de l'expression exacte du nombre de partition pour deux types de particules, et d'une partie oscillante issue des fluctuations de la densité de niveaux à une particule. Une étude numérique pour valider notre modèle a été menée. Dans le cas du noyau atomique, la partie oscillante de rho_MB est contrôlée par un facteur de température qui dépend de la dynamique du système (chaotique ou intégrable) et de la partie oscillante de l'énergie du fondamental. Nous donnons alors l'expression générale de la valeur moyenne de l'énergie pour des potentiels fixes. Le cas auto-cohérent est abordé via l'oscillateur harmonique à trois dimensions (HO3D). L'homologue bosonique de la partie oscillante de rho_MB à basse température a été discuté pour des billards et pour le HO3D isotrope. Dans ce cas il n'y a plus d'oscillation, mais une correction en loi d'échelle. Dans le cas de HO3D isotrope, ces corrections sont de l'ordre de la partie lisse. Dans la limite haute température, nous montrons que la partie oscillante de rho_MB est exponentiellement négligeable comparée au terme lisse.

Cette thèse propose une approche, par les méthodes du groupe de renormalisation non perturbatif, des phénomènes critiques dans les systèmes hors de l'équilibre. Ce travail se scinde en deux parties. La première présente une analyse méthodologique des propriétés de convergence et de précision des approximations les plus couramment utilisées dans ce formalisme : le développement en dérivées et le développement en champ. La seconde partie est consacrée à l'exploration des processus de réaction-diffusion. D'une part, est apportée la première détermination analytique en toute dimension des exposants critiques (universels) caractérisant la classe d'universalité de la percolation dirigée. D'autre part, le diagramme de phase complet des marches aléatoires avec branchement et annihilation impaires est établi et confirmé par des simulations numériques. Cette analyse révèle des effets non perturbatifs qui modifient qualitativement les propriétés (non universelles) communément admises de ce diagramme --- issues des théories de perturbation.

Composite metamaterials are periodic metal-dielectric structures operating at wavelengths larger than the structure period. If properly designed these structures behave as homogeneous media described by effective permittivity and permeability parameters. These effective parameters can be designed to take values in domains that are not available in naturally occurring media; notably it is possible to design composite metamaterials with simultaneously negative permittivity and permeability, or, in other words, with a negative refractive index. However, in many experimental or numerical studies it is far from obvious that the use of a homogeneous model is justified for a given structure at a given wavelength. This issue is often glossed over in the literature. <br />In this work I take a detailed look at the fundamental assumptions on which effective medium models rely and put forward a method for determining frequency domains where a given structure may or may not be accurately described by homogeneous effective medium parameters. This work opens the door to a more detailed understanding of the transition between homogeneous and inhomogeneous behavior in composite metamaterials, in particular by introducing the novel notions of custom made effective medium model, and of meta-photonic crystal.

Ce travail se divise en deux parties : la première concerne l'étude des structures périodiques planaires associées aux antennes et la seconde, les structures périodiques conformes. Même si la première partie est un sujet étudié depuis plusieurs années, cette thèse apporte une analyse nouvelle (source placée à l'intérieur de la structure, méthode basée sur la théorie des réseaux...) et de nouveaux résultats (lieux de résonance et extrema, obtention de structures avec la dualité des bandes interdites et propagées, adaptation d'une antenne insérée dans une structure périodique planaire, ouverture angulaire en fonction de la fréquence...). Les structures périodiques conformes sont par contre nouvelles. Il est fait une étude systématique de ces structures. L'application principale de la thèse est un projet RNRT dont l'objectif est de réaliser des antennes pour station de base GSM-UMTS. Une antenne utilisant une structure périodique conforme et répondant au cahier des charges, a été conçue.

I. L'équation décrivant la dynamique des ondes courtes à la surface d'un fluide après une réduction de Green-Naghdi des équations d'Euler se trouve être un nouveau système intégrable exhibant des propriétés remarquables. Une relation insoupçonnée avec le modèle de sine-Gordon, au travers de transformations impliquant une quantité conservée, nous permet en effet d'obtenir des solutions singulières et multivaluées pour la nouvelle équation intégrable et, par la suite, d'en construire une description en termes du Lagrangien d'un champ relativiste. L'existence de modèles très similaires au système hydrodynamique et partageant les mêmes propriétés nous pousse à rechercher les conditions d'apparition d'une telle relation dans un cadre plus général puis à construire un modèle non relativiste mélangeant deux des équations obtenues auparavant. Cette partie se clôt sur une étude aux premiers ordres quantiques des effets de ces transformations responsables de l'apparition de champs relativistes multivalués.<br />II. Dans l'optique d'arriver à une théorie cohérente décrivant des champs de spin élevé en interaction, nous présentons dans la seconde partie une construction, basée sur la théorie des champs de cordes, qui mélange tous les niveaux de spin. Grâce à des contraintes d'hermiticité, on détermine dans un premier temps les éléments d'un groupe de jauge et leur loi de composition. Les champs de jauge sont choisis comme la représentation adjointe du groupe puis modifiés pour se rapprocher des définitions usuelles. Finalement, l'étude du spin 3 nécessite l'introduction de champs auxiliaires qui nous permettent d'obtenir un Lagrangien pour le champ de spin 2 massif en généralisant une méthode introduite par Veltman dans le cas de Yang-Mills.

Nous ne pouvons ni prévoir, ni lutter contre un séisme. Nous ne pouvons que tenter de limiter les dégâts et désastres humains qu'ils occasionnent au sein des zones urbaines. Celles-ci, pour des raisons purement pratiques (culture et eau) sont souvent construites sur des bassins sédimentaires ou lacustres. Or, ces sites, de part les caractéristiques physiques de leur sous-sol, sont parmi les plus dangereux lorsqu'un séisme les touche (Mexico en 1985, Izmit en 1999...).<br />La compréhension des mécanismes et phénomènes mis en jeu constitue la première étape pour l'élaboration de moyens d'action visant à limiter les effets des séismes en zone urbaine. Ceux-ci peuvent être classés en deux catégories principales qui vont interagir fortement entre elles. D'une part, les mécanismes et phénomènes liés à "l'histoire" de l'onde touchant le milieu urbain, et d'autre part ceux de l'interaction, au sein de ce milieu urbain, de l'onde incidente et des bâtiments. <br />Nous montrons, analytiquement et numériquement, que l'excitation d'une configuration par une onde plane en incidence verticale ne fournit pas une représentation correcte ni de la réponse, ni des phénomènes lorsque l'épicentre est localisé loin de la ville. A la limite, une telle excitation peut être employée pour l'étude de séismes touchant des villes telle que Nice, mais en aucun cas pour celle de séismes touchant des villes comme Mexico. Dans ce second cas, nous montrons que certaines des caractéristiques de la coda étaient présentes avant l'entrée dans la ville et que ces caractéristiques sont dues à l'excitation des modes réels de la configuration sur un parcours régional.<br />Nous dégageons ensuite, toujours analytiquement et numériquement, les mécanismes majeurs de l'interaction de cette onde avec les bâtiments qui induisent une modification notable du champ de déplacement dans la ville, conduisant un effet encore plus dévastateur (surtout dans le cas des mouvements anti-plans).<br />Cette étude constitue une preuve analytique de l'importance et de la complémentarité de ces deux classes de mécanismes dans la compréhension des phénomènes qui, nous l'espérons, un jour se traduira par des actions concrètes sur l'urbanisme, de façon à compléter les mesures déjà mises en oeuvre pour limiter les dégâts et désastres humains lors d'un sisme.