Th. doct.-ing.--Génie chim.--Toulouse--I.N.P., 1980. N°: 87.

Although about a century has passed since its discovery, and despite the scientific and technological progress of our society has gone through, the nature of the Dark Matter (DM) is a mystery not yet solved. It is a big challenge for the scientific community, its identification would mean the understanding of what seemingly makes up 84% of the matter content in the Universe. We say “seemingly” because so far all evidences for DM are purely gravitational. This implies that what we call dark matter could be either a manifestation of our incomplete understanding of gravity on large scales, or a new form of matter, in particular a new kind of elementary particle. Among the plethora of possible DM candidates, this work will consider the Weakly Interactive Massive Particle (WIMP). Up to know the observed value for the relic abundance is the only solid parameter which we can count on, and the WIMP is the candidate that, through a fashionable mechanism of production, gives a result for the relic abundance in agreement with the cosmological observations. In order to demonstrate that this is indeed the valid explanation to the DM problem, a non-gravitational signal and also a model to interpret a possible Dark Matter message are needed. This may be expressed in various ways, and our approach is based on so-called simplified model. We have built a new t-channel simplified model which promotes a real scalar particle as DM and a vector-like fermion as mediator, dubbed the Vector-like Portal. In our framework, there are very few free parameters, the DM mass, the mass of the mediator and at least one Yukawa coupling. We have discovered an intriguing feature in the annihilation cross-section, a d-wave suppression in the limit of light final state fermions (compared to the DM mass). This seemingly innocuous observation will turn out to be crucial both for thermal freeze-out and for indirect searches for DM, for which higher order effects become relevant. In particular, we have performed a comprehensive analysis of the impact of next-to-leading order corrections to the annihilation cross-section, including coannihilation, as well as on elastic scattering processes. We have exploited the complementarity of direct, indirect and collider searches to set constraints on the parameter space of some simple vector-like portal scenarios, including coupling to Standard Model leptons, light quarks and the top quark. In addition, we have studied the phenomenological consequences of electroweak corrections and the detectability ofour candidate. / Bien que presque un siècle ait passé depuis sa découverte, et malgré les progrès scientifiques et technologiques de notre société, la nature de la matière noire (MN) est un mystère irrésolu. C’est un grand challenge pour la communauté scientique, car sa découverte signifierait la compréhension de ce qui semble constituer 80 % du contenu en matière de l’univers. Nous disons “semble” car jusqu’à présent toutes les évidences de MN sont purement gravitationnelles. Cela implique que ce que nous appelons matière noire pourrait être soit une manifestation de notre compréhension incomplète de la gravité à grandes échelles, soit une nouvelle forme de matière, en particulier un nouveau type de particule élémentaire. Parmi la pléthore de candidats de MN possibles, ce travail considèrera la Weakly Interactive Massive Particle (WIMP). A ce jour, la valeur observée de l’abondance relique est le seul paramètre solide sur lequel nous pouvons compter, et la WIMP est le candidat qui, par un élégant mécanisme de production, donne un résultat pour l’abondance relique en accord avec les observations cosmologiques. Pour démontrer que cela est en effet l’explication valide du problème de la MN, un signal non gravitationnel ainsi qu’un modèle pour interpréter un possible message de MN sont requis. Cela peut s’exprimer de plusieurs façons, et notre approche est basée sur les modèles dits simplifiés. Nous avons construit un nouveau modèle simplifié avec le canal t qui promeut une particule scalaire réel comme MN et un fermion de type vector-like comme médiateur, et communément appelé le portail vector-like. Dans notre cadre, il y a très peu de paramètres libres, la masse de la MN, la masse du médiateur et au moins un couplage de Yukawa. Nous avons découvert une caractéristique intrigante dans la section efficace d’annihilation, une suppression de type d-wave dans la limite de fermions légers dans l’état final (en comparaison avec la masse de la MN). Il se trouve que cette observation, qui semble anodine au premier abord, est cruciale pour le freeze-out et pour les recherches indirectes de MN, pour lesquelles les effets aux ordres supérieurs deviennent relevants. En particulier, nous avons réalisé une analyse compréhensive de l’impact des corrections après l’ordre dominant de la section efficace d’annihilation, ainsi que des processus de diffusion élastique. Nous avons exploité la complémentarité des recherches directes, indirectes et aux collisionneurs afin de contraindre l’espace des paramètres de quelques scénarios simples de portails vector-like, dont le couplage au leptons du Modèle Standard et au quark top. De plus, nous avons étudié les conséquences phénoménologiques des corrections électrofaibles, et la détectabilité de notre candidat. / Option Physique du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La synthèse d’objets hybrides silice/latex constitue le coeur de ce travail de doctorat ; il s’agit de recouvrir partiellement des particules de polystyrène par de la silice nanométrique. Pour cela la polymérisation en émulsion de la phase organique in-situ en présence de nanoparticules de silice a été sélectionnée, en présence d’auxiliaires organiques pour rendre les surfaces amphiphiles. Les premières formulations mises en oeuvre avec des tensioactifs n’ont pas conduit à la décoration des latex parce que la présence de ces molécules aux interfaces favorise plutôt la dispersion des latex, empêchant l’adsorption de la silice. Par la suite, l’étude de deux systèmes composés respectivement d’une silice chargée négativement et du PEGMA, et d’une silice chargée positivement et du PSS, ont permis d’obtenir des latex « décorés » caractérisés par ATG et MET. Les mécanismes proposés s’appuient, selon les conditions, sur des mécanismes de nucléation homogène ou de nucléation en gouttelettes. Il apparait que la maîtrise des interactions pouvant être produites à la surface du latex est très importante pour permettre à la silice de se placer à sa surface. Ainsi, le choix de l’amorceur ou de l’auxiliaire organique est un paramètre clé pour obtenir des particules hybrides.Dans la dernière partie de cette étude, la silice a été introduite sous la forme d’objets hybrides silice/latex dans une suspension d’alumine pour procéder à l’hétérocoagulation des deux matériaux et à la granulation de l’alumine. La combinaison des propriétés des matériaux organique et inorganique constituant les particules hybrides a permis de conduire à l’amélioration de l’organisation microstructurale interne du granule lors de l’étape de séchage, en diminuant de manière significative les fissurations au sein des granules. / This work is centered on the silica/latex hybrid particles synthesis: the aim of the study is to partially cover the polystyrene beads with silica nanoparticles. For this purpose, in-situ emulsion polymerization of the organic phase with silica has been selected with organic auxiliaries to make the surfaces amphiphilic. The first compositions processed with surfactants did not lead to latex decoration because the presence of the molecules at the interface favors the dispersion of the latex impeding silica adsorption. Then, the study of two systems with, in one hand negatively charged silica and PEGMA, and in the other hand positively charged silica and PSS, allowed to get “decorated” latex characterized by TGA and TEM. The proposed mechanisms are based on the homogeneous nucleation or the droplet nucleation mechanisms depending on the conditions. It appears that the control of the interactions that could be produced at the surface of the latex is very important to allow the silica to go at the surface. Thus, the initiator or organic auxiliary choice is a key parameter to get hybrid particles.In the last part of this study, silica has been introduced via hybrid particles in an alumina suspension to proceed to heterocoagulation of both materials leading to alumina granulation. The combination of the properties of the organic and inorganic material that constitute the hybrid particles leads to the improvement of the microstructural organization inside the spheres during the drying step by reducing significantly the cracks in the spheres.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Une étude expérimentale sur le transfert des particules en suspension dans les milieux poreux est menée au laboratoire sur des colonnes remplies de sable en utilisant des techniques de traçage. Les effets du milieu poreux, de la taille des particules et de la polydispersivité de ces particules sur leur transport et dépôt sont étudiés. Des injections impulsion et des injections en continue de particules en suspension monodisperses (Latex) et polydisperses (Kaolinite) à différentes vitesses d’écoulement ont été réalisées. Deux milieux poreux de granulométries serrées et un troisième milieu poreux constitué du mélange des deux précédents sont utilisés. Par ailleurs, pour étudier l’effet de la taille et de de la polydispersivité des particules injectées, trois populations monodisperses de particules de latex ainsi que trois mélanges de ces dernières ont été utilisés. Les paramètres caractérisant le transport et le dépôt des particules en suspension sont déterminés en utilisant la solution analytique de l’équation convection-dispersion avec une cinétique de dépôt de premier ordre. L’effet de sélection de taille est étudié à partir des analyses granulométriques des particules prélevées dans les effluents à différents moments de la restitution et des particules déposées à différents horizons dans le milieu poreux. Les résultats ont montré que la vitesse d’écoulement, la distribution granulométrique du milieu poreux, la taille et la polydispersivité des particules en suspension jouent un rôle important dans le transport et le dépôt dans les milieux poreux. / An experimental study on the transfer of suspended particles in porous media is conducted in laboratory columns filled with sand using tracing techniques. The effects of the porous medium, the particle size and the polydispersity of the particles on their transport and deposition are investigated. Pulse injections and continuous injections of monodisperse suspended particles (latex) and polydisperse (kaolinite) under different flow velocities were performed. To study the effect of porous media grain size distribution on the transport and deposition of polydisperse suspended particles, three sands filled columns were used : Fine sand, Coarse sand, and a third sand obtained by mixing the two last sands in equal weight proportion. Furthermore, to investigate the effects of size and polydispersivity of the suspended particles, three populations of monodisperse latex particles and a forth population obtained by mixing the last three populations in equal volume proportion were used. The transport and deposition parameters of suspended particles were determined using the analytical solution of convection-dispersion equation with a first order deposition kinetics. The size selection effect is analyzed using particle-size analysis of the recovered particles in the effluent at different time intervals of injection and the deposited particles in the porous medium. The results showed that the flow velocity, porous media grain size distribution, the size and the polydispersity of the suspended particles play an important role in the transport and the deposition in porous media.

Nous étudions la stabilisation de mousses de décontamination nucléaire par des particules minérales hydrophiles et hydrophobes. La particule hydrophobe est une silice colloïdale greffée, et semble permettre de modifier les propriétés viscoélastiques d'une interface modèle eau-air. Les particules hydrophiles sont des agglomérats de silice pyrogénée, qui confèrent aux solutions moussantes un comportement rhéologique thixotrope et à seuil. Les mousses résultantes conservent jusqu'à 75 % de leur liquide initial sur plusieurs heures. Nous expliquons ce drainage particulier par l'effet de confinement, étudié dans un milieu poreux rigide et dans une mousse aux interfaces mobiles et au diamètre de bulle contrôlé. Un seuil de percolation apparaît dans le milieu poreux, mais disparaît dans la mousse du fait de la déformabilité des interfaces. Le liquide y est retenu dans les agglomérats piégés dans les bords de Plateau et les nœuds. L'ensemble des résultats a fait l'objet d'un dépôt de brevet / This study aims to highlight the stabilization of nuclear decontamination foam by hydrophilic and hydrophobic mineral particles. Hydrophobic particles consist of homogeneously-grafted colloidal silica, and we have examined their ability to make an ideal gas-liquid interface viscoelastic. Hydrophilic particles are micrometric agglomerates of fumed silica, which turn foaming solutions into thixotropic yield-stress materials. The resulting foams can retain up to 75 % of their initial liquid during several hours. These remarkable drainage kinetics are explained with regards to the confining of agglomerates, studied both in a specifically-developed rigid porous media and in a foam with mobile interfaces and size-controlled bubbles. A percolation threshold appears in the porous media but can not take place in the foam owing to the interfaces deformability. Liquid is retained in the porous agglomerates trapped within the foam channels. The whole results have been patented

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude de quelques problèmes de probabilités provenant de l'informatique théorique. Dans une première partie, nous étudions un algorithme probabiliste qui compte le nombre de mots différents dans une liste. Nous montrons que l'étude peut se ramener à un problème d'estimation, et qu'en modifiant légèrement cet algorithme, il est d'une certaine manière optimal. La deuxième partie est consacrée à l'étude de plusieurs problèmes de convergences pour des systèmes finis de particules, nous envisageons différents types de passage à une limite infinie. La première famille de systèmes considérés est une classe particulière d'automates cellulaires. En dimension 1, il apparaît des marches aléatoires dont nous caractérisons de façon complète les comportements limites. En dimension 2, sur une grille carrée, nous étudions quelques-un des cas les plus représentatifs. Nous en déterminons le temps moyen de convergence vers une configuration fixe. Enfin, nous étudions un modèle d'urnes avec des boules à deux états. Dans la troisième partie, nous étudions deux problèmes particuliers de marches aléatoires. Ces deux questions sont initialement motivées par l'étude de certains automates cellulaires, mais nous les présentons de façon indépendante. Le premier de ces deux problèmes est l'étude de marches aléatoires sur un tore discret, réfléchies les unes sur les autres. On montre la convergence de ce processus vers une limite brownienne. Nous étudions enfin de façon entièrement combinatoire une famille de marches aléatoires sur un intervalle, biaisées vers le bas. Nous déterminons le temps moyen de sortie vers le haut de la marche. / This thesis deals with several problems in probability, mostly motivated by theoretical computer science. In the first part, we study of a probabilistic algorithm that counts the number of different words in a given sequence, by boiling it down to a statistical problem. We show that slightly improved, it achieves an optimal bound. The second and main part is devoted to different asymptotic problems concerning finite particle systems, for which we consider different kinds of infinite limits. We first deal with cellular automata. In dimension one, it appears random walks for which we entirely describe the asymptotic behaviors. In dimension two, on a square grid, we study some caracteristic rules for which we estimate the converge time. Lastly, we study a family of urn models. The third part focuses on two random walks problems. These questions where motivated by the study of cellular automata, but presented here in a self-contained way. The first problem is the study of a family of self-reflected random walks on a circle, for which we show a ``brownian limit''. The latter is a combinatorial description of a family of biased random walks on an interval.

De rapides avancées technologiques ont autorisé depuis le début des années 1980 un développement important des lasers de puissance et ont ouvert la voie aux régimes d’interaction laser-matière relativiste. L’accès aux intensités lumineuses supérieures à 1.1018 W.cm-2 a ainsi donné la possibilité à la communauté scientifique d’explorer une nouvelle physique riche d’applications. Bien que le principal moteur ait historiquement été constitué par les recherche sur la fusion par confinement inertiel, l’astrophysique de laboratoire, la génération de rayonnement (harmoniques, bétatron, X) ou la génération de particules énergétiques (électrons, ions) élargissent de plus en plus ce domaine d’étude.En effet, les très bonnes qualités des sources lumineuses et des sources d’ions créées par laser laissent fortement envisager qu’elles viendront un jour remplacer les sources conventionnelles comme les synchrotrons ou les accélérateurs qui sont des machines très coûteuses.Dans le cadre de cette thèse, une attention toute particulière a été portée à l’accélération d’ions qui a déjà montré son fort potentiel en termes de qualité des faisceaux accélérés. Malheureusement, ses applications sont encore limitées (radiographie, chauffage isochorique) à cause de paramètres limitants comme la divergence du faisceau, le spectre large ou l’énergie maximale atteinte par ces faisceaux. Au cours de ce travail de thèse, l’accent a plus particulièrement été mis sur l’augmentation de l’énergie maximale des faisceaux de protons dans le cadre des régimes à ultra haute intensité (supérieur à 1.1019W.cm-2). Cette recherche s’est orientée suivant deux axes principaux (impulsions longue et courtes), qui ont donné lieu à de nombreux échanges et au renforcement de la collaboration entre les laboratoires du LULI à l’École Polytechnique (France) et l’INRS-EMT (Canada).Dans le cadre des recherches menées au sein du LULI, des techniques innovantes ont pu être explorées afin de poursuivre la compréhension des mécanismes et d’améliorer les qualités de l’accélération d’ions à partir d’impulsion “longues” (entre 300 fs et 1,5 ps). Nous avons montré que l’utilisation de cibles ayant des dimensions transverses réduites permettait le confinement géométrique des électrons dans la zone d’impact du laser et augmentait ainsi significativement le taux de conversion de l’énergie laser vers les protons et l’énergie maximale atteinte par le faisceau. Par ailleurs, l’utilisation originale d’une optique plasma refocalisante a démontré son efficacité quant à réduire fortement la surface de focalisation du laser, conduisant à augmenter son intensité et donc l’énergie de coupure des faisceaux d’ions accélérés. Enfin, l’utilisation de deux impulsions laser a mis en évidence qu’une interaction entre les électrons accélérés par chaque impulsion était possible et qu’elle permet de modifier l’énergie et la typologie des faisceaux de protons.Les expériences réalisées au sein de l’INRS-EMT visaient quant à elle à améliorer la compréhension des régimes d’accélération femtoseconde, où peu d’études à ultrahaute intensité existaient au début de cette thèse, et à valider ou non la pertinence de ces régimes. Les nombreuses expériences menées ont clairement établi l’importance du contraste laser et la nécessité que ce derniers soit important pour que l’accélération de protons soit efficace dans ces régimes ultracourts. L’analyse systématique des faisceaux accélérés en face avant et en face arrière d’une cible mince montre que le processus d’accélération manifeste une certaine symétrie et prouve, qu’à énergie laser constante,l’accélération d’ions par laser n’est pas la plus efficace pour la plus courte durée d’impulsion. / Technological improvements since the 1980s have allowed for important developments in the field of high power lasers, thus paving the way for relativistic laser-matter interactions. With laser intensities higher than 1.1018 W.cm-2, the scientific community could explore a new physics, full of promising applications. Historically, laser–plasma interaction research initially aimed at exploring fusion by inertial confinement, but, with the breakthrough of ultra-high power lasers, the scope of research could now be broadened to laboratory astrophysics, radiation generation (harmonics, betatron, X) and the production of high energy particles (electrons, ions). Regarding the latter, radiation and ion sources are of such excellent quality that they might in the future replace current conventional sources like synchrotrons or accelerators, which require very expensive facilities. This thesis focuses particularly on laser-driven ion acceleration, whose accelerated beams have already demonstrated strong potential, e.g. in ultrafast imaging or warm dense matter generation.Within this domain, the present work focused on strategies developed to increase the ion beam energy in the ultrahigh intensity regime (higher than 1.1019 W.cm-2), exploiting as well moderate (400 fs) and short (25 fs) pulses facilities available as a result of the collaboration between the LULI laboratory in France and the INRS-EMT in Quebec. Innovative acceleration techniques have been explored at the LULI laboratory using moderately short laser pulses (400 fs to a few ps). This has been done first by improving our understanding of acceleration physics. Then, confinement of the laser-driven fast electrons that are at the source of the ion acceleration could be obtained by using reduced size targets. With such targets, electron confinement in the acceleration area could be achieved, inducing improvement of the laser to ions conversion efficiency, the ion beam cut off energy, and the ion beam quality. Another strategy that was exploited was to use refocalizing plasma optics to produce strongly reduced laser focal spot sizes. This induces laser intensity increase and thus improvement of the ion beam cut off energy. Finally, we used the combination of two laser pulses to have the electrons accelerated by each laser pulse interact together. When this was the case, we noted an increase of the ion beam cut off energy along with a modification of the beam typology. Complementarily, the experiments carried out using the 200 TW laser system in Quebec aimed at improving our understanding of femtosecond ion acceleration regimes, as only a fewexperimental studies were yet available, and to confirm the relevance of these regimes for ion acceleration. The results obtained with this laser clearly show the important role of the laser pulse contrast ratio, and the need for it to be extremely high to obtain efficient ion acceleration in this ultrashort regime. The systematic recording of accelerated ion beams has showed that a quasisymmetric acceleration from the target front and rear sides is possible. These results have alsoproved that the highest proton energy is not necessarily obtained with the shortest pulse duration when the laser energy is kept constant. Thus, we demonstrated that the shortest pulses available today (i.e. 25 fs) are not the most efficient to accelerate ion beams.

L'objectif de la thèse était d'étudier la mobilité de traceurs particulaires dans des milieuxcomplexes par microscopie confocale à balayage laser (CLSM) combinée avec le suivi demultiple particules (MPT) et le recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP).Tout d'abord, nous avons étudié la diffusion de particules dans les gels formés par des protéinesglobulaires. Dans ce but, des gels avec structures variés ont été préparés en faisant varier lesconcentrations en protéine et en sel. La structure a été caractérisée par l'analyse des imagesobtenues par CLSM en termes de fonction de corrélation de paires. La mobilité de particulesavec une large gamme de tailles (2nm - 1 micron) a été étudiée à la fois dans des gels homogèneset hétérogènes et reliée à la structure du gel.Deuxièmement, nous avons étudié des émulsions eau dans eau préparées en mélangeant dessolutions aqueuses de PEO et de dextran. Il a été montré que lorsque des particules colloïdalessont ajoutées, elles sont emprisonnées à l'interface eau-eau, car elles réduisent la tensioninterfaciale. La structure et le déplacement des particules à l'interface ont été déterminés parCLSM combinée avec MPT.