Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés des oscillations quasi périodiques au kilo Hertz (kHz QPO) dans les systèmes binaires X de faible masse. Pour détecter les kHz QPO, mesurer leurs paramètres et suivre leur évolution dans le temps, j'ai développé des méthodes d'analyse qui s'appliquent aux données acquises par le satellite Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE). J'ai validé ces méthodes sur des données simulées. L'analyse des données de sept sources observées pendant 15 ans avec l'instrument Proportional Counter Array a mis en évidence la chute de cohérence des oscillations au-delà de 700-850 Hz pour tous les systèmes étudiés. Ce résultat obtenu par les précédentes études sur les sources 4U 1636-536, 4U 1608-52, 4U 1728-34, 4U 1735-444 et 4U 1820-303 est confirmé en utilisant un ensemble de données plus important. Cette chute de cohérence est observée pour la première fois pour les systèmes 4U 0614+09 et Aquila X-1. Dans l'hypothèse où celle-ci est la signature de la dernière orbite stable prédite par la relativité générale, la masse de l'étoile à neutrons est évaluée à 1.9-2.1 M. Cette masse, quoique élevée, est compatible avec certaines équations d'état de la matière super condensée. J'ai étudié la séparation en fréquence entre les kHz QPO jumeaux dans les systèmes 4U 0614+09 et Aquila X-1. Pour le système Aquila X-1, cette séparation en fréquence est mesurée pour la première fois à 280 Hz, proche de la moitié de la fréquence de rotation de l'étoile à neutrons (\mu_spin/2). Pour 4U 0614+09, la séparation est constante à 320 Hz et très différente de la fréquence à 414 Hz de l'oscillation détectée dans un sursaut X observé avec le BAT de SWIFT et assimilée à \mu_spin. Cette séparation est comparable à celle mesurée à partir d'un ensemble de données moins important. Dans le système 4U 0614+09, la séparation en fréquence ne serait pas liée à la fréquence de rotation de l'objet compact. J'ai étudié la distribution des rapports de fréquences des kHz QPO dans les systèmes Sco X-1, 4U 1636-536 et 4U 0614+09. Ces distributions sont piquées autour de 1.5. Je montre pour la première fois que cette distribution piquée est la conséquence directe de la dépendance en fréquence de la significativité statistique des kHz QPO. Du fait de la sensibilité limitée de l'instrument PCA et bien que toujours présents, les kHz QPO jumeaux sont détectés simultanément sur une bande en fréquence étroite, correspondant à des rapports de fréquence autour de 1.5. Ces distributions ne sont donc pas liées à l'existence de fréquences préférées dans le système; une prédiction forte du modèle de résonance.

Dans ce mémoire de thèse, nous présentons d'une part un nouveau dispositif expérimental permettant l'obtention de condensats de Bose-Einstein de rubidium dans un piège dipolaire croisé, et d'autre part des expériences de production et de manipulation de lasers à atomes guidés optiquement à partir de ces condensats. Le potentiel optique utilisé pour piéger les atomes est indépendant du sous-niveau de l'état fondamental dans lequel ils se trouvent. Nous mettons à profit cette particularité pour contrôler leur état interne par une méthode de distillation du spin en appliquant des gradients de champ magnétique pendant la phase d'évaporation. Nous exposons ensuite deux nouvelles méthodes pour produire des lasers à atomes guidés à partir de ces condensats, l'une optique, l'autre magnétique, basées sur le déversement progressif des atomes hors du piège croisé où ils sont préparés dans un guide optique. Nous caractérisons le degré d'occupation des modes transverses du guide pour les lasers à atomes produits, ainsi que la qualité du découplage en termes d'entropie créée, grâce à une analyse thermodynamique. Enfin, nous montrons des résultats préliminaires concernant l'interaction de ces lasers à atomes avec un défaut du potentiel de guidage, créé par l'ajout d'un potentiel dipolaire de forme et de position contrôlée. Une analyse de cette interaction est proposée sous la forme d'une théorie de la diffusion quantique en espace confiné.

En dimension trois, les états propres d'une particule quantique soumise à un potentiel désordonné présentent une transition, appelée transition d'Anderson, entre un régime délocalisé à faible désordre et un régime localisé à fort désordre. Cette localisation étant due aux interférences, elle est facilement perturbée par des effets de décohérence ou d'interaction entre particules, et est donc délicate à observer. Dans ce mémoire, nous rapportons nos travaux théoriques ayant permis la première observation expérimentale de la transition d'Anderson avec des ondes de matière atomiques.<br /><br />Un nuage d'atomes froids soumis à une onde stationnaire pulsée de façon quasi-périodique réalise une variante du Kicked Rotor (paradigme du chaos quantique) analogue à un modèle d'Anderson 3D. Cependant, la limite thermodynamique n'est pas accessible expérimentalement. Interprétant ces contraintes comme similaires à des effets de taille finie, nous construisons une méthode de ``finite-time scaling'' permettant de caractériser la transition expérimentalement, de donner la première détermination expérimentale non-ambigüe de l'exposant critique $\nu$ de la transition, et de confirmer que le Kicked Rotor quasi-périodique appartient à la même classe d'universalité que le modèle d'Anderson. À partir de la théorie auto-cohérente de la localisation, nous calculons l'état critique du système, prédiction trouvée en très bon accord avec les données expérimentales et numériques.

Ce mémoire aborde la problématique de la matière noire, sous des angles à la fois phénoménologiques et expérimentaux. Dans le MSSM, la matière noire froide et non-baryonique, mise en évidence aux différentes échelles de l'univers par ses effets gravitationnels, trouve une origine sous la forme de fermions de Majorana : les neutralinos. Ces particules peuvent en principe s'annihiler dans zones où elles sont naturellement concentrées, comme le coeur des halos de galaxies, et être à l'origine de rayonnement gamma. Or, les flux prédits pour ces modèles sont génériquement faibles au regard des sensibilités expérimentales. Après avoir établi des prédictions de flux de photons gamma pour les galaxies M31 et Draco dans le cadre du MSSM, nous généralisons les couplages du MSSM au moyen d'un lagrangien effectif. Nous montrons que la seule contrainte d'une densité fossile d'intérêt cosmologique suffit évidemment à réduire considérablement les flux de photons, indépendamment de la nature quantique de la matière noire (fermions de Dirac/Majorana), mais que des couplages effectifs permettent d'atteindre des prédictions plus optimistes. Enfin, nous présentons la recherche de signature de matière noire supersymétrique opérée avec le télescope à effet Tcherenkov CELESTE, reposant sur l'observation de la galaxie M31. Nous développons une méthode de reconstruction spectrale, préalable à la recherche d'un signal exotique. L'analyse des données collectées sur M31 permet d'obtenir la première limite expérimentale sur une galaxie dans l'intervalle 50-500 GeV, et fournit une information astrophysique dépassant la seule problématique de la matière noire.

Depuis 20 ans, les collisions entre ions lourds sont la seule façon d'étudier la matière hadronique dans le laboratoire. Le diagramme de phase de la matière hadronique reste encore méconnu malgré les efforts expérimentaux et théoriques qui ont été entrepris ces dernières décennies afin de mieux connaître ses transitions des phases. Après une introduction générale sur le sujet, nous aborderons plus en détail deux transitions de phases de la matière hadronique: la transition liquide gaz et la transition vers le plasma de quarks et de gluons. Une vue générale sur les méthodes expérimentales pour étudier ces transitions sera ensuite présentée dans le troisième chapitre. Les résultats principaux du programme d'ions lourds mené à bien au collisionneur RHIC à BNL (Upton, NY, Etas-Unis), seront présentés dans le quatrième chapitre. Le derniers 3 chapitres seront dédiés au futur programme d'ions lourds au collisionneur LHC au CERN (Genève, Suisse), en particulier à la seule expérience dédiée à cette physique, ALICE, et à son spectromètre à muons.

Une des questions majeures de la physique moderne est la détermination de la nature de la matière noire non-baryonique. Les expériences de détection directe de WIMPs (acronyme signifiant particules massives interagissant faiblement) comme EDELWEISS testent l'hypothèse que celle-ci est composée de particules (neutralino) prédites par la supersymétrie et ayant une section efficace d'interaction avec les nucléons d'environ 10-8 picobarn. Pour ceci, EDELWEISS utilise des détecteurs cryogéniques en germanium ultra-pur à double composante ionisation/chaleur, ce qui permet la discrimination des reculs nucléaires attendus pour les WIMPs des reculs électroniques induits par les particules du bruit de fond radioactif. La principale limitation de cette méthode provient des évènements proches de la surface des détecteurs (dus notamment aux betas) qui peuvent être confondus avec des reculs nucléaires. La solution présentée dans cette thèse est l'utilisation de détecteurs à grilles coplanaires pour le rejet des évènements de surface sur la base des signaux d'ionisation. Nous décrivons le principe de ces détecteurs, la réalisation d'un prototype et son étude : tests pratiqués avec différentes sources radioactives en laboratoire de surface puis sur le site-même de l'expérience au Laboratoire Souterrain de Modane. Les résultats expérimentaux sont analysés en détail et comparés à une modélisation approfondie des signaux attendus pour les diverses populations d'évènements. Le pouvoir de rejet des évènements gamma et des évènements de surface betas obtenu démontre la possibilité d'atteindre au moins 10-8 picobarn dans le cadre de l'expérience EDELWEISS II qui a retenu ce type de détecteur pour l'avenir.

Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer la possibilité d'utilisation des foraminifères benthiques comme bio-indicateurs des phénomènes d'eutrophisation en milieu marin ouvert. Le but de notre étude est de comparer différents types d'environnements eutrophiés, sous des conditions naturelles (sédiments du prodelta du Rhône) et anthropiques (déblais de forages pétroliers au large du Congo et du Gabon ; boues d'épuration dans le Firth of Clyde en Écosse). Dans ce contexte, nous avons étudié la distribution spatiale des foraminifères benthiques et l'avons comparée aux paramètres physico-chimiques mesurés. Ces micro-organismes font partie des protistes les plus abondants dans les environnements marins benthiques. En raison de leur forte biodiversité, des courts cycles de vie et des exigences écologiques très variables des différentes espèces, les faunes de foraminifères réagissent rapidement aux perturbations environnementales. Notre étude révèle l'existence d'une succession faunistique typique en réponse à un gradient croissant d'enrichissement organique. Ainsi, en s'approchant de la zone la plus eutrophiée, une diminution des espèces caractéristiques des environnements stables est observée ; ces espèces sont remplacées progressivement par des espèces opportunistes en milieu fortement enrichi. Si la perturbation environnementale est persistante, seules des espèces très résistantes au stress environnementale sont présentes, généralement avec des faibles densités. Les foraminifères benthiques représentent donc un très bon outil d'évaluation de l'état de santé d'un environnement. Ces bio-marqueurs peuvent être employés avec succès dans des suivis d'impact environnemental et dans des réseaux de surveillance des milieux marins afin d'aider à évaluer les perturbations des écosystèmes.

Le but de cette thèse est d'étudier l'influence des conditions trophiques en milieu océanique profond sur la composition isotopique de foraminifères benthiques vivants, afin d'améliorer leur utilisation en tant que proxies potentiels de paléoproductivité. Nous avons étudié trois zones de l'Atlantique Nord-Est : la Marge du Portugal (milieu oligotrophe), le Golfe de Gascogne (milieu méso-oligotrophe), et la zone à upwelling au large de Cap Blanc (Mauritanie, milieu eutrophe). Nous avons établi le rôle majeur du flux et de la qualité de la matière organique sur la densité, la répartition bathymétrique et le microhabitat des espèces de foraminifères. Les faunes superficielles réagissent aux apports de matière organique labile, alors que les faunes endopéliques profondes dépendent de matière organique plus réfractaire. Par ailleurs, nous avons mis en évidence l'existence d'un seuil critique de flux total de matière organique d'environ 2gC/m²/an en dessous duquel le développement de l'endofaune est impossible. L'étude de la composition isotopique de certaines espèces clés a révélé que l'écart en δ13C entre une espèce au microhabitat endopélique superficiel (e.g. Uvigerina peregrina) et une espèce au microhabitat endopélique profond (e.g. Globulimina spp.) permet de différencier un milieu eutrophe (δ13C<0.5%) d'un milieu oligotrophe (δ13C>0.5%). De plus, dans les zones oligotrophes, nous avons observé une diminution graduelle de ce delta δ13C en fonction du flux croissant de matière organique, témoignant de l'influence directe de ce dernier sur la composition des eaux interstitielles du sédiment.

Ces dernières années ont connu de grandes avancées en cosmologie et en astrophysique grâce à l'incroyable précision atteinte par les mesures des paramètres cosmologiques. La matière Noire (MN) apporte un lien entre ces mesures et celles effectuées en collisionneurs comme le LHC ou le collisionneur linéaire qui permettra d'augmenter encore la précision sur les propriétés de la MN. Les prédictions théoriques doivent alors atteindre la même précision que les mesures expérimentales portant sur la MN. Le neutralino du Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) est un excellent candidat de MN. Le travail de cette thèse porte sur le développement d'un programme de renormalisation complet et cohérent du MSSM permettant le calcul à une boucle de toutes sortes de processus. Pour faciliter l'implémentation de ce programme qui tient compte d'un grand nombre de paramètres du modèle ainsi que d'un nombre incroyable de diagrammes de Feynman, un outil automatique a été développé. Celui-ci a permis d'étudier une grande variété d'applications à une boucle, de la détermination des masses, des désintegrations, des sections efficaces aux collisionneurs jusqu'à la prédiction de la densité relique de MN froide pour différents scénarios. D'un point de vue théorique, plusieurs schémas de renormalisation du paramètre tan(β) ainsi que leur dépendance de jauge ont été analysés, ceci en partie grâce à l'utilisation d'une fixation de jauge non linéaire qui a permis de généraliser certaines identités de Ward du secteur de Higgs.

One of the key research issues in surface geochemistry is to understand the processes responsible of the surface water compositions to both improve fundamental knowledge of controlling mechanisms and protection of water resources. Processes occurring at solid-solution interface are predominant among the known involved chemical mechanisms. Solids, such as soil colloids, particles, sediments or colloids occurring as suspension in waters, present very large specific surfaces. This latter point gives them strong complexation or sequestration properties for elements such as metals, trace elements...These solids include mineral (oxyhydroxydes Fe and Mn, silicates, carbonates ...), organic colloid (humic substances...) and biological cells (algae, bacteria...) bound or not in between them. Sorption, co-precipitation and surface precipitation are the three major processes at interfaces involving these solid surfaces. They partly control the mobility and dissolved concentrations of metals and trace elements in waters and soil solutions. However, these processes are themselves controlled by physico-chemical parameters such as pH, Eh, T..., the solid nature and the interactions in between. The present work has therefore been focused on assessing the influence of these factors on the reactivity of elements at solid/solution interfaces. To address this issue, a combined approach involving laboratory experiments and modelling to answer to the questions identified in the field, was used. Firstly, the impact of redox condition variations on the mobilization of metals sourced in minerals (natural and synthetic oxyhydroxydes Fe and Mn, and slags from metallurgic industry) was experimentally evaluated. In a second step, this work was focused on the in situ monitoring of the iron cycle in a natural wetland soil. This implied the development of an innovative tool allowing the insertion of synthetic iron oxides directly in soil horizons. This research has been conducted to identify the impact of the iron oxides reductive dissolution and/or mineralogical changes on the mobilization of associated trace elements. Since organic matter release is often linked to iron reductive dissolution in wetland soil solutions, two experimental studies were also conducted: (i) on the redox condition impact on the dynamics of organic matter and trace element mobility and (ii) on the impact of organic complexation on the rare earth element (REE) speciation in solution. This work is ended by a research project dedicated to the rare earth element partitioning at solid-water interface and its impact on REE geochemical behaviour and associated fingerprinting properties.