Les études récentes ont montré qu'il y aurait une forte influence de la matière organique dissoute (MOD) sur la dynamique des écosystèmes aquatiques. En particulier, certaines catégories de MOD ont des propriétés antialgues, susceptibles de réduire la biomasse des espèces de cyanobactéries. Nous avons testé les effets de différentes catégories de matières organiques dissoutes, ainsi que leurs interactions avec la lumière et les nutriments, sur la composition des communautés de phytoplancton lors d'incubations in situ (7 jours). La composition initiale en phytoplancton et les caractéristiques de la matière organique dissoute ont été des facteurs déterminants pour les modifications de la structure des communautés de phytoplancton, lors des incubations. Les résultats de notre étude montrent que la croissance du phytoplancton était fortement dépendante de la disponibilité en nutriments dans la baie Missisquoi en 2007, et que les concentrés d'extrait d'orge et de matière organique naturelle peuvent inhiber la croissance du phytoplancton, particulièrement des espèces de cyanobactéries. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Matière organique dissoute (MOD), Cyanobactérie, Phytoplancton, Incubations, Lac Champlain.

In this thesis, we have dealt with the description of optical properties of materials, with a particular interest in bulk materials. The state-of-the-art of first principle calculations of optical absorption of solids has been represented, up to recently, by the Bethe-Salpeter equation (BSE) approach. The results one can achieve within BSE are in good agreement with experiments and, moreover, the range of applicability of BSE goes well beyond the solids. Absorption spectra of atoms, molecules, clusters or surfaces are usually well described by the Bethe-Salpeter approach. The heaviness of the calculations involved, however, prevents a large-scale application to more complex systems, that are the systems of great interest in material science like, e.g., quantum dots, multi-wall nanotubes, biological molecules or defects in solids. The most prominent alternative to the Bethe-Salpeter approach is the Time Dependent Density Functional Theory, which is density-based and, therefore, could in principle lead to simpler calculations. A widely used approximation to the TDDFT is the adiabatic local density approximation (ALDA). Despite its (partial) success in finite systems the ALDA has led to poor results in the description of optical absorption of solids. The search for an efficient description of optical spectra of solids in TDDFT has become, hence, one of the major problems related to the optical response of a material. In this thesis new inroads have been made in the comprehension of the optical response of a material. Starting from a joint analysis of the BSE approach and the TDDFT framework, it has been possible to calculate the optical spectra of solids, semiconductors and insulators, with the inclusion of the excitonic effects, without solving the BSE but obtaining results of the same precision. To do so, we have derived, or re-derived in a more general way, the most relevant formulas, and implemented them in existing computer codes.7 In order to increase the efficiency and the stability of the calculations, the codes have also been optimized, and, in particular, a linear solver technique has been implemented to avoid all matrix inversions. A large number of calculations for a detailed analysis of the models used and for all hypotheses made, had then to be performed. Finally we have illustrated our findings for bulk silicon, silicon carbide, and solid argon. More in detail, after the theoretical framework, presented in chapters 1-4, • In chapter 5 we have recalled the fact that TDDFT and BSE have the same mathematical structure, and that the response function in both approaches can be written as S = S0 + S0KS whose solution gives the searched absorption or energy loss spectrum. The link between the response of an independent particle (or quasi-particle) system S0 and the full response S is given by the kernel K in this Dyson-like screening equation. The kernel K contains the Coulomb interaction v, which is common to both TDDFT and BSE, and the exchange-correlation (in TDDFT) or electron-hole (BSE) contribution, which is instead different in the two approaches. • The role of the Coulomb potential v has been elucidated in chapter 6. We have discussed its long-range component v0, which is responsible for the difference between the absorption and the electron energy loss spectra in solids. To further illustrate this result, we have shown, analytically and numerically that, in the limit of an isolated system, where the long-range component of the Coulomb interaction is negligible, the absorption and the electron energy-loss (at vanishing momentum transfer) spectra are the same. The microscopic components of the Coulomb interaction, instead, are responsible for the local field effects. • We have then addressed the second term of the kernel K, namely the exchangecorrelation kernel fxc (in TDDFT). The study made in chapter 7 has allowed us to show that simple static approximations for the exchange-correlation kernel fxc can yield spectra of semiconductors and insulators in qualitative agreement with the experiments. • In chapter 8 we have generalized a previously proposed, but never tested, expression for an exchange-correlation kernel fxc, within the time dependent density functional theory framework, which is fully ab initio and parameter-free. We have also investigated the different contributions to the kernel and found out how and when the generalized kernel 0fxc0 works in principle. • In chapter 9 the kernel here developed is applied and tested for two semiconductors, namely bulk silicon and silicon carbide, while • in chapter 10 the kernel is tested for an insulator, taking solid argon as an example. In both semiconductors and insulators the results of the TDDFT (using the kernel developed in chapter 8) and those of BSE are almost indistinguishable. We have hence contributed to the solution of the long-standing problem of how to calculate the absorption spectra of solids, in the framework of TDDFT, without solving the BSE. To have dealt with this problem, has allowed us to address, answer or simply illustrate several questions: ! classical Coulomb (Hartree) contributions play an important role in electronic spectra, and it is worthwhile to discuss their effects before addressing the problems of exchange and correlation. Their short-range and long-range parts are crucial for understanding the link between absorption and energy loss, and the transition between finite and infinite systems. ! satisfactory optical spectra of semiconductors and insulators can be obtained by using very simple models for the electron-hole interaction (in BSE) or for the exchangecorrelation kernel (in TDDFT); these models, of course, depend on parameters that one has to adjust to fit the experiment. However the computational complexity of these calculations is that of the RPA, and one might try to find ways to determine these parameters from first principles; ! to obtain an exchange-correlation kernel from the BSE is not straightforward. However, apart from some counter examples, discussed in chapter 8, in most cases an approximate mapping from one theory (the BSE) to the other (the TDDFT) is possible. A first consequence of the existing difficulties is that the resulting fxc kernel can suffer of convergence problem (requiring a lot of G-vectors or presenting strong fluctuations in frequency). There can also be several possible approximate mappings: an example is reported in chapter 7 where two exchange-correlations kernels, a long-range and an ultra short-range one, give similar (good) results. These two kernels are derived starting from the same model (the contact exciton model) within the BSE; ! an important finding, following the discussions of chapter 8, is that the key quantity of the theory is not the kernel fxc, but fxc multiplied by a response function; ! finally, we are now able to obtain very good results for the optical spectra of solids, well describing both the continuum and bound excitons, within a parameter-free TDDFT framework. Future Developments The thesis focused on the description of optical spectra of solids, in the appealing framework of TDDFT. However the concepts and approaches here developed have to be ex-tended in order to improve their applicability and “workability”. Concerning the latter, we will have to search for the most convenient algorithm to numerically evaluate the proposed expressions. We also plan to take advantage of the fact that, in our formulation, k-points are simply summed over, instead of being the indices of matrices that have to be inverted or diagonalized. Concerning the applications, a short term perspective is to apply the method to the description of the electron energy loss spectra, for which the resonant and anti-resonant part of the response function have to be taken into account. We also plan to study finite systems. Moreover the introduction of the spin degree of freedom could allow to enlarge the target of our study, towards polarised systems, both finite and infinite, also subject to magnetic fields.

Au cours de cette étude, une méthode inédite de fonctionnalisation chimique de la matière lignocellulosique a été développée. Des groupes acyles de taille et de fonctionnalité variées ont ainsi été greffés à l’intérieur du bois, grâce à une réaction de transestérification entre les esters d’énol et les groupes hydroxyles des polymères lignocellulosiques. Les greffages ont été confirmés grâce aux spectroscopies infrarouge et RMN du 13C en phase solide. La stabilité dimensionnelle du bois acétylé à partir de l’acétate de vinyle ainsi que sa résistance aux attaques fongiques a été également évaluée, de même que la photostabilité du bois estérifié à partir des esters de vinyle aromatiques. / Abstract

La matière émergente conçue aujourd'hui dans nos laboratoires est astucieusement efficace : les scientifiques s'inspirent des agencements intelligents que la matière vivante a optimisés au fil des générations ou structurent l'infiniment petit pour atteindre des propriétés jusque-là inimaginables. Alors qu'un art de l'immatériel s'est développé à partir du vingtième siècle, cette nouvelle matérialité renouvelle pour l'art contemporain sa manière d'aborder le l'ancien couple hylémorphique matière/forme. L'artiste sculpte non pas la forme extérieure mais les sous-structures internes de la matière, non pas l'objet mais ses propriétés. Prenant acte de son passage par le monde des idées, la matière se pose comme présence à la fois tangible et immatérielle, matière et matière grise. Une matière « qui a un poids, qui a un cœur », pour reprendre l'expression de Gaston Bachelard et dont le toucher - de l'effleurement poétique à la tactilité contenante, de l'enlacement amoureux à l'écrasement destructeur - peut nous toucher au plus profond. Une substance performeuse, puisque performante et active, dont l'intense présence et la capacité d'étrangéisation du réel éveillent des sentiments esthétiques d'une grande richesse. Elle se fait responsive pour donner corps à des œuvres interactives d'un autre genre, avec lesquelles nous entrons en relation directement par le langage de la matière, sans passer par le numérique. Une matière à penser, puisque notre pensée est d'abord corporelle. Penser par exemple les limites de la matière, à l'aube de notre marche vers le vivant artificiel. / The emerging matter designed nowadays in our laboratories is c1everly effective: scientists reproduce smart arrangements that the living matter has optimized over generations, or they structure the infinitely small to attain previously unimaginable properties. While an immaterial art has developed since the twentieth century, this new materiality in contemporary art renews its way to approach the ancient hylomorphic couple of matter / form. The artist does not sculpt the external form but the internal sub-structures of matter, not the object but its properties. Taking note of its passage through the world of ideas, matter arises both as a tangible and intangible presence, matter and gray matter. A material "which has a weight, which has a heart", in the words of Gaston Bachelard, whose touch - from the poetic caress to the containing tactility, from the embrace of love ta the destructive crushing - can touch us deeply. A performer substance, since it is effective and active, which intense presence and ability to make reality foreign to us arouse very rich aesthetic feelings. It becomes responsive. to embody interactive works of another kind with which we enter into relation directly through the language of matter, bypassing digitality. A matter to be thought of, since our thoughts are originally corporal. Thinking the limits of matter, for example, at the beginning of our process towards artificial life.

Dans cette thèse, nous utilisons le Kicked Rotor, paradigme du chaos quantique, pour d’étudier certains aspects nouveaux de de la physique des systèmes désordonnés. Nous apportons ainsi la première observation expérimentale, avec des ondes de matières atomiques, d’un phénomène lié à la localisation faible qui est l’augmentation de la probabilité de retour à l’origine. Nous montrons également que ce phénomène peut être utilisé comme outil précis de diagnostique de la décohérence dans le système. Nous présentons une nouvelle méthode expérimentale, pour contrôler les propriétés de symétries du Kicked Rotor. Cela nous permet de créer un système désordonné dans lesquel il existe un flux Aharonov-Bohm artificiel non trivial dans une dimension synthétique. Cela nous offre l’opportunité de briser la symétrie par renversement du temps et d’étudier la physique de la localisation d’Anderson dans deux classes d’universalités différentes : la classe orthogonale et la classe unitaire. Nous avons investigué l’effet de cette brisure de symétrie sur les propriétés des systèmes désordonnés 1D en regardant deux signatures du transport quantique.Nous observons ainsi pour la première fois expérimentalement, l’effet de Coherent Forward Scattering, récemment prédit, qui constitue un nouveau marqueur interférientiel de la localisation d’Anderson. Nous mettons en évidence ses signatures caractéristiques et nous trouvons qu’elles sont en très bon accord avec les prédictions théoriques. Enfin, nous réalisons les premières mesures expérimentales des fonctions d’échelles (G), dans les deux classes de symétries et nous démontrons leur universalité. / In this thesis, we use the Kicked Rotor, paradigm of quantum chaos, to study new physical aspects of disordered systems.We thus present the first experimental observation with atomic matter wave of a phenomenon directly linked to weak localization which is the Enhanced Return to the Origin. We show that this effect can be used as a tool to measure accuratly the decoherence in the system. We present a novel, outstandingly simple, experimental method to control symmetry properties of the Kicked Rotor. This allows us to study a disordered system in presence of a non-trivial artificial Aharonov-Bohm flux in a synthetic dimension. This gives us the opportunity to break the time reversal symmetry and then to study the physics of Anderson localization in two different symmetry classes : the orthogonal class and the unitary class. We have investigated the effect of this symmetry breaking on physical properties of 1D disordered systems by looking two signatures of quantum transport. We observe thus experimentally, for the first time, the Coherent Forward Scattering effect, predicted recently and which represents a novel genuine signature of Anderson localization. We show its distinctive signatures and a good agreement with theoretical predictions. Finally, we realise the first experimental measurements of the (G) scaling function, characteristic of transport in disordered medium, in two symmetry classes and we demonstrate their universality.

Le devenir des anciens sites miniers est un sujet de préoccupation sociétale. Afin de garantir la protection de l'écosystème ainsi qu'un impact radiologique minimal sur la biosphère, il est important de comprendre les paramètres qui régissent la migration de l'uranium (et de ses produits de désintégration, en particulier le radium 226) et d'être capable de le modéliser. Dans la nature, parmi les phases qui peuvent retenir 238U(VI) et 226Ra(II), la tourbe est connue pour avoir une forte affinité pour l'uranium VI. La tourbe sèche étant généralement composée à près de 90% de matière organique, l'objectif de cette étude est de qualifier et de quantifier la capacité d'adsorption et de désorption de la matière organique de la tourbe pour 238U(VI) et 226Ra(II). Les échantillons de tourbe prélevés à proximité de l'ancien site d'extraction d'uranium des Sagnes (Limousin, France) ont été caractérisés et ont ensuite été utilisés pour des expériences d'adsorption et de désorption en btach. Les résultats montrent que l'adsorption de 226Ra(II) sur la tourbe est supérieure à 97% pour pH>4-6 (suivant la teneur en particules détritiques dans la tourbe), ce qui correspond à des valeurs de Kd de 4500 pour 500mL/g. Quand à elle, l'adsorption de 238U(VI) est supérieure à 80% à pH>3, avec des valeurs de Kd qui atteignent 11000 mL/g vers pH 4.5. La désorption mesurée après un mois reste très faible. Contrairement aux tourbes classiques, la tourbière des Sagnes présente la particularité d'avoir une charge détritique importante (jusqu'à 50% de la masse de la tourbe sèche). L'interprétation des courbes de rétention de 238U(VI) et 226Ra(II) nécessite au préalable de discriminer à l'aide de modélisations, la contribution des différentes phases minérales présentes (oxyde de fer, phyllosilicates). Un modèle opérationnel, représentant la fraction organique comme un échangeur d'ions, a été proposé. Celui-ci permet de décrire le comportement de ces deux radioéléments sur la fraction organique de la tourbe. / The environmental footprint of former uranium mining sites is a major concern for society. In order to guarantee the protection of ecosystems and thus a minimal radiological impact on the biosphere, it si important to understand and to be able to model the phenomena controlling the migration of uranium and its decay products, specially radium (226Ra) (AREVA's Envir@Mines project). In the environment, among solid phases which can retain 238U(VI) and 226Ra(II), peat is known to have relevant affinity for U(VI). Because peat is usually composed at 90 % dry weight of organic matter, the aim of this study was to qualify and quantify peat organic matter affinity for 238U(VI) and 226Ra(II). Peat samples extracted from Les Sagnes (close to a former uranium mining site in Limousin area, France) was characterized andbatch adsorption/desorption experiments were conducted. The results indicate that 226Ra(II) adsorption onto that peat is higher than 97 % for pH>4-6 (depending on the organic/mineral ratio in dry peat) corresponding to Kd values about 4500 for 500mL/g and 238U(VI) adsorption is higher than 80 % at pH>3 with Kd maximal values reaching 11000 mL/g around pH 4.5 . Only a little desorption was measured after one month.An ion exchange modelling for radium adsorption onto one type of organic matter sorption site was enough to fit the experimental adsorption Kd for the peat over the whole range of Ph . However, uranium sorption on peat can be modelled on that organic sorption site only for pH 5 to 10. From Ph 5 to 10, to explain the experimental uranium adsorption Kd values (close to 1500 mL/g), uranium sorption onto mineral phases (such as smectite and iron oxide in this study) has to be considered. An operational data set is given for both 238U(VI) and 226RA(II) sorption onto Les Sagnes peat. Unlike usual peat, peat from Les Sagnes contains more than 10 % dry weight of mineral matter. That is why it is necessary to modele sorption of those two radioelements onto mineral phases (such as smectite and iron oxide, in this study), to discriminate which part of the sorption is due to mineral phases and which one id from organic matter. An operational dataset for 238U(VI) and 226Ra(II) sorption onto Les Sagnes organic matter was determined.

No description available.

Dans une chaîne de traitement des eaux usées, les unités de dessablage permettent d’éliminer les particules nuisibles aux procédés localisés en aval. Malgré leur importance, les unités de dessablage ont peu été étudiées. Les méthodes de caractérisation des particules de l’affluent et l’effluent de l’unité de dessablage sont non-standardisées, rendant difficile l’évaluation des performances de celles-ci. L’objectif de ce mémoire est donc de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité des particules d’un affluent et d’un effluent d’unités de dessablage et d’établir un protocole d’évaluation de la performance d’un dessableur. Afin de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité, les principaux paramètres étudiés en laboratoire sont la taille, la vitesse de chute et la densité des particules. Cinq protocoles de caractérisation de la taille des particules ont été comparés. La caractérisation de la vitesse de chute a été réalisée à l’aide du protocole ViCAs et du système d’élutriation. Le protocole de caractérisation des particules de « grit » retenues consiste à laver les particules humides, les sécher à 105°C et les tamiser. Ce protocole est répétable et représentatif. Il a été observé que les particules sont composées généralement d’un mélange hétérogène de matière inorganique et organique de différentes dimensions. Toutefois, lors des évènements pluvieux, les distributions granulométriques sont plus fines et inorganiques comparativement au temps sec. On note aussi que la densité est plus grande pour les fractions plus petites que 600 microns (ρ=2,50) comparativement aux fractions plus grossières (ρ=1,40). Seul le système d’élutriation a permis de caractériser de grandes vitesses de chute (> 100 m/h) et peut être utilisé pour l’évaluation de la performance d’un dessableur. Pour être applicable, le protocole ViCAs doit être modifié en utilisant une colonne plus haute. / In wastewater treatment plant, grit chambers eliminate particles that will negatively affect processes downstream. Despite their importance, grit chambers are little studied. The characterization methods of the grit chamber’s influent and effluent are not standardized, making it difficult to compare and evaluate the performances reported. The objective of this master thesis was therefore to develop a protocol to characterize the settling properties of particles in an influent and effluent of a grit chamber unit and to establish a protocol to evaluate the grit chamber’s performance. In order to develop a settling characterization protocol, main parameters studied in the laboratory are the particle size, the particle settling velocity and the particle density. Five particle size characterization protocols were compared. The characterization of the settling velocity was evaluated using the ViCAs protocol and the elutriation system. The retained characterization protocol for grit chamber particles consists of washing wet particles, drying them at 105 °C and sieving them. The protocol was found to be repeatable and representative. It has been observed that the particles are generally composed of a heterogeneous mixture of inorganic and organic matter of different sizes. However, during rain events, the particles are smaller and more inorganic compared to dry weather. It was also noted that the density was greater for fractions smaller than 600 microns (ρ=2.50) compared to coarser fractions (ρ=1.40). Only the elutriation system allows characterizing high settling velocities (> 100 m/h) and can be used for evaluating the grit chamber’s performance. To be applicable, the ViCAs protocol must thus be modified, employing a taller column.

La présente thèse traite des propriétés de la Matière Noire (MN), en particulier dans le contexte du Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM). En premier lieu, est examinée la question de savoir si un neutralino dans le NMSSM pourrait expliquer un excès de photon monochromatique possiblement présent dans les données Fermi-LAT. Il est montré qu’un neutralino, associé à l’anéantissement d’une particule Higgs CP-impair échangée dans le canal s, peut, en principe, donner lieu à une section efficace suffisamment grande. Sont également étudiés les modèles asymétriques de matière noire aux fins d’expliquer la MN actuelle et la densité de baryons. Les limites supérieures de l’auto- anéantissement de la section efficace, qui peuvent potentiellement détruire la MN asymétrique, sont dérivées et appliquées à une variété de modèles. Enfin, est proposé un modèle supersymétrique qui prévoit des sneutrinos en tant que MN asymétrique viable et qui explique les petites valeurs de la masse des neutrinos. Sont ainsi étudiées des limites à ce modèle à partir de la physique des particules, de la cosmologie et des observations de la MN. / This thesis deals with Dark Matter (DM) properties, mainly in the context of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM). First, it is examined whether a neutralino in the NMSSM could explain a monochromatic photon excess possibly present in the Fermi-LAT data. It is shown that neutralino pair annihilation with a CP-odd Higgs exchanged in s-channel can, in principle, give rise to a sufficiently large cross section. Asymmetric dark matter models, aiming at the explanation of the coincidence of present-day DM and baryon abundances, are also discussed. Upper bounds on DM self-annihilation cross section, which can potentially destroy the DM asymmetry, are derived and applied to a variety of models. Finally, a supersymmetric model is proposed, providing sneutrinos as viable asymmetric DM and explaining the smallness of neutrino masses. Bounds on this model from particle physics, cosmology and DM searches are studied.

Les lacs de la forêt boréale sont fréquentés par de nombreuses communautés autochtones et des pêcheurs sportifs. Ces grands consommateurs de poissons s'exposent aux effets toxiques du mercure (Hg) présent dans la chair des poissons. Les travaux récents abordant la problématique de la contamination mercurielle des poissons, ciblent la matière organique terrigène comme vecteur important du transport du mercure (Hg) depuis le bassin versant vers le milieu lacustre. Les indicateurs conventionnels de la matière organique terrigène tels que le carbone organique dissous, la couleur de l'eau, le rapport atomique carbone: azote (C/N) ou le la profondeur du disque de Secchi ont présenté des limites lors de la comparaison de lacs de statut trophique distinct. Ces indicateurs ne permettent pas de distinguer les apports de matière organique terrigène des apports provenant de la production autochtone des lacs. De plus, l'inclusion de la variabilité temporelle des processus physicochimiques de la colonne d'eau réduit l'utilisation possible des indicateurs conventionnels de la matière organique terrigène. La caractérisation au niveau moléculaire des produits dérivés de l'oxydation de la lignine permet de définir sans équivoque les apports de matière organique qui proviennent des bassins versants. Cette approche permet de caractériser la source et l'état de dégradation de la matière organique. Les résultats indiquent qu'en tenant compte de la variabilité spatiale et temporelle, la somme de huit dérivés phénoliques de la lignine de la famille des vanilyles, syringyles et cynnamyles (lambda), un indicateur des apports terrestres, est positivement corrélée aux concentrations de Hg dissous dans l'eau (fraction dissoute: r²=0.62, p<0.0001 et particulaire: r²=0.76, p<0.0001). Dans le même sens, la fraîcheur des apports de matière organique, établie par le rapport entre les p-hydroxy-phénols et la sommation des vanilyles et des syringyles (P/(V+S) est également positivement corrélées aux concentrations de Hg dissous dans l'eau (fraction dissoute: r²=0.49, p<0.0001 et particulaire: r²=0.54, p<0.0001). Aucune relation n'a été observée entre la composition florale du bassin versant (angiosperme vs gymnosperme et tissus boisés vs tissus non boisés) et les concentrations de Hg des lacs. Ainsi, l'utilisation de biomarqueurs de la lignine pourrait permettre une meilleure gestion des bassins versants et une réduction des apports de Hg vers les écosystèmes aquatiques et leur biote. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mercure, Matière organique, Biomarqueurs de la lignine, Carbone organique dissous et couleur de l'eau.