Cette thèse s'insère dans un projet de caractérisation de verres et de vitrocéramiques fluorés dopés par des ions de terre rare. L'intérêt de tels matériaux et de pouvoir réaliser des systèmes ultra transparents avec de faibles pertes et également avec des fréquences de phonon faibles évitant les processus habituels qui limitent le rendement d'émission laser. L'étude s'articule sur deux aspects : spectroscopie expérimentale et modélisation. Les mesures en spectroscopie d'émission avec sélection de site offrent la possibilité de sonder le milieu autour des ions luminescents. Des mesures de déclin de luminescence sont un complément pour bien caractériser l'influence du milieu sur les ions luminescents. La connaissance des propriétés spectroscopiques de ces ions est fondamentale pour savoir comment avoir de bons rendements d'émission et des largeurs et formes de bandes adéquates pour les applications. L'environnement de la terre rare dans le verre de départ et dans la vitrocéramique est étudié par dynamique moléculaire, suivies de la simulation des spectres de luminescence, L'originalité de la méthode employée est d'introduire dans la structure des ions luminescents, d'en déterminer l'environnement et de calculer à partir de cet environnement le champ cristallin éprouvé par l'ion luminescent et de remonter à sa spectroscopie.

Ce travail est consacré à l'étude du comportement de la matière condensée soumise à une perturbation via l'isomérisation de molécules sondes photochromes du type azo-benzènes. Une description microscopique de la matière est utilisée de manière à obtenir une meilleure compréhension des processus physiques donnant lieu à la formation des réseaux de relief en surface (SRG) dans ce type de matériaux, processus toujours incompris. L'étude utilise des simulations à l'échelle atomique par dynamique moléculaire hors d'équilibre où l'énergie produite par le processus de photo-isomérisation est absorbée par un thermostat, après sa dégradation thermique à l'intérieur de la matrice hôte. La photoisomérisation est introduite de manière périodique, par une modification continue des photochromes de la forme trans vers la forme cis et inversement. De manière à déterminer l'effet des longueurs de chaînes du polymère hôte, des matrices de degrés de polymérisation variées sont utilisées dans cette étude ainsi que des polymères “vivants” en cours de polymérisation. Une modification des propriétés de transport engendrant des mouvements massifs de matière en dessous de la température de transition vitreuse est observée ainsi qu'une stimulation de la coopérativité intrinsèque de la matrice hôte.

Les oscillations dans le plasma d'un propulseur à effet Hall sont susceptibles de provoquer le transport anormal à travers des lignes du champ magnétique. La théorie cinétique linéaire montre qu'en particulier certaines oscillations, de fréquence de l'ordre du mégahertz et de longueur d'onde millimétrique, peuvent jouer un rôle important dans le transport anormal. Les échelles caractéristiques de ces fluctuations ne sont pas détectables par des outils standards comme les sondes. Ce travail décrit pour la première fois l'utilisation d'un diagnostic de diffusion collective (PRAXIS) conçu pour l'étude du plasma du propulseur, qui a mené à l'identification des modes instables dans le plasma. Deux modes hautes fréquences ont été identifiés, se propageant dans les directions azimutale et axiale, avec des longueurs d'onde millimétriques et des fréquences de l'ordre du mégahertz. Les directions de propagation et les ouvertures angulaires de ces modes ont été déterminées. Le mode azimutal, identifié dans la théorie comme agent principal du transport, possède des composantes anti-parallèles au champ magnétique et parallèles au champ électrique et se propage dans une ouverture angulaire très restreinte. Le mode axial montre des caractéristiques liées à la vitesse et la divergence du faisceau d'ions. Le niveau de fluctuation de la densité est associé à une grande amplitude du champ électrique fluctuant. Les résultats des expériences sont en accord avec les prévisions théoriques et apportent de nouvelles informations, permettant ainsi d'améliorer et de développer des modèles pour les deux modes.

Différentes techniques d'imagerie par contraste de phase des rayons X ont été récemment développées. Contrairement aux méthodes conventionnelles, qui mesurent les propriétés d'absorption des tissus, ces techniques donnent aussi le contraste du déphasage introduit par l'échantillon. Puisque le changement dans la phase peut être important même quand les différences en atténuation sont faibles ou absentes, le contraste d'image obtenable peut être considérablement augmenté, notamment pour les tissus mous biologiques. Ces méthodes sont donc très prometteuses pour une application dans le domaine médical. Cette Thèse a le but de contribuer à une compréhension plus profonde de ces techniques, en particulier la propagation-based imaging (PBI), la analyzer-based imaging (ABI) et la grating interferometry (GIFM), et d'étudier leur potentiel et la meilleure implémentation pratique pour les applications médicales. Une partie importante de cette Thèse est dédiée à l'utilisation d'algorithmes mathématiques pour l'extraction, à partir des images acquises, d'informations quantitatives (absorption, réfraction et diffusion) concernant l'échantillon. En particulier, cinq parmi les algorithmes les plus connus pour la technique ABI sont analysés théoriquement et comparés expérimentalement, dans les modalités planaire et tomographique, en utilisant des fantômes et des échantillons de tissu mammaire et d'os-cartilage. Une méthode semi-quantitative pour l'acquisition et la reconstruction d'images tomographiques dans les techniques ABI et GIFM est aussi proposée. Les conditions de validité sont analysées en détail et la méthode, permettant une simplification considérable de l'implémentation pratique, est vérifiée expérimentalement sur des fantômes et des échantillons humains. Enfin, une comparaison théorique et expérimentale des techniques PBI, ABI et GIFM est présentée. Les avantages et les désavantages de chacune des techniques sont mis en évidence. Les résultats obtenus par cette analyse peuvent être très utiles pour déterminer quelle technique est la plus adaptée à une application donnée.

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Le phénomène de filamentation laser apparaît spontanément dans un faisceau laser infra-rouge se propageant dans l'air si sa puissance crête excède quelques Gigawatts. À ce régime d'intensité le faisceau s'effondre sur lui même par effet Kerr et un équilibre dynamique s'installe entre la diffraction, l'effet Kerr et la défocalisation par l'air ionisé, permettant de maintenir une intensité très élevée dans le coeur du faisceau sur une très grande distance. Il donne alors naissance à une mince colonne de plasma dont la longueur peut atteindre des centaines de mètres. De nombreuses applications reposant sur l'utilisation de filaments laser générés à grande distance ont été proposées. Dans ce cas la propagation du faisceau peut être notablement affectée par les turbulences atmosphériques. Pour quantifier les effets de la turbulence sur la filamentation nous avons fait une étude expérimentale et numérique de l'influence de la turbulence de l'air sur la stabilité de pointé du faisceau filamenté et sur la distance de filamentation. Par ailleurs nous avons étudié les propriétés de la colonne de plasma dans le filament et plus particulièrement sa capacité à initier de puissants arcs électriques avec un minimum de pertes, dans l'optique d'applications telles que le captage de forts courants pour l'alimentation de trains rapides. Enfin, une étude complète de l'utilisation de filaments laser comme source de rayonnement Térahertz a été faite. Plusieurs mécanismes de génération de THz ont été mis à jour. Leurs propriétés spectrales et leur énergie permettent d'envisager le développement d'applications de spectroscopie à distance ou pour certains mécanismes, d'atteindre des régimes de physique non-linéaire dans le domaine THz.

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale et théorique du speckle de l'onde diffusée par des hétérogénéités en surface ou en volume des substrats ou des systèmes interférentiels multicouches. La première étude est basée sur le contraste en intensité du speckle diffusé dans chaque direction de l'espace, que l'on étudie pour discriminer les effets d'interface et de volume, ou pour identifier le niveau de diffusion en l'absence d'étalonnage. Des résultats expérimentaux sont présentés pour des surfaces polies et doucies, et des liquides diffusant, avec des niveaux de pertes croissants. Ces résultats sont ensuite complétés par l'étude du déphasage polarimétrique de l'onde diffusée dans le "grain" de speckle. L'écart-type de ce déphasage est calculé et mesuré pour les mêmes échantillons, ainsi que pour des membranes poreuses pour des applications à la caractérisation du colmatage. On obtient ainsi une nouvelle signature pour discriminer les différents effets. Puis le déphasage polarimétrique est utilisé pour l'étude des coefficients d'intercorrélation entre les interfaces d'un système multicouche. Une procédure d'annulation des flux diffusés polarisés est ensuite présentée dans le cadre de théories perturbatives. Les conditions d'annulation sont calculées pour différents types d'échantillons, et obtenues grâce à un réglage en champ lointain et pour chaque direction, de lames polarisantes et déphasantes. Les résultats expérimentaux confirment ces prédictions, pour des surfaces et liquides diffusant. La technique d'annulation est alors étendue pour éliminer de façon sélective les différentes sources de diffusion. On montre ainsi comment annuler de façon sélective la diffusion par une surface ou un volume, ou comment isoler une interface dans un système multicouche. La confrontation des calculs numériques avec les résultats de mesure sont encourageants, et ouvrent une première porte au domaine de l'imagerie en milieu diffusant. Enfin, les problèmes des fortes diffusions sont abordés, et amènent à traiter de l'influence des irrégularités de structure sur les phénomènes de dépolarisation partielle ou totale. Selon la microstructure des composants, la dépolarisation est plus ou moins marquée et impose la dynamique de réduction sélective des flux diffusés. Ce travail trouve des applications dans l'optique sous-marine, l'imagerie du petit animal ou le biomédical, le transport terrestre ou l'avionique, l'environnement, la défense...

Ce travail a porté sur l'étude des instabilités de gradient de température ioniques (ITG) en géométrie cylindrique, le champ magnétique étant supposé constant et dirigé selon l'axe du cylindre. Une fonction de distribution discrète en forme de marche d'escalier est utilisée pour décrire la direction de vitesse parallèle au champ magnétique. L'équation de Vlasov se résume à un système de type multi fluides couplés par l'équation de quasi neutralité. Chaque fluide est décrit par un système fermé d'équations (continuité, Euler et fermeture adiabatique), caractéristiques d'un fluide incompressible, d'ou la dénomination de sac d'eau ou “water bag”. Le recours à cette description water bag est particulièrement intéressant dans le cas de problèmes à une seule dimension en vitesse. Ainsi, dans le cas des plasmas fortement magnétisés, un modèle water bag peut se combiner avantageusement aux modèles dits girocinétiques. Les paramètres associés a la représentation water bag ont pu être identifiés et reliés aux grandeurs macroscopiques par le biais d'une méthode originale d'équivalence au sens des moments. L'analyse water bag des ITG a permis de valider le modèle et les méthodes choisies. Ce travail a également permis de montrer que le concept de water bag peut sans problème prendre en compte des effets variés comme ceux liés a l'introduction d'un rayon de Larmor fini, tout comme à la description d'un plasma composé de plusieurs espèces d'ions.

Sous l'effet combiné de la rotation rapide et de l'interaction gravitationnelle avec une lune avoisinante, un corps céleste est elliptiquement déformé (marées). Dans les zones liquides à l'intérieur de la planète, cette déformation rend les lignes de courant elliptiques. Cet écoulement elliptique peut être instable, et des ondes inertielles peuvent croître à des amplitudes importantes. Ce mécanisme offre donc un alternatif à la convection pour exciter des écoulements dans les intérieurs planétaires, et donc aussi pour la génération du champ magnétique par effet dynamo. En première instance, il est important de mieux comprendre comment l'écoulement elliptique évolue après sa déstabilisation initiale. Nous proposons un modèle théorique, et nous étudions les scénarios de transition vers des écoulements de plus en plus complexes dans un système modèle en géométrie cylindrique. Nous mettons en place une expérience qui vise à étudier le même problématique, utilisant un métal liquide comme fluide, et mettant l'ensemble sous champ. Nous montrons qu'il est possible de se servir du champ magnétique induit comme méthode de détection des écoulements excités par l'instabilité. A champ magnétique imposé fort, la force de Lorentz devient non-négligeable et nous montrons comment celle-ci agit sur l'instabilité elliptique. Des études en géométrie cylindrique et sphéroïdales sont présentées. Le problème de la dynamo elliptique est de grande importance à l'échelle géophysique. Par une approche numérique, nous trouvons que les ondes inertielles, peuvent exciter une dynamo. Nous proposons une modélisation théorique pour le mécanisme de la dynamo d'ondes inertielles.

La synthèse de caténanes et rotaxanes remonte aux années 60. Aujourd'hui la plupart de ces molécules enchevêtrées, synthétisées comportent jusqu'à 4 éléments et ce nombre continu de croître. Toutefois, ces molécules restent relativement petites, comparées `a celles trouvées dans la nature tels que les caténanes présents dans l'ADN. Les caténanes et rotaxanes sont des molécules mécaniquement assemblées, composées de pièces mobiles, liées, ou non (ou plus d'elles), pouvant se mouvoir et/ou se déplacer par rapport aux autres. Cette architecture unique les rend très intéressants et fait d'eux des candidats potentiels pour les machines moléculaires, ainsi que pour des applications dans le domaine de l'optique non linéaire, en particulier dans la photonique, l'optoélectronique et le stockage de données optique. Dans ce travail, nous exposons les résultats de nos recherches portant sur les propriétés optiques non-linéaires de quelques caténanes et rotaxanes. Ces propriétés non-linéaires ont été abordées par différentes techniques. Les résultats montrent une importante contribution électronique dans la susceptibilité non-linéaire de troisième ordre confirmée par des calculs théoriques au niveau moléculaire. Nous exposons également les résultats des propriétés optiques non linéaires de l'ADN fonctionnalisé. Ces résultats montrent une recrudescence des non linéarités quand l'ADN modifiée est utilisé. Par ailleurs, on a observé les meilleurs résultats dans des expériences d'holographie quand l'ADN-CTMA est utilisé comme matrice pour le dopage du disperse red 1.