Les courants neutres changeant la saveur b -> sl⁺l⁻ ne sont autorisés dans le Modèle Standard (MS) qu'au niveau des boucles.Par conséquent, ils sont sensibles aux éventuels effets de la Nouvelle Physique (NP) au-delà du MS.Dans le MS, les transitions b -> se⁺e⁻ et b -> sμ⁺μ⁻ ont la même probabilité, cette propriété est appelée l'universalité du couplage aux leptons (UL).Tester l'UL dans les désintégrations de hadrons beaux a récemment été un domaine prometteur pour les recherches de NP. Des tensions par rapport aux prédictions du MS, de l'ordre de 2,5 déviations standards, ont été observées dans les désintégrations rares B -> K(*) l⁺l ⁻. À ce jour, les tests de l'UL ont été effectués uniquement sur des désintégrations de mesons beaux.Cette thèse présente un premier test de la UL dans la désintégration rare du baryon Lambdab -> pK l⁺l⁻ , en utilisant les données collectées par l'expérience LHCb au CERN en 2011, 2012 et 2016. La sensibilité statistique attendue est d'environ 15%, tandis que la valeur centrale reste aveuglée.La première mesure du rapport de branchement de la désintégration Lambdab -> pKμ⁺μ⁻ est effectuée avec une précision statistique de 5,3%.En outre, cette thèse présente la première observation de la désintégration Lambdab -> pKe⁺e ⁻ , ainsi que la mesure de son rapport de branchement.Enfin, la désintégration Xib0 -> pKJ/ψ est observée et étudiée pour la première fois. / Flavor-changing neutral-current b ->sl⁺l⁻ transitions are forbidden at tree level in the Standard Model (SM), and can only occur at loop level. Therefore, they are sensitive to possible New Physics (NP) effects beyond the SM. In the SM, the transitions b ->se⁺e⁻ and b -> sμ⁺μ⁻ have the same probability to happen, this property is called lepton universality (LU). Probing LU in b-hadron decays has been recently a promising area for NP searches. Tensions with respect to the SM predictions at the level of about 2.5 standard deviations have been observed in rare B -> K(*)l⁺l ⁻ decays. To date, tests of LU have been performed only in decays of b-mesons.This thesis presents a first test of the LU in rare b-baryon decays Lambdab -> pK l⁺l⁻ using the data collected by the LHCb experiment at CERN, during 2011, 2012 and 2016 data-taking periods. The expected statistical sensitivity is about 15%, while the central value remains blind at the moment. The first measurement of the branching fraction of the decay Lambdab -> pKμ⁺μ⁻ is performed with the statistical precision of 5.3%.In addition, this thesis presents the first observation of the Lambdab -> pKe⁺e ⁻ decay, and the measurement of its branching fraction.Finally, a suppressed decay Xib0 -> pKJ/ψ is observed and studied for the first time.

L’évaluation de risques est conditionnée par les connaissances et les informations disponibles au moment où l’analyse est faite. La modélisation et la simulation sont des moyens d’explorer et de comprendre le comportement du système, d’identifier des scénarios critiques et d’éviter des surprises. Un certain nombre de simulations du modèle sont exécutées avec des conditions initiales et opérationnelles différentes pour identifier les scénarios conduisant à des conséquences critiques et pour estimer leurs probabilités d’occurrence. Pour les systèmes complexes, les modèles de simulations peuvent être : i) de haute dimension ; ii) boite noire ; iii) dynamiques ; iv) coûteux en termes de calcul, ce qu’empêche l’analyste d’exécuter toutes les simulations pour les conditions multiples qu’il faut considérer.La présente thèse introduit des cadres avancés d’évaluation des risques basée sur les simulations. Les méthodes développées au sein de ces cadres sont attentives à limiter les coûts de calcul requis par l’analyse, afin de garder une scalabilité vers des systèmes complexes. En particulier, toutes les méthodes proposées partagent l’idée prometteuse de focaliser automatiquement et de conduire d’une manière adaptive les simulations vers les conditions d’intérêt pour l’analyse, c’est-à-dire, vers des informations utiles pour l'évaluation des risques.Les avantages des méthodes proposées ont été montrés en ce qui concerne différentes applications comprenant, entre autres, un sous-réseau de transmission de gaz, un réseau électrique et l’Advanced Lead Fast Reactor European Demonstrator (ALFRED). / Risk assessment is conditioned on the knowledge and information available at the moment of the analysis. Modeling and simulation are ways to explore and understand system behavior, for identifying critical scenarios and avoiding surprises. A number of simulations of the model are run with different initial and operational conditions to identify scenarios leading to critical consequences and to estimate their probabilities of occurrence. For complex systems, the simulation models can be: i) high-dimensional; ii) black-box; iii) dynamic; and iv) computationally expensive to run, preventing the analyst from running the simulations for the multiple conditions that need to be considered.The present thesis presents advanced frameworks of simulation-based risk assessment. The methods developed within the frameworks are attentive to limit the computational cost required by the analysis, in order to keep them scalable to complex systems. In particular, all methods proposed share the powerful idea of automatically focusing and adaptively driving the simulations towards those conditions that are of interest for the analysis, i.e., for risk-oriented information.The advantages of the proposed methods have been shown with respect to different applications including, among others, a gas transmission subnetwork, a power network and the Advanced Lead Fast Reactor European Demonstrator (ALFRED).

Cette thèse contient deux parties: la simulation des événements rares et le rééchantillonnage non-intrusif stratifié pour la programmation dynamique. La première partie consiste à quantifier des statistiques liées aux événements très improbables mais dont les conséquences sont sévères. Nous proposons des transformations markoviennes sur l'espace des trajectoires et nous les combinons avec les systèmes de particules en interaction et l'ergodicité de chaîne de Markov, pour proposer des méthodes performantes et applicables en grande généralité. La deuxième partie consiste à résoudre numériquement le problème de programmation dynamique dans un contexte où nous avons à disposition seulement des données historiques en faible nombre et nous ne connaissons pas les valeurs des paramètres du modèle. Nous développons et analysons un nouveau schéma composé de stratification et rééchantillonnage / This thesis contains two parts: rare events simulation and non-intrusive stratified resampler for dynamic programming. The first part consists of quantifying statistics related to events which are unlikely to happen but which have serious consequences. We propose Markovian transformation on path spaces and combine them with the theories of interacting particle system and of Markov chain ergodicity to propose methods which apply very generally and have good performance. The second part consists of resolving dynamic programming problem numerically in a context where we only have historical observations of small size and we do not know the values of model parameters. We propose and analyze a new scheme with stratification and resampling techniques.

Cette thèse de doctorat se fixe tout particulièrement pour objectif d’apporter un éclairage sur la problématique de la production des éléments de terres rares aux États-Unis. Ces minéraux, aux qualités nucléaire très particulières, constituent des intrants cruciaux dans certaines technologies et industries stratégiques : technologies « vertes », technologies d’information et de communication, ainsi que dans les technologies militaires. Ces minéraux stratégiques constituent aujourd’hui un enjeu géoéconomique mais aussi géopolitique et environnemental majeur. En 2011, 97 % des éléments de terres rares dans le monde proviennent de la Chine (qui dispose donc d’un monopole), selon l’United States Geological Survey. Cette position de la Chine a soulevé des inquiétudes chez les responsables américains concernant l’accès à ces ressources minérales, de manière évidente depuis 2010. Cette recherche questionne le rôle crucial joué par les acteurs au sein des agences étatsuniennes dans l’objectif d’élaborer une politique solide pour faire face au risque géopolitique lié à la vulnérabilité des États-Unis face au risque de ruptures d’approvisionnement de ces minéraux stratégiques. Ces minéraux sont donc une source de conflit international, surtout en raison de la montée de la Chine comme un nouveau joueur sur la scène internationale, dotée d’un quasi monopole sur les terres rares. Situé à la croisée des préoccupations géoéconomiques et géopolitiques et environnementales, il a semblé nécessaire de comprendre quels enjeux essentiels soulèvent ces minéraux stratégiques : enjeux géoéconomiques, défis géopolitique ou danger écologique ? C’est donc en ces termes que nous examinerons la question des minéraux de terres rares par les États-Unis. / This doctoral dissertation particularly aims at shedding light on the issue of U.S. rare earth production, a group of minerals with very special qualities nuclear, which are vital inputs in certain strategic industries and technologies: green technologies, information and communication technologies, as well as in military technologies. These strategic minerals constitute nowadays one of the major challenges associated with geo-economic, geopolitical and environmental issues. In 2011, China has provided approximately 97 percent of the world’s rare earth minerals (near-monopoly) according to U.S. Geological Survey data. This position of China has raised concerns about access to these mineral resources among American officials, obviously since 2010. This research discuss the crucial role played by actors within the U.S. Agencies to develop a robust policy to deal with the geopolitical risks about U.S. vulnerability to a supply disruption of these critical strategic minerals, as part of a source of international conflict, especially with the rise of China as a new player on the international stage. Located at the crossroads of geo-economic, geopolitical, and environmental concerns, it seems necessary to understand what key impasses constitute rare earths strategic minerals, economic power or geopolitical challenges or ecological danger? It is in these terms that we will deal with the issue of rare earths as considered by the United States.

L'objectif de la thèse est la fabrication et caractérisation de microlasers 3D à base de polymères dopés par des colorants organiques et des nanoparticules d'erbium et Ytterbium. Au début, nous avons étudié des structures polymères avec de très bons facteurs d'aspect, ainsi que le déplacement de nanoparticules lors de l'exposition à un éclairement périodique. La réalisation majeure de cette thèse est l'obtention de microlasers 3D par lithographie UV. Ensuite nous avons comparé les seuils lasers de ces structures pour différentes méthodes de fabrication. Dans des micro-cubes, nous avons identifié des orbites périodiques planes en forme de carré. L'analyse des orbites périodiques dans des microlasers Fabry-Perot 3D a montré que leur forme dépend du colorant, de la nature du substrat et de la taille de la structure (largeur et épaisseur).La dernière partie de ce travail consiste en la synthèse de nanoparticules d'oxyde d'erbium et ytterbium à basse température et en milieu anhydre. Ces nano-particules ont ensuite été introduites dans des composites à base de polymères qui ont donné lieu à la fabrication de micro-lasers 3D et à leur caractérisation. / The aim of the thesis is the fabrication and optical characterization of three-dimensional organic microlasers based on organic dyes and luminescent erbium/ytterbium nanoparticles.At the beginning, we considered submicron polymer structures with high aspect ratio, as well as the phenomenon of redistribution of nanoparticles in the volume of the composite during the exposure by a periodic light field pattern.The main part of the work is devoted to obtaining three-dimensional polymer microlasers by UV-lithography. Comparison of the lasing threshold for microcavities obtained by different methods was performed. Periodic orbits in cuboid microlasers with square cross-section were identified. Analysis of possible periodic orbits in microlasers Fabry-Perot showed that the shape of the orbit depends on the dye, the type of substrate and the size of the microlaser (width, height).The last part of the work contains a study of low-temperature synthesis of luminescent nanoparticles of erbium and ytterbium oxides in a anhydrous medium, and polymer composites based on them. Three dimensional organic microlasers doped by these luminescent nanoparticles were obtained and investigated.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est couramment utilisée en médecine pour obtenir des images anatomiques de haute résolution. L’IRM permet également de suivre la migration de cellules injectées in vivo. Dans ce contexte, un agent de contraste est nécessaire afin de clairement visualiser les cellules. Actuellement, les produits de contraste les plus utilisés en IRM clinique sont les chélates de gadolinium puisqu’ils permettent de rehausser le signal des tissus fortement vascularisés. Cependant, la majorité de ces composés ne sont que faiblement internalisés et retenus à l’intérieur des cellules. Afin de permettre un marquage cellulaire plus efficace, des nanoparticules d’oxyde de gadolinium (Gd2O3) ont récemment été développées. La première partie de ce projet de maîtrise consistait donc en l’utilisation de ces particules, revêtues de diéthylène glycol (Gd2O3-DEG), comme marqueur cellulaire. Une fois marquées avec ce produit, les cellules peuvent être visualisées en IRM, in vitro et in vivo (œuf de poulet fertilisé). Or, les particules de Gd2O3-DEG s’agglomèrent en solution aqueuse saline (milieu de culture) et à haute concentration, elles peuvent affecter la prolifération des cellules. De ce fait, la seconde partie de ce projet consistait à remplacer le DEG par du polyéthylène glycol (PEG) afin de conférer aux nanocristaux une meilleure stabilité et de diminuer leur cytotoxicité. Dans le cadre de cette maîtrise, le greffage de PEG a été réalisé à l’aide de trois polymères différents, soit le PEG-phosphate, le PEG-silane et le PEG diacide. Dans le but de déterminer le meilleur groupement chimique pouvant réagir avec le Gd2O3, ces polymères ont été greffés à la fois sur les particules et sur des films minces de Gd2O3. Différentes stratégies de greffage ont été élaborées avec les deux systèmes afin d’identifier les conditions de réaction optimales. Suite à ces expériences, les caractéristiques physico-chimiques des particules et des surfaces recouvertes de PEG ont été mesurées à l’aide de différentes techniques d’analyse. En somme, cette étude a permis de démontrer que le PEG-phosphate interagit plus fortement avec les nanomatériaux à base de Gd2O3 que les deux autres PEG. De plus, les particules de Gd2O3-PEG-phosphate possèdent des propriétés physico-chimiques et relaxométriques supérieures à tous les autres systèmes étudiés dans le cadre de ce projet (nanoparticules revêtues de DEG, de PEG-silane et de PEG diacide). Ces particules pourraient donc être considérées, dans le futur, comme agent de contraste pour l’IRM cellulaire et pourraient remplacer les produits employés à ce jour (principalement des nanoparticules d’oxyde de fer). / Magnetic resonance imaging (MRI) is widely used in medicine to achieve high resolution, in-depth anatomical images. MRI can also be used to detect cells injected in vivo and to track their migration. For this purpose, the cells cannot be clearly visualized in MRI without the use of contrast agents. Gadolinium (III) complexes are by far the most widely used contrast agents in clinical medicine because they provide a drastic enhancement of MRI signal in vascularized tissues. However, the vast majority of these chelates is poorly uptaken and retained into cells. In order to efficiently label cells, gadolinium oxide nanoparticles (Gd2O3) have been recently developed. Therefore, these particles, covered with diethylene glycol (DEG-Gd2O3), were used in the first part of this project to label cells. DEG-Gd2O3-labeled cells can be visualized in MRI, in vitro and in vivo (using the chicken embryo model). However, DEG-Gd2O3 particles aggregate in aqueous saline solution (cell culture medium) and at high concentration, they can impact on the cell proliferation. Molecules such as polyethylene glycol (PEG) can be used to remove DEG so as to improve the stability of the particles and to limit their cytotoxicity. In the course of this project, DEG-Gd2O3 particles were treated with three different polymers: PEG-phosphate, PEG-silane and PEG diacid. In order to determine the functional group that can react strongly with the rare-earth oxide, these polymers were grafted on both Gd2O3 particles and thin films. Different grafting methodologies were developed to identify the optimal reaction conditions. The physicochemical properties of the PEG-Gd2O3 particles and the PEG-treated surfaces were measured with different surface characterization techniques. In conclusion, this study shows that PEG-phosphate reacts more strongly with Gd2O3 nanomaterials compared to the other PEG derivatives. Moreover, PEG-phosphate-Gd2O3 particles have better physicochemical and relaxometric properties than all the other systems studied in this research project (particles covered with DEG, PEG-silane and PEG diacid). These particles might be considered in the future as a potential contrast agent for cellular MRI and could replace the products used currently (mainly iron oxides nanoparticles).

Des films minces de silice enrichies en nano-grains de silicium (ng-Si) dopées aux ions Nd3+ ont été déposées par pulvérisation magnétron réactive. Leurs propriétés de photoluminescence ont été étudiées en fonction de la composition. La formation d'agglomérats de Nd2O3 aux fortes concentrations en Nd3+ diminue la PL. l'influence de la temperature et de la composition sur les chronogrammes de temps de vie des ions Nd3+ a ete etudiee. On a démontre l'existence de deux temps de vie. La composante rapide a été attribuée aux agglomérats de Nd2O3 et la composante lente aux ions Nd3+ libres.

Les protéines fluorescentes, comme la GFP (green fluorescent protein), sont des protéines naturellement fluorescentes qui sont utilisées pour leur rôle de marqueur, permettant de localiser des protéines dans les cellules et d'en suivre les déplacements. De nombreuses études expérimentales et théoriques ont été menées ces dix dernières années sur les protéines fluorescentes. De là, se forge une compréhension essentiellement qualitative du rôle de la protéine vis-à-vis de l'obtention ou non d'une émission radiative : il apparaît que la protéine permet la fluorescence en bloquant les processus qui la désactivent ; ces processus de désactivation sont très rapides et efficaces (à l'échelle de la picoseconde) dans le cas du chromophore seul, et ils sont bien identifiés comme étant des torsions autour des liaisons intercycles (tau et phi). Dans la protéine, la sensibilité des temps de vie de fluorescence à des mutations proches ou non du chromophore, à des modifications de pH ou de température laisse supposer un contrôle de la dynamique du chromophore par différents paramètres, sans qu'ils soient pour autant identifiés et mis en relation.Une étude de la dynamique de la protéine permettrait de faire la lumière sur les mécanismes responsables de ces phénomènes photophysiques pour lesquels une analyse structurale ne suffit pas. Cependant l'étude de la dynamique est limitée par la taille du système (>30 000 atomes), par l'échelle de temps des phénomènes photophysiques considérés (dizaine de nanosecondes) et par le fait que les deux torsions tau et phi sont fortement couplées dans l'état excité du chromophore. Ces trois facteurs excluent les méthodes de dynamique existantes aujourd'hui ; dynamique quantique (AIMD), dynamique mixte classique-quantique (QM/MD) et dynamique moléculaire classique (MD).Nous avons surmonté le problème par la modélisation de la surface d'énergie potentielle de torsion du chromophore à l'état excité basée sur des calculs quantiques de haute précision, par une interpolation des valeurs obtenues par une expression analytique appropriée en fonction des angles de torsion tau et phi et avec une précision suffisante pour reproduire des barrières de l'ordre de la kcal/mol, et enfin, par l'implémentation de cette expression analytique dans le programme parallèle AMBER. Une deuxième difficulté théorique concerne la simulation et l'analyse statistique d'événements peu fréquents à l'échelle de la nanoseconde, et dont on ne connait pas le chemin de réaction, ici les déformations de la protéine et du chromophore conduisant aux géométries favorables à la conversion interne. Grâce à ces développements et aux simulations qu'ils ont permises, nous avons réalisé la première modélisation de la désactivation non-radiative par conversion interne à l'échelle de la nanoseconde dans trois protéines fluorescentes différentes. L'analyse des dynamiques moléculaires classiques nous donne une évaluation quantitative des temps de vie de l'extinction de fluorescence, en accord avec les données expérimentales. Par ailleurs elle nous a permis d'identifier les mouvements moléculaires concertés de la protéine et du chromophore conduisant à cette extinction. De ces résultats, émerge une représentation plus complète du mécanisme qui libère la torsion du chromophore ou qui la déclenche : il peut venir d'un mouvement spécifique de la protéine, qui se produit à l'échelle de la nanoseconde, ou bien de plusieurs mouvements spécifiques, plus fréquents (rupture de liaisons hydrogène, rotation de chaînes latérales, dynamique d'agrégats d'eau), mais qui coïncident seulement à l'échelle de la nanoseconde. Ces mouvements spécifiques n'ont pas un coût énergétique important mais la nécessité de leur coïncidence crée un délai de l'ordre de quelques nanosecondes alors que dans le vide la torsion se produit en quelques picosecondes. Dans le cas des protéines étudiées, on a identifié en grande partie les mécanismes et les acides aminés qui sont impliqués.

Cette thèse porte sur l'étude de sources lasers à base d'ions Yb3+ pour une émission autour de 1um. Le premier objectif de ce travail était d'étudier des cristaux massifs dopés Yb3+ fabriqués au CIRIL pour réaliser des sources lasers en régime continu et en régime à impulsions brèves. Pour cela, nous avons concentré notre attention sur la matrice de CaF2 dopée Yb3+ qui combine les propriétés des cristaux (bonne conductivité thermique) et des verres (larges bandes d'émission). Bien que largement étudié par le passé, le CaF2 dopé par de l'ytterbium trivalent n'avait pas encore fait l'objet d'une étude spectroscopique détaillée. L'examen du fonctionnement laser a donc été précédé d'une étude spectroscopique pour de faibles et de forts taux de dopage en ions Yb3+. Les sites dits isolés ainsi que les agrégats d'ions terres rares ont pu être caractérisés clairement. Une étude laser expérimentale et théorique a ensuite été menée qui a conduit à d'excellentes performances, en régime continu ou femtoseconde, plaçant le CaF2:Yb3+ comme un des plus sérieux candidats pour ce type de source. Le second objectif de cette thèse était l'étude d'une source laser en optique intégrée émettant à 980 nm, utile dans le domaine des télécommunications (pompage des amplificateurs dopés erbium). Deux voies d'exploration ont été examinées, l'une sur des guides de SiO2:Yb,Ti,Ge fabriqués par pulvérisation magnétron réactive et l'autre sur des guides de CaF2:Yb3+ élaborés par implantation ionique. De premiers résultats expérimentaux ont été obtenus, et un modèle laser théorique nous a permis de prédire l'émission laser à 980 nm dans ce type de structure.

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'influence d'un environnement de gaz rare sur les propriétés statiques et dynamiques de petites molécules de sodium. Les différentes propriétés physicochimiques de ce système permettent une modélisation à deux niveaux dans laquelle seuls les degrés de liberté associés aux électrons de valence de la molécule sont traités quantiquement. Nous avons développé une approche générale permettant de traiter le problème de la structure électronique de la molécule immergée par une méthode d'interaction de configurations, dans laquelle ses noyaux et les atomes de gaz rare sont traités en dynamique moléculaire classique d'atomes polarisables.<br />En adaptant ce modèle théorique, à l'atome et aux dimères de sodium immergés dans des matrices d'argon, nous avons déterminé la géométrie d'équilibre et les propriétés spectrales de ces systèmes. Le site de piégeage le plus favorable du dimère est différent selon qu'il soit chargé ou pas. Nous retrouvons ce résultat de manière dynamique si l'on procède à l'ionisation du Na2 immergé. <br />En étudiant la dynamique sur le premier état excité de Na2+, nous avons observé l'importance de la taille de la matrice sur la dissociation de ce dimère. Nous avons ainsi déterminé un nombre critique d'argon au-delà duquel la dissociation est empêchée dû à un changement de site du Na2+ au sein de sa rangée d'insertion. Mais en introduisant les couplages non adiabatiques au moyen d'un algorithme de saut de surfaces, ce changement de site, observé pour les systèmes comportant plus d'une centaine d'argon, est avorté grâce à une désexcitation non radiative vers l'état fondamental au bout de quelques picosecondes.