L'objectif de la thèse concerne le développement de lasers à semi-conducteur à blocage de modes qui présentent un grand intérêt pour les systèmes de télécommunications optiques à très haut débit (WDM, OTDM, radio sur fibre...).Les nanostructures à base de boites quantiques (BQs) possèdent des propriétés remarquables grâce au confinement 0D des porteurs de charge. Leur utilisation dans les lasers à blocage de modes a donné lieu à des avancées importantes en terme de génération d'impulsions très courtes à haute fréquence et avec un très faible niveau de bruit.Durant la thèse, une optimisation de la croissance des structures lasers à BQs InAs sur substrat InP(113)B a été menée afin d'accroître le nombre de plans de BQs tout en assurant une forte densité pour maximiser le gain modal. Le travail a également porté sur l'utilisation de substrats InP(001) désorienté et l'obtention d'empilement de plans de BQs de faible anisotropie. Une optimisation de la technologie des lasers monomode de type " shallow-ridge " a été réalisée sur substrat conventionnel InP (001). Nous avons confirmé l'intérêt des BQs pour améliorer l'efficacité d'injection grâce à une réduction de la diffusion latérale des porteurs. Le blocage de modes a été obtenue sur des lasers à mono-section et double sections à base de BQs InAs élaborés sur InP (001) désorienté et InP(113))B, à des fréquences de répétitions allant de 20 jusqu'à 83 GHz. Les spectres RF présentent des pics de faibles largeurs (jusqu'à 20 kHz) qui indique un faible bruit de phase. Enfin, une étude a été menée sur le comportement en température des lasers à blocage de modes passif à double sections à base de BQs ou de BatQs InAs/InP.

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Les sols présents dans cet écosystème ont une participation importante à l'équilibre de l'eau et au transport du carbone. Ainsi, le but de cette étude était de comprendre la répartition des sols dans un micro-bassin d'eau sombre, le comportement des matériaux organiques en mettant l'accent sur les fractions d'acide fulvique et des acides humiques dans système podzolizé de sol en tenant compte des caractéristiques du sol et d'étudier la capacité de complexation des substances humiques avec Cu2 + et Al3 +. Pour cela, conséquent, nous avons utilisé des méthodes classiques de pédologique et des méthodes spectroscopiques, Infrarouge à transformèe de Fourier (FTIR), absorbance UV-visible et Fluorescence Quenching avec le traitement CP / PARAFAC pour atteindre les objectifs: (i) déterminer les étapes de traitement de pedo -paisage à travers l'étude des sols et la distribution spatiale des sols podzolisés et du gleysol dans un bassin versant (ii) caractériser substances humiques et comprendre les schémas de distribution des acides fulviens et humiques dans une séquence de sol podzols le long des profils et dans les horizons du sols en tenant compte des caractéristiques morphologiques, de la texture, du pH, carbone variation total et souterraine dans les horizons des sols d'une séquence de sols podzols; (iii) étudier la capacite de complexation des substances humiques (acides fulviques et humiques) des échantillons de sol de podzols dans le bassin du Alto Rio Negro, en identifiant les composants fluorescents des substances humiques, en évaluant les capacités et les constantes complexantes de ces substances avec les métaux Cu 2+ et Al 3+ et la comparaison avec les groupes fonctionnels avec la fluorescence infrarouge à transformée de Fourier (FTIR).Les résultats indiquent que le courant de masse du micro correspondent à une deuxième génération podzols qui se superposent sur gleysols et caractéristiques de distribution des acides fulviques et humiques sont liées à une partie des caractéristiques du sol telles que la texture et la variation de la nappe phréatique, de ce fait la distribution de substances humiques dans les différences de provaca du sol dans la dynamique de complexation des métaux entre l'acide fulvique et d'acide humique. Ainsi, alors que l'évolution des pédo-paysage n'a pas de lien direct avec les caractéristiques des substances humiques différences géochimiques entre l'acide fulvique et l'acide humique accompagner les transformations des sols présents dans le micro-bassin et sont importantes pour maintenir l'équilibre de pédo- paysage. / A Amazônia é a maior floresta tropical do mundo devido principalmente a sua biodiversidade, e contribui por exemplo, para a dinâmica do clima, sequestro de carbono e regulação do ciclo de nutrientes e água em escala global. Os solos presente neste ecossistema possuem significativa participação no balanço da água e transporte de carbono. Dessa maneira, o propósito deste estudo foi compreender a distribuição dos solos em uma micro-bacia de águas escuras, o comportamento das matérias orgânicas com o foco nas frações de ácidos fúlvicos e ácidos húmicos em sistema de solos podzolizados levando em conta as características dos solos e investigar a capacidade de complexação das substâncias húmicas, com Cu2+ e Al3+. Para tanto foram usados métodos convencionais da pedologia e métodos espectroscópicos, de espectroscopia de absorbância uv-visível infravermelho com transformada de Fourier e fluorescência quenching e o tratamento CP/PARAFAC, para se atingir os objetivos: (i) determinar as etapas de transformação da pedo-paisagem através do estudo dos solos e da distribuição espacial de solos podzolizados e gleisolos em micro-bacia de drenagem; (ii) caracterizar as substâncias húmicas e entender as regras de distribuição de ácidos fúlvicos e húmicos em sequência de espodossolos, ao longo de uma encosta, e nos horizontes ao longo dos perfis dos solos levando em consideração as características morfológicas, textura, pH, C total e variação do lençol freático; (iii) estudar a capacidade de complexação das substâncias húmicas (ácidos fúlvicos e húmicos) de amostras de solos podzóis na Bacia do Alto Rio Negro, através da identificação dos componentes fluorescentes das substâncias húmicas, da avaliação das capacidades e constantes de complexação destas substâncias com os metais Cu2+ e Al3+, e da comparação com os grupos funcionais obtidos com a fluorescência de Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).O resultados indicam que os solos atuais da microbacia correspondem a uma segunda geração de espodossolos que estão superimpondo sobre gleisolos e que a distribuição das características dos ácidos fúlvicos e húmicos estão relacionadas a algumas das características dos solos, como a textura e a variação do lençol freático, consequentemente essa distribuição das substâncias húmicas nos solos provaca diferenças na dinâmica de complexação dos metais entre os ácidos fúlvicos e ácidos húmicos. Portanto, embora a evolução da pedo-paisagem não tenha relação direta com as características das substâncias húmicas as diferenças geoquímicas entre os ácidos fúlvicos e ácidos húmicos acompanham as transformações dos solos presentes na micro-bacia e são importantes para a manutenção do equilíbrio da pedo-paisagem. / The Amazon is the largest rainforest in the world especially because of its biodiversity, and for instance, it contributes to the climate dynamic’s, carbon sequestration and regulation of nutrients and water cycle in global scale. The soils present in this ecosystem have significant participation in water balance and carbon transport. Therefore, the purpose of this study is to understand the behavior of fulvic and humic acid fractions in a podzolized soils system, taking into account soils characteristics and to investigate the complexing capacity of Cu + 2 and Al + 3. For this purpose, conventional pedology and spectroscopic methods, Uv- Visible absorbance Spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR) and Quenching Fluorescence using the CP/PARAFAC treatment were used to achieve the objectives: (i) to determine the stages of transformation of the pedo-landscape through the study of soils and the spatial distribution of podzolized soils and gleysol in a drainage basin; (ii) to characterize SH and to understand the distribution patterns of fulvic and humic acids in a podzolized soil sequence along a slope and in the horizons along the soil profiles taking into account the morphological characteristics, texture, pH, carbon total and groundwater variation in the horizons of the soils of a sequence of podzols soils; (iii) to study the complexing capacity of humic substances (fulvic and humic acids) of podzol soils samples in the Alto Rio Negro Basin, by identifying the fluorescent components of humic substances, evaluating capacities and complexing constants of these substances with the Cu 2+ and Al 3+ metals, and the comparison with the functional groups obtained with FTIR. The results indicate that the current soils of the micro-basin correspond to a second generation of podzol soil that are superimposing gleysols, and that its distribution characteristics of fulvic and humic acids are related to some of the soils characteristics, such as texture and variation of the water table, consequently this distribution of the humic substances in the soils causes differences in the metals complexing dynamics among fulvic and humic acids. Therefore, although the evolution of the soilscape has no straight connection with the characteristics of the humic substances and the geochemical differences among fulvic and humic acids follow the soils transformations present in the micro-basin and are important to the maintenance of the soilscape balance.

La charge interne en phosphore (P) sédimentaire stockée dans les retenues de barrages retarde la restauration du processus d’eutrophisation. Ainsi, l’étude de la mobilité du P sédimentaire dans les retenues de barrage permet d’une part de comprendre son cycle géochimique dans ces systèmes, d’autre part de mieux appréhender les politiques de gestions de restauration des milieux. Cette étude met en évidence l’impact de trois barrages en cascade (Complexe de l’Age, Creuse, France) sur la distribution du P sédimentaire le long d’un continuum fluviatile. Dans les retenues étudiées, les teneurs en TP sont en moyenne de 1,59 ± 0,51 mgP/gsec et augmentent en direction des barrages. Ceci contraste avec les faibles teneurs observées dans les parties fluviatiles. Dans les réservoirs, le fractionnement chimique a montré que plus de 50% du P extrait était associé à la fraction ascorbate. L’association du P avec les oxy-hydroxydes de Fe amorphes dans les particules fines des sédiments accumulées près du barrage, s’avère être le facteur majeur expliquant les variations longitudinales des teneurs en TP. De plus, ces fortes teneurs associées à ces phases redox-sensibles et la mise en évidence d’un hypolimnion anoxique, révèle le fort potentiel de mobilisation de P sédimentaire dans ces retenues. En condition aérobie, un risque de mobilisation résultant d’un équilibre des concentrations en P entre soluté et fraction solide existe néanmoins. La détermination de valeur seuil EPC0 a souligné l’évolution du rôle de puits/source du sédiment vis-à-vis du P entre les retenues d’un même complexe. Enfin, l’étude de la mobilité du P sédimentaire en laboratoire, suite à deux cycles successifs aérobies et anaérobies montre que l’oscillation du potentiel d’oxydo-réduction, observé dans les retenues, favorise la mobilisation du P sédimentaire. La géochimie du Fe et la qualité de la matière organique dissoute semble être tous les deux impliqués dans la mobilité du P. / Internal sedimentary phosphorus (P) load cause delay time in eutrophication recovery, especially in dam-reservoir systems where P stock are important. Then, the study of sedimentary P mobility in dam-reservoirs allow to better explain P geochemistry in this context and further to adapt management restauration policies. This study highlights the impact of three cascade dams (Age Complex, Creuse, France) on the distribution of sedimentary P along a fluvial continuum. In the impoundments studied, TP levels averaged 1.59 ± 0.51 mgP /g DW and increased towards dams. This contrast with the low and constant concentrations observed in the fluvial parts. In reservoirs, chemical fractionation showed that more than 50% of the extracted P was associated with the ascorbate fraction. The association of P to amorphous Fe oxi-hydroxides in the fine particles accumulated closed to the dam is the major factor explaining the longitudinal variations of the TP contents. In addition, the high levels of P associated with these redox-sensitive phases and the development of a hypoxic hypolimnion in studied reservoirs reveal the high potential for sediment P mobilization. Moreover, in aerobic conditions, a risk of mobilization resulting from an equilibrium concentration between solute and solid fraction exists. The determination of the EPC0 threshold value underlined the spatial evolution of the sink / source role of the sediment with respect to the P, between the reservoirs of the same complex. Finally, the study of sedimentary P mobility in the laboratory, following two successive aerobic and anaerobic cycles, showed that redox potential oscillation observed in the reservoirs, favors the mobilization of the sedimentary P. The geochemistry of iron and the quality of dissolved organic matter appear to be involved in the mobility of P.

La matière noire astronomique est une composante essentielle de l'univers. Depuis sa mise en évidence en 1933 par Fritz Zwicky dans l'amas de Coma, sa présence au sein des galaxies et des amas de galaxies a été largement confirmée. Les observations du satellite Planck permettent de fixer le modèle standard cosmologique selon lequel 85% de la matière de l'univers est constituée de matière noire.La nature de cette dernière demeure cependant aujourd'hui inconnue. De nombreux candidats ont été proposés. L'explication la plus plausible fait état de particules massives et interagissant faiblement avec la matière ordinaire. Ces particules de matière noire, dénommées WIMPs pour Weakly Interactive Massive Particles, sont prédites par les extensions du modèle standard des particules, à l'instar des théories supersymétriques ou des théories à dimensions supplémentaires de type Kaluza-Klein.Les particules de matière noire sont traquées activement dans les accélérateurs de particules et dans les détecteurs souterrains. Une stratégie alternative consiste à rechercher les signatures de leur présence dans la Voie Lactée à travers les rayons cosmiques, messagers de l'univers. En effet, on s'attend à ce que les WIMPs présents dans la galaxie s'annihilent en paires particules-antiparticules. Les mécanismes produisant de l'antimatière étant très rares, les antiparticules cosmiques constituent des messagers privilégiés de la présence de matière noire.Ce mémoire de thèse se concentre sur la recherche indirecte de matière noire à travers les flux de positrons et d'antiprotons cosmiques. L'objet de ce travail est de confronter les modèles théoriques de particules de matière noire aux données expérimentales, afin de mettre éventuellement en évidence les hypothétiques WIMPs et d'en déterminer les propriétés.La première partie dresse le bilan des recherches actuelles de matière noire avant de se consacrer aux modes de production et de propagation des rayons cosmiques.La thèse se concentre ensuite sur l'interprétation de la fraction positronique mesurée par la collaboration AMS-02. La possibilité d'expliquer les données par la présence de matière noire dans la galaxie est étudiée. Une explication alternative impliquant des pulsars proches produisant des positrons est examinée. Une méthode permettant de traiter la propagation des positrons cosmiques de basse énergie est ensuite développée, et les premières contraintes sur les propriétés de la matière noire sont alors dérivées à partir des mesures du flux de positrons à basse énergie.Ce travail se poursuit avec l'étude de la propagation des antiprotons cosmiques. L'influence des effets de propagation à basse énergie sur la détermination des propriétés de la matière noire est explorée. De nouvelles contraintes sont dérivées à partir des données expérimentales de la collaboration PAMELA. Les incertitudes théoriques sur la détermination du fond astrophysique sont évaluées. L'interprétation des mesures préliminaires du rapport antiprotons sur protons par la collaboration AMS-02 et les conséquences pour la matière noire sont finalement discutées. / The astronomical dark matter is ubiquitous in the universe. Since it was discovered in 1933 by Fritz Zwicky in the Coma cluster, its presence in galaxies and in galaxy clusters has been largely confirmed. The standard cosmological model predicts that about 85% of the matter in the universe is composed of dark matter.Its nature, however, remains unknown today. The dark matter particles must still have the properties of being massive and interact weakly with ordinary matter. This type of particles, the WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles) are predicted by the extensions theories of the Standard Model of particles physics, like supersymmetrie or extra-dimensional Kaluza-Klein type theories.The dark matter particles are actively hunted in particle accelerators and in direct detection experiments. An alternative strategy is to look for signatures of the dark matter in the Milky Way through cosmic rays -- the universe messengers. Indeed, we expect that WIMPs that are present in the Galaxy annihilate into particle-antiparticle pairs. As antimatter is rare, cosmic antiparticles are privileged messengers of the presence of dark matter.This thesis focuses on indirect dark matter searches through the study of both cosmic ray positron and antiproton fluxes. The purpose of this PhD is to compare the theoretical models of dark matter particles with experimental data, which will allow us to determine their properties.The first part of the thesis provides an overview of current searches on dark matter and then focuses on the production and propagation of cosmic rays.The second part is devoted to the interpretation of the positron fraction measured by the AMS-02 collaboration. The possibility to explain the data by the presence of dark matter in the Galaxy is studied. An alternative explanation involving nearby pulsars is examined. A method to deal with low energy positrons is developed, leading to the first constraints on dark matter properties.Finally, this work focuses on the propagation of cosmic antiprotons. The influence of low energy propagation effects on the antiproton flux is explored. New constraints on WIMPs are derived from the data of the PAMELA collaboration. The theoretical uncertainties on the astrophysical background are assessed. The interpretation of the preliminary data of the AMS-02 collaboration on the antiproton to proton ratio and the implications for dark matter properties are finally discussed.

Ma thèse de doctorat traite de l'étude théorique des phénomènes thermoélectriques qui se produisent dans des nanostructures supraconductrices qui sont l'objet de plusieurs lignes de recherche de la physique de la matière condensée. Nous nous focalisons sur quatre dispositifs basés sur les supraconducteurs et de minces barrières isolantes où le transport de la charge et de la chaleur est gouverné par l'effet tunnel quantique. Nous commençons par analyser une jonction métal Normal-Isolant-Supraconducteur (N-I-S). En principe, aucun courant à une particule ne peut s'écouler dans ce circuit quand le voltage de polarisation est en dessous du gap d'énergie de S. Pourtant, un courant de fuite en dessous du gap est observé dans la courbe caractéristique courant-voltage (I-V) expérimental de ce dispositif, même à très basses températures. Nous montrons que l'absorption de photons de l'environnement électromagnétique à haute température connecté à la jonction est une origine possible du processus de tunnel à un électron en dessous du gap. Nous considérons une jonction N-I-S connectée à l'environnement soit directement soit indirectement au moyen d'une ligne de transmission résistif à basse température. Nous analysons analytiquement et numériquement le courant en dessous du gap dans ces deux circuits. Ensuite nous considérons un transistor hybride à un électron (SET) constitué d'une île de métal normal N contrôlée avec une tension de grille et connectée, au moyen de deux jonctions à effet tunnel, à deux fils supraconducteurs S polarisés en tension (S-I-N-I-S). Lorsque l'on fait varier le voltage de N correctement dans le temps, un courant contrôlable à un électron s'écoule entre les deux supraconducteurs. En principe, la réflexion d'Andreev, c'est-à-dire l'effet tunnel à deux électrons de N à S, peut être interdite. Expérimentalement, ce processus à deux particules contribue aussi au courant total à travers le SET. Nous montrons que l'échange de photons entre ce dispositif et l'environnement électromagnétique où il est disposé rend la réflexion d'Andreev énergétiquement possible. De plus, nous discutons comment cet effet limite la précision du processus de tunnel à un électron nécessaire pour les applications métrologiques. Ensuite nous nous focalisons sur les caractéristiques thermodynamiques des jonctions supraconductrices à effet tunnel. Nous discutons d'abord des capacités de refroidissement électronique des dispositifs à double jonction S1-I-N-I-S1 et S2-I-S1-I-S2, où les supraconducteurs S2 et S1 ont un gap d'énergie différent. Après nous étudions le design et le fonctionnement d'un nanoréfrigérateur électronique à cascade basé sur une combinaison de ces deux structures. Nous montrons numériquement que une île de métal normal peut être réfrigérée au dessous de 100 mK à partir d'une température de 500 mK. Nous discutons ensuite de la réalisation pratique et des limitations d'un tel dispositif. Enfin, nous considérons la dynamique d'une jonction à sauts de phase quantique (QPSJ) connectée à une source de micro-ondes. En ce qui concerne une jonction Josephson ordinaire, une QPSJ peut montrer des marches de Shapiro duals, c'est-à-dire des plateaux de courant bien définis situés à des multiples entiers de la fréquence des micro-ondes dans la courbe caractéristique I-V. Aucune observation expérimentale n'a abouti jusqu'à maintenant. Les fluctuations thermiques et quantiques peuvent nettement étaler la courbe I-V. Pour comprendre ces effets, nous déterminons la caractéristique I-V d'une QPSJ polarisée en courant, irradiée avec des micro-ondes et connectée à un environnement résistif et inductif. Nous montrons que l'effet de ces fluctuations est gouverné par la résistance de l'environnement et par le rapport entre l'énergie de phase-slip et l'énergie inductive. Nos résultats sont importants pour les expériences qui visent à l'observation des marches de Shapiro duals dans les QPSJ pour la définition du courant quantique standard. / The aim of my Ph.D. thesis is to study theoretically the thermoelectric phenomena occurring in some superconducting nanostructures which are the object of various research lines in condensed matter physics. Specifically, we focus on four different devices based on superconductors and insulating tunnel barriers where both charge and heat transport are governed by the quantum tunneling effect. We start by considering a voltage-biased Normal metal-Insulator-Superconductor (N-I-S) tunnel junction. No single-particle current is expected to flow in this circuit when the applied voltage is below the superconducting energy gap of S. However, in real experiments, a subgap leakage current is observed in the current-voltage (I-V) characteristic of this device, even at very low temperatures. We show that the absorption of photons from the high-temperature electromagnetic environment connected to the junction is a possible origin of the single-particle tunneling below the gap. We first consider a N-I-S junction directly coupled to the environment. Then we focus on a circuit where a low-temperature lossy transmission line is inserted between them. For both these circuits, we analyze analytically and numerically the subgap leakage current. We find, in particular, that it is exponentially suppressed as the length and the resistance per unit length of the line are increased. Then, we go beyond the single N-I-S junction considering a hybrid single-electron transistor (SET) constituted by a gate-controlled normal-metal island (N) connected to two voltage-biased superconducting leads (S) by means of two tunnel junctions (S-I-N-I-S). A controlled single-electron current flows between the two superconductors by properly changing in time the gate potential of N. In principle, the Andreev reflection, i.e., the tunneling of two electrons from N to S can be ideally suppressed when the charging energy of N is larger than the energy gap of S. Actually, in real experiments, this two-particle tunneling process also contributes to the total current through the SET. We show that the exchange of photons between the S-I-N-I-S device and the high-temperature electromagnetic environment where it is embedded makes the Andreev reflection energetically possible. We discuss how this effect limits the single-electron tunneling accuracy needed for metrological applications. Next, we focus on the thermodynamical features of the superconductor-based tunnel junctions. We first consider the well-known electronic cooling capabilities of the S1-I-N-I-S1 and S2-I-S1-I-S2 double-junction devices, where S2 and S1 are superconductors with different energy gaps. Then, we study the design and operation of an electronic nanorefrigerator based on a combination of these two structures, i.e., a cascade cooler. We show numerically that a normal-metal island can be cooled down to about 100 mK starting from a bath temperature of 500 mK. We discuss the practical implementation, potential performance and limitations of such a device. Finally, we consider the dynamics of a quantum phase-slip junction (QPSJ) connected to a microwave source. With respect to an ordinary Josephson junction, a QPSJ can sustain dual Shapiro steps, consisting of well-defined current plateaus at multiple integers of the microwave frequency in the I-V characteristic. Their experimental observation has been elusive up to now. We argue that thermal and quantum fluctuations can smear the I-V curve considerably. To understand these effects, we determine the I-V characteristic of a current-biased QPSJ under microwave irradiation and connected to an inductive and resistive environment. We find that the effect of these fluctuations is governed by the resistance of the environment and by the ratio of the phase-slip energy and the inductive energy. Our results are of interest for experiments aimed at the observation of dual Shapiro steps in QPSJ devices for the definition of the quantum current standard.

Il y a tout juste cent ans que les premières mesures du taux d'ionisation de l'air ont dévoilé que la terre est sans cesse bombardée par une pluie de particules énergétiques provenant du Cosmos. D'un point de vue astrophysique, l'origine de ces particules hautement relativistes, appelés rayons cosmiques (CRs), ainsi que leur mécanisme d'accélération restent très peu connus. Le paradigme actuel suppose une injection sporadique des CRs accélérés par la propagation d'ondes de choc au cours de la mort de certaines étoiles (SNRs).Les mesures récentes des flux de CRs (par les expériences PAMELA et AMS-02 par exemple) inaugurent une nouvelle ère de précision dans la mesure où les incertitudes statistiques sont désormais considérablement réduites. Dans ce mémoire de thèse, nous proposons et approfondissons de nouvelles pistes théoriques de manière à maximiser l'information extraite de ces nouvelles données.Après une introduction générale sur la physique des CRs, nous nous concentrons sur les espèces dites primaires, qui sont produites directement par les SNRs. De la nature discrète des SNRs et de la méconnaissance quasi-complète de leurs positions et de leurs ages résulte une incertitude théorique qui nécessite d'être estimée pour la prédiction des flux observés sur Terre. Jusqu'alors ces prédictions se contentent de calculer la moyenne d'ensemble de ce flux. Dans cette partie nous exposons la théorie statistique que nous avons élaborée, permettant de calculer la probabilité d'une déviation du flux mesuré par rapport à la moyenne d'ensemble. Nous sommes amenés à utiliser une version généralisée du théorème de la limite centrale, avec lequel nous montrons que la loi de probabilité est intimement reliée à la distribution des sources et qu'elle converge vers une loi stable. Cette dernière diffère de la loi gaussienne par sa queue lourde en loi de puissance. Le cadre théorique développé ici peut non seulement être étendu à d'autres observables du rayonnement cosmique, mais aussi enrichi en incluant une description plus complète des corrélations entre les sources. De plus, la méthode que nous avons développée peut être appliquée à d'autres problèmes de physique/astrophysique impliquant des distributions à queue lourde.Deuxièmement nous nous penchons sur les CRs dits secondaires (comme le bore), qui sont produits par les collisions des espèces primaires avec le milieu interstellaire. Plus précisément nous nous concentrons sur le rapport du flux du bore sur celui du carbone qui est traditionnellement utilisé pour comprendre la propagation des CRs. Ainsi, tout porte à croire que les mesures extrêmement précises de ce rapport nous donneraient de fortes contraintes sur les scénarios de propagation. Malheureusement il n'en est rien et nous montrons que le calcul théorique dépend fortement de certaines hypothèses telles que le lieu de production des secondaires et le choix du jeux de sections efficaces d’interaction. Nous estimons à au moins 20 % les incertitudes sur les paramètres de propagation dérivés jusqu'à maintenant. Grâce aux nouvelles données de l'expérience AMS-02, nous présentons les points de départ de notre nouvelle analyse pour laquelle nous utilisons le code semi-analytique USINE.Finalement, dans une troisième partie, nous utilisons ces données de précision pour réactualiser les analyses portant sur la recherche indirecte de matière noire. En effet, les CRs d'antimatière seraient -au même titre que le bore- des particules secondaires. La prédiction de leur fond astrophysique repose sur une connaissance précise de la propagation des CRs et de leurs interactions dans la Galaxy. Nous les traitons ici sous les hypothèses habituelles et réévaluons les flux de positrons et d'antiprotons à la lumière des nouvelles données d'AMS-02. Nous discutons ensuite les conséquences pour la matière noire et les possibles explications astrophysiques d'éventuels excès observés. / A hundred years ago, pioneering observations of air ionization revealed that the Earth is showered with particles coming from the Galaxy and beyond. Because of their high energies, these particles coined cosmic-rays are still a crucial tool in the field of particle physics, complementary to man-made accelerators. From an astrophysical point of view, the origin of cosmic-rays and the mechanisms which accelerate them are still very poorly known. The present paradigm involves sporadic production associated with the expanding shock waves from dying stars (SNRs).Recent experiments (notably PAMELA and, more recently, AMS-02) are ushering us into a new era of measurements of cosmic-ray fluxes with greatly reduced statistical uncertainties. In this dissertation, we propose and investigate new theoretical refinements of our predictions to fully benefit from these advances.After a general introduction on cosmic-ray physics, we first focus on the so-called primary species which are directly produced by SNRs. In this context of precision measurements, the discreteness of the sources in space and time, together with a substantial ignorance of their precise epochs and locations (with the possible exception of the most recent and close ones) may lead to significant uncertainties in the predictions of the fluxes at the Earth. So far, the conventional approach just relied on average trends. Here, we elaborate a statistical theory in order to compute the probability for the actual flux to depart from its ensemble average. Using the generalized version of the central limit theorem, we demonstrate that the probability distribution function of the flux is intimately related to the source distribution and follows a stable law with a heavier tail than the Gaussian distribution. Our theoretical framework can not only be extended to other cosmic-ray observables, such as the lepton flux, but also can be enriched to include a more comprehensive description of the correlations between the sources. Moreover the method which we have developed may be applied to a variety of problems in physics/astrophysics involving heavy tail distributions.Secondly, we concentrate on secondary CRs, like the boron nuclei, which are thought to be produced only by the collisions of cosmic-rays on the interstellar medium. More precisely, the ratio of the boron to carbon fluxes is a traditional tool used to understand and gauge the propagation of cosmic-rays in the Galaxy. Hence a very precise measurement of this ratio should imply stringent constraints on the propagation scenario. However we show that its theoretical derivation strongly depends on where these secondary species are produced as well as on the chosen set of nuclear cross-sections. Hence we assess at the 20% level the theoretical uncertainties on the so far derived propagation parameters. As new data from AMS-02 were freshly released, we present the starting points of a comprehensive new analysis for which we use the semi-analytical code USINE.Finally these high precision measurements offer new opportunities for a number of astroparticle problems, such as indirect dark matter searches which is the main thrust of the third part of the thesis. Antimatter cosmic rays are thought to be secondary species and their relatively low fluxes make them a channel of choice to look for rare processes such as dark matter annihilation. Nonetheless, the predictions of the expected backgrounds rely on a precise modeling of cosmic-ray propagation and interactions in the Galaxy. We treat them under commonly used simplified assumptions and discuss two studies where we re-evaluate the anti-proton and the positron fluxes in the light of the new AMS-02 data. Then we discuss the implications for dark matter and astrophysical explanations.

La découverte récente du boson de Higgs complète le Modèle Standard de la physique des particules, mais aucun signal de nouvelle physique n’a été observé en dépit des nombreuses recherches effectuées par les expériences du Large Hadron Collider (LHC). Cependant le problème de hiérarchie et la présence de matière noire sont des motivations importantes pour considérer des théories qui prédisent de nouveaux états à l’échelle électro-faible, de fait, de nombreux travaux ont été initiés sur l’interprétation des résultats négatifs et leurs implications pour de tels scénarios. Les modèles simplifiés sont devenus une norme pour l’interprétation des recherches de supersymétrie (SUSY) au LHC, et plus récemment pour les recherches de matière noire. Le succès de cette approche vient d’un petit nombre de paramètres liés aux observables au LHC de façon claire, ce qui permet une optimisation efficace des stratégies de recherche. De plus, les modèles complets peuvent être projetés sur de tels modèles simplifiés ce qui permet une compréhension intuitive des contraintes sur l’espace des paramètres et un test rapide des contraintes du LHC. Puisque les relations entre les paramètres de modèles généraux et les modèles simplifiés ne sont pas en général directes, des outils numériques sophistiqués sont nécessaires pour faciliter cette projection.Cette thèse explore de nombreux aspects de l’interpretation des recherches du LHC par les modèles simplifiés, et de la façon dont ils sont utilisés pour faire le lien entre les observations expérimentales et les descriptions théoriques. En particulier le code SModelS est présenté, il permet la décomposition automatique de modèles généraux en modèles simplifiés inspirés par la SUSY, et de les tester aux contraintes expérimentales incluses dans une base de données. Sous certaines hypothèses SModelS peut être utilisé pour contraindre une grande classe de modèles comprenant un candidat à la matière noire. Ces hypothèses sont discutées en détail et des études de modèles supersymétriques (non-minimaux) utilisant SModelS pour l’évaluation rapide des contraintes expérimentales sont présentées. Ces études soulignent les avantages ainsi que les limitations de l’utilisation de modèles simplifiés. Finalement, concernant les modèles simplifiés pour la recherche de matière noire, des scénarios avec un médiateur de spin-2 sont étudiés en détail. / The recent discovery of the Higgs boson completes the standard model of particle physics, but no compelling signal for physics beyond the standard model has been observed despite the numerous searches performed by experiments at the Large Hadron Collider (LHC). Nevertheless, the hierarchy problem and the observation of dark matter are compelling arguments to study theories predicting new states at the weak scale, and a main effort has been directed towards understanding the negative search results and their implications for such weak scale new physics scenarios. Simplified models have become a standard in the interpretation of LHC searches for supersymmetry (SUSY), aiming at maximal model independence. More recently a similar approach was adopted for the interpretation of dark matter searches. The success of this approach is due to the fact that the small set of free parameters relates to the observables in LHC searches in a clear way, allowing an efficient optimisation of search strategies. Moreover, generic models can be projected on a simplified model description giving an intuitive understanding of the constraints on the parameter space, and providing a fast test against LHC constraints. As the relation between generic model parameters and simplified models is generally not straightforward, sophisticated computational tools are required to facilitate such a projection.This thesis explores the various aspects of simplified model interpretations of LHC searches and how they can be used to understand the results and bridge the gap between theoretical descriptions and experimental observations. In particular the software tool SModelS is presented, a tool that automates the mapping of generic models onto SUSY-like simplified model components, and that allows direct tests against corresponding experimental limits in the included database. Under certain assumptions SModelS can be used to constrain a wide class of new physics models with a dark matter candidate. These assumptions and some explicit tests are discussed in detail, followed by studies of (non-minimal) supersymmetric models using SModelS for the fast evaluation of constraints from SUSY searches. These studies highlight the capacity as well as the limitations of using simplified model results to study generic models. Finally regarding simplified models for dark matter searches, scenarios with a spin-2 mediator are studied in detail.

La mesure de Matières En Suspension (MES) est cruciale autant pour comprendre les transferts sédimentaires que pour les études des écosystèmes marins. Elles sont classiquement mesurées ponctuellement par des prélèvements d’eau in situ, ou à partir des propriétés optiques de l’eau. Mais depuis plusieurs décennies, les appareils acoustiques, ont montré leur capacité à mesurer ces MES sur de plus grands volumes. Ces mesures, en particulier celles de la concentration, s’appuient sur les propriétés de rétrodiffusion des particules. Mais ces mesures demeurent peu représentatives dans la mesure où le contenu en MES dans la colonne d’eau varie à différentes échelles de temps et d’espace. Dans un premier temps, ces travaux de thèse visent à montrer à travers des mesures in situ réalisées dans l’estuaire de l’Aulne qu’il est possible d’étendre spatialement la mesure par inversion des données issues de sondeurs multifaisceaux (SMF). Un modèle de rétrodiffusion adapté à la suspension d’intérêt, constituée dans cette étude d’agrégats estuariens, est d’abord élaboré. Puis grâce à des observations issues d’un profileur multifréquences, la concentration massique en MES, distribuée par classes de tailles, a pu être déterminée par la résolution d’un problème inverse. Ces informations permettent de déterminer les rayons équivalents de la suspension, grâce auxquels les données issues du SMF, au préalable calibrées par une méthode innovante, peuvent être inversées de manière directe. Une étude des incertitudes attachées aux valeurs de concentrations estimées est par la suite proposée afin de qualifier la pertinence des résultats. Puis dans un second temps, les conditions nécessaires à l’établissement d’un protocole de mesure des MES par système multi-capteur sont identifiées. Ce dernier permet la caractérisation en continu des MES à différentes échelles de temps et d’espace, en exploitant la complémentarité des mesures issues des différents instruments. / Measuring Suspended Particulate Matter (SPM) is essential to better understand sediment transport and marine ecosystems. SPM is traditionnaly estimated through in situ water samples analysis, or based on the optical properties of water. Yet for several decades, acoustical devices have shown their capability to measure SPM on larger volumes. These measurements (especially in terms of SPM concentration) are based on the backscattering properties of the particles. However, these measurements remain limited, since the SPM content in the water column is subjected to variations on both spatial and temporal scales.As a first step, this work aims at showing that it is possible to increase the degree of spatialization of the SPM measurements by inverting MultiBeam EchoSounder (MBES) data, through in situ measurements acquired in the Aulne macrotidal estuary. A backscattering model was first designed to describe the backscattering properties of the suspension of interest, consisting in this study in estuarine agregates. Then, thanks to multifrequency observations, the SPM mass concentration sorted by size classes was retrieved through the the resolution of the inverse problem. This kind of information allows to determine the equivalent spherical radius of the the whole suspension, through which the MBES data, calibrated beforehand using an original method, can be directly inverted. Subsequently, a study of the uncertainties attached to the final concentration estimate is proposed in order to qualify the relevance of the results.In a second step, the necessary conditions for establishing a measurement protocol of the SPM are identified. The latter allows continuous characterization of SPM at different spatial and temporal scales, by exploiting the complementarity of the measures delivered by different instruments.

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