Many complex systems in Nature are multifractal, a feature closely related to scale invariance. Multifractality is ubiquitous and so it can be found in systems as diverse as marine turbulence, econometric series, heartbeat dynamics and the solar magnetic field. In recent years, there has been growing interest in modelling the multifractal structure in these systems. This has improved our understanding of certain phenomena and has opened the way for applications such as reduction of coding redundancy, reconstruction of data gaps and forecasting of multifractal variables. Exhaustive multifractal characterization of experimental data is needed for tuning parameters of the models. The design of appro- priate algorithms to achieve this purpose remains a major challenge, since discretization, gaps, noise and long-range correlations require ad- vanced processing, especially since multifractal signals are not smooth: due to scale invariance, they are intrinsically uneven and intermittent. In the present study, we introduce a formalism for multifractal data based on microcanonical cascades. We show that with appropri- ate selection of the representation basis, we greatly improve inference capabilities in a robust fashion. In addition, we show two applications of microcanonical cascades: first, forecasting of stock market series; and second, detection of interscale heat transfer in the ocean.

La thèse montre des solutions pour la réalisation de circuits photoniques intégrés utilisant le caractère volumétrique et les très faibles pertes en propagation des solitons spatiaux . On s'intéresse aux élément de base: interconnections, sources et router optique (comme dispositif d'élaboration). Interconnections et sources sont réalisé dans le niobat de lithium (LN) qui fournis des structures avec une très longe durée temporelle. Le fonctionnement d'un router optique est démontré dans le semiconducteur photorefractif (PR) InP:Fe en raison de sa sensitivité aux longueurs d'onde infrarouges (IR) et à son temps de réponse rapide. On montre que les pertes en propagation dans les interconnections solitoniques peuvent être réduites à nouveau en utilisant un faisceau en polarisation ordinaire qui augmente la variation d'indice de réfraction induite. La réalisation de sources intégrées solitoniques est étudié pour avoir émission en bleu à 400nm et en IR à 1530nm. Celles en bleu sont obtenues par génération de deuxième harmonique ; le rôle du bleu pour la formation des solitons est montré et ses propriété physiques étudiées. Celles en IR sont obtenues en dopant le LN avec des ions (actifs) d'erbium. Leurs effets sur les paramètres PR sont présentés et les solitons spatiaux sont obtenus en excitant l'absorption soit du LN soit de l'erbium. L'amplification de la luminescence est étudié numériquement. Le routage optique dans le InP :Fe est obtenu en faisant interagir deux solitons cohérents et en changeant leur phase relative. L'augmentation de la séparation ou leur fusion est analysé en fonctionne de la distance entre eux, température et intensité de la lumière.

Les émulsions de type huile-dans-eau jouent un rôle important lors des opérations de ré-injection des eaux de production (PWRI). Ce travail s'intéresse à l'écoulement /rétention de ce type d'émulsions en milieux poreux et à leur impact sur l'injectivité. Deux mécanismes fondamentaux sont distingué selon la valeur du Jamming ratio Jr (taille des restrictions /taille des gouttes): le dépôt dit de surface aux forts Jr et le "straining" (blocage, par le forces capillaires, d'une ou plusieurs gouttes à l'amont d'une restriction) aux faibles Jr.Ce document traite, d'abord, de la physicochimie du dépôt de surface. L'étude en fonction de différents paramètres, tels que la salinité et le débit, permis de décrire la structure et la cinétique du dépôt. Nous avons notamment mis en évidence la formation d'une monocouche compacte é gouttelettes individuelles et montré que la cinétique du dépôt vérifie les lois d'échelle développées pour les colloïdes. L'ensemble de nos résulta conforte la similarité de comportement entre les émulsions stables et diluées et les systèmes colloïdaux.Ensuite, le "straining" est mis en évidence et discuté en fonction des distributions en taille -des restrictions et des gouttes- et des valeurs du nombi capillaire.Enfin, nous avons établi que l'endommagement associé au dépôt de surface peut être très significatif et que les pertes d'injectivité sont prédictibles par une loi de Poiseuille modifiée. Pour le "straining", l'impact est encore plus sévère mais sa vitesse de propagation est plus lente.En conclusion, l'effet de ce type d'émulsion doit être pris en compte pour minimiser les risques et optimiser le schéma de réinjection.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes permettent d'étudier les propriétés de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et/ou de pression. Dans ces conditions, celle-ci pourrait subir une transition de phase vers un nouvel état appelé : Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). Un premier indice de la formation du QGP a pu être observé au SPS du CERN par l'expérience NA50 à travers la suppression anormale du taux de production du méson J/$\psi$, via sa désintégration en deux muons, dans les collisions Pb - Pb.<br />L'étude des paires de leptons joue un rôle crucial dans les expériences d'ions lourds. En effet, l'absence significative de ré-interactions avec l'environnement hadronique fait des dileptons une sonde idéale des premiers instants de la collision. De plus, les mésons vecteurs produits dans les collisions ($\rho$, $\omega$, $\fi$, J/$\psi$) peuvent être détectés à travers leur désintégration en paires de leptons. L'expérience NA60, qui succède à NA50, étudie la production des dimuons dans les collisions In - In à 158 GeV/c/nucléon. Les motivations de l'expérience ainsi que ses différentes étapes seront décrites.<br />Le dispositif expérimental de NA60 comporte dans la région cible du spectromètre à muons de NA50 un ensemble de détecteurs de pixels (le télescope de vertex) disposés dans un champ magnétique. Ils permettent d'accéder aux caractéristiques cinématiques des traces des muons avant leur passage dans l'absorbeur hadronique et de déterminer avec précision le vertex d'interaction. Ce télescope de vertex permet également de mesurer la distance dans le plan transverse passant par le vertex de chacun des muons de la paire par rapport au vertex. Cette capacité est essentielle pour séparer des phénomènes prompts de ceux provenant de la décroissance de résonances.<br />Nous présenterons une méthode de reconstruction des traces dans le télescope de vertex dans les collisions d'ions lourds basée sur l'Analyse en Composantes Principales (ACP). Les principaux sujets d'étude de l'expérience NA60 décrits dans ce mémoire concernent les modifications du méson $\rho$ dans le milieu dense et chaud créé par la collision, l'origine de l'excès de dimuons observé pour des masses intermédiaires entre celles du f et du J/$\psi$ et l'étude de la suppression anormale du J/$\psi$. En particulier, le taux de production du J/$\psi$ est étudié en fonction de la multiplicité des traces dans le télescope de vertex. Pour chacun des sujets abordés, les résultats fournis pas NA60 ont permis une avancée significative dans la compréhension de la physique des ions lourds aux énergies du SPS.

Les nanoparticules d'oxydes dopés par des lanthanides sont d'un intérêt particulier pour leur luminescence propre à la nature des ions dopants et non à la taille du matériau. La voie colloïdale est souvent la méthode la mieux adaptée pour obtenir des objets nanométriques, individualisés, bien cristallisés et dispersables dans un milieu donné avec une fluorescence optimisée. Toutefois, elle reste difficile à réaliser pour ces matériaux de température de cristallisation élevée et conduit à des nanocristaux dont les propriétés physiques sont généralement altérées par les défauts cristallins. Ce travail de thèse a ainsi été consacré à l'élaboration de nanoparticules YVO4:Ln parfaitement monocristallines et à l'étude de leurs propriétés optiques. Les nanocristaux formés sont issus d'une synthèse colloïdale suivie d'un traitement thermique dans une matrice de silice mésoporeuse. Les particules obtenues sont monocristallines, nanométriques (40 nm) et stables dans l'eau. Les spectres de luminescence des particules YVO4:Ln sont semblables à ceux des matériaux microniques. Avec un dopage par Eu3+, les rendements de luminescence atteignent 40%. Cette valeur, plus faible que pour le massif (68%), s'explique par la limitation induite par un indice de réfraction plus faible que dans le monocristal massif. Avec un codopage par Yb3+ et Er3+, le phénomène d'upconversion a été observé et étudié pour la 1ère fois en solution aqueuse. Ces nanoparticules sont des convertisseurs relativement efficaces de photons infrarouges en photons visibles. Les particules YVO4:Eu ont par ailleurs été fonctionnalisées pour être utilisées comme sondes biologiques.

Le contexte de cette thèse expérimentale est l'astrophysique de laboratoire. Le but des expériences réalisées à l'aide des lasers de puissance est l'étude de l'évolution des jets d'étoiles jeunes et leurs interactions avec le milieu interstellaire. L'existence des lois d'échelle permet de relier les résultats acquis en laboratoire aux problématiques astrophysiques via les nombres sans dimension. Ces paramètres assurent la similarité entre les deux domaines. Il est par conséquent essentiel de mesurer l'ensemble des paramètres plasmas nécessaires pour calculer ces nombres sans dimension afin de vérifier les lois d'échelle. Dans ce contexte, nous avons réalisé au cours de cette thèse des expériences laser pour étudier la formation et l'évolution de jets de plasma dans le vide puis en interaction avec un milieu ambiant gazeux. L'évolution du jet de plasma a été mesurée à l'aide de nombreux diagnostics visibles (interférométrie, pyrométrie) permettant de mesurer sa vitesse, sa température et sa morphologie. A l'aide d'un diagnostic de radiographie X nous avons également sondé la densité du jet de plasma permettant, avec les diagnostics visibles, de déterminer l'ensemble des paramètres sans dimension correspondant aux jets d'étoiles jeunes. Enfin, l'utilisation d'une buse de gaz d'argon a permis de simuler le milieu interstellaire et d'étudier l'interaction du jet avec ce milieu ambiant. Pour ce dernier, nous avons implanté un diagnostic de radiographie protonique afin de sonder la zone d'interaction entre le jet et le gaz.

En nature il existe des matériaux dits vitreux qui, si refroidis brusquement au delà d'une certaine température, n'atteignent l'équilibre avec leur environnement que sur des temps très longs et manifestent des propriétés dynamiques particulières qui caractérisent l'état vitreux. Cet état ne peux se décrire à travers des quantités thermodynamiques statiques, mais qu'à travers des quantités purement dynamiques. Le formalisme thermodynamique des histoires, introduit par Ruelle dans le contexte des systèmes dynamiques et adapté aux systèmes à dynamique Markovienne en temps continu par F. van Wijland, C. Appert-Rolland et V. Lecomte, prend en compte l'histoire, ou trajectoire dans l'espace des phases que le système a suivi et ne met en jeu que des quantités purement dynamiques. Cette thèse consiste en l'application de ce formalisme à plusieurs modèles de verres et montre qu'une transition de phase dynamique dans l'espace des histoires est la signature de l'état vitreux dans lequel se trouve le système.

La présentation de mes activités de recherche et d'encadrement qui fait l'objet de ce document est organisée autour de trois thèmes scientifiques :<br>- les interactions entre un laser impulsionnel et des matériaux en régimes nano-, pico-, et femtoseconde (Chapitre 1)<br>- l'expansion d'un panache plasma créé par laser impulsionnel sous vide ou dans un gaz ambiant (Chapitre 2)<br>- la formation de nano agrégats par impulsions laser et l'interaction laser avec des nano-agrégats (Chapitre 3)

L'industrie de la téléphonie mobile est soumise à des contraintes de miniaturisation, et requiert de plus en plus la présence d'éléments variables dans les circuits intégrés. Le but de ce travail de thèse a été de réaliser une capacité variable pour une application de puissance dans un téléphone portable. Les matériaux ferroélectriques à structure pérovskite s'avèrent être potentiellement intéressants pour ce type d'application. Nous nous sommes donc intéressés à l'intégration du titanate de strontium et baryum ((Ba,Sr)TiO3) dans une capacité fonctionnant en gamme Radio Fréquences (typiquement autour de 2 GHz).<br /><br />La première partie du travail a été d'étudier les propriétés structurales et diélectriques du BST, avec pour but de les relier entre elles. Différentes études ont été menées dans cette partie, notamment sur les effets de taille de grains, de contraintes (homogènes et inhomogènes) dans les couches épaisses, de taille sur des couches minces de plusieurs épaisseurs, ou encore d'une cristallisation partielle sur la microstructure et les performances du matériau.<br /><br />Grâce à l'étude menée au niveau du matériau, nous avons pu proposer une intégration dans une architecture de capacité hybride RF/DC. L'optimisation du dépôt de BST a été faite par plans d'expériences, puis la réalisation de plusieurs dispositifs a permis d'observer différents effets sur le composant. L'influence du substrat de Silicium a été réduite grâce à différentes solutions. L'effet du recuit de cristallisation a été étudié sur la capacité RF. Enfin, nous avons montré la possibilité d'actionner indépendamment le matériau ferroélectrique par le biais d'électrodes DC.

Lorsqu'il s'agit de réaliser des mesures spectroscopiques, on se trouve rapidement limité par la plage d'accord en fréquence des lasers qui est imposée par la répartition d'énergie entre les niveaux des transitions atomiques ou moléculaires couplés par l'émission stimulée. Afin de s'affranchir de cette limitation, nous avons recours à la conversion paramétrique optique. L'étude que nous avons menée, consiste à développer un oscillateur paramétrique optique (OPO) doublement résonnant à cavités imbriquées permettant de convertir un rayonnement primaire (à 1 μm) en un rayonnement accordable entre 3,8 et 4,5 μm de grande finesse spectrale (monomode longitudinal) en vue du dosage sélectif de différentes espèces gazeuses. Nous procédons à l'automatisation du montage au moyen d'un programme développé sous Labview qui permet d'atteindre des balayages en fréquence monomodes continus sur une centaine de GHz, et une stabilisation en fréquence de ± 2,8 MHz. Nous utilisons ensuite notre source pour réaliser des mesures d'absorption directe ainsi que des enregistrements de spectres photoacoustiques. Nous obtenons ainsi des spectres de plusieurs espèces gazeuses à différentes pressions ; ces spectres étant en accord avec les spectres théoriques calculés à partir de la base de données Hitran. Finalement nous validons de nouvelles voies permettant de faire évoluer le montage vers un dispositif plus compact et robuste. Ainsi, nous démontrons qu'il est possible d'obtenir l'oscillation paramétrique à partir d'un micro-laser. D'autre part, nous validons une nouvelle architecture que nous appelons