Les oxydes de métaux de transition sont largement utilisés en raison de leurs propriétés fondamentales intéressantes et de leurs applications importantes. En particulier, CuCrO2 est d’un intérêt particulier parce qu’il possède un état multiferroïque en absence de champ magnétique. Dans cette thèse, nous modélisons les propriétés magnéto-électriques de CuCrO2 par simulations Monte Carlo basées sur des paramètres magnétiques déterminés par calculs ab initio. Nous étudions également l’effet du dopage du Ga sur les propriétés magnéto-électriques du composé CuCr1-xGaxO2 (0 ≤ x ≤ 0:3). Nos résultats sontqualitativement en accord avec les observations expérimentales. / Transition metal oxides are widely used due to their interesting fundamental properties and important applications. In particular, CuCrO2 is of special interest because it enters the multiferroic state in zero magnetic fields. In this thesis we model the magnetoelectric properties of CuCrO2 using Monte Carlo simulations with the help of ab initio calculations.We also investigate the effect of Ga doping on the magnetoelectric properties of CuCr1-xGaxO2 (0 ≤ x ≤ 0:3). Our results are well comparable to the experimental observations.

L’étude de la dynamique d’un faisceau d’ions de haute intensité dans les lignes de basse énergie (LBE)représente l’un des défis majeurs de la science des accélérateurs. basse énergie, cette dynamique est dominée par le champ de charge d’espace induit par le faisceau lui-même, qui en général est non linéaire et peut entrainer des phénomènes de halo, de grossissement d’émittance et de pertes de faisceau. Toutefois, un faisceau à basse énergie se propageant dans une LBE induit l’ionisation du gaz résiduel présent dans la chambre. Les particules (ions et électrons) issues de l’ionisation sont repoussées ou attirées radialement par le champ de charge d’espace en fonction du signe de leur charge. D’autres réactions physiques ont lieu dans la ligne basse énergie, jouant ainsi un rôle dans la dynamique du faisceau et sur l’établissement du temps et du taux de compensation de charge d’espace. Afin d’obtenir des résultats prédictifs et fiables quantitativement, des simulations de transport de faisceau en régime de compensation de charge d’espace avec le code de calcul warp ont été réalisées en prenant également compte les réactions physiques les plus probables. On discutera ensuite des résultats de ces simulations en lien avec ceux issus de différentes compagnes de mesure réalisées auprès des LBE des projets MYRRHA et IFMIF. / The study of intense ion beam dynamics in lowenergy beam transport line (LEBT) representsone of the most important challenges inaccelerating sciences. At low energy, it isdominated by the space-charge field created bythe beam itself, which is generally non-linearand can induce halo, emittance growth and beamlosses. But, a ion beam at low energypropagating in a LEBT ionises the residual gas.The particles (ions and electrons) fromionisation are repelled or confined radially bythe space charge field according to their chargesign.Other interactions take place in the LEBT,modifying the beam dynamics and the space chargecompensation time and the space-chargecompensation yield. In order to obtain predictiveand precise results quantitatively, numericalsimulations of beam transport in space-chargecompensation regime with WARP code havebeen realized taking account the most probablephysical interactions. Then, we will discuss theresults with comparisons with experimental dataobtained on the MYRRHA and IFMIF LEBT’s

Malgré de récentes avancées, les traitements par radiothérapie (RT) demeurent insatisfaisants : la tolérance des tissus sains aux rayonnements limite la délivrance de fortes doses (potentiellement curatives) à la tumeur. Pour remédier à ce problème, de nouvelles approches basées sur des modes de dépôt de dose innovants sont aujourd’hui à l’étude. Parmi ces approches, la technique synchrotron “Minibeam Radiation Therapy” (MBRT) a démontré sa capacité à élever la résistance des tissus sains aux rayonnements, ainsi qu’à induire un important retard de croissance tumorale. La MBRT combine des faisceaux submillimétriques à un fractionnement spatial de la dose. Dans ce contexte, l’alliance de la balistique plus avantageuse des particules chargées (et leur sélectivité biologique) à la préservation des tissus sains observée en MBRT permettrait de préserver d’avantage les tissus sains. Cette stratégie innovante a été explorée durant ce travail de thèse. Deux voies ont notamment été étudiées: la MBRT par faisceaux de protons (pMBRT), et d’ions très lourds. Premièrement, la preuve de concept expérimentale de la pMBRT a été réalisée dans un centre clinique (Institut Curie, Centre de Protonthérapie d’Orsay). De plus, l'évaluation de potentielles optimisations de la pMBRT, à la fois en terme de configuration d’irradiation et de génération des minifaisceaux, a été menée dans une étude Monte Carlo (MC). Dans la seconde partie de ce travail, un nouvel usage potentiel des ions très lourds (néon et plus lourds) en radiothérapie a été évalué dans une étude MC. Les combiner à un fractionnement spatial permettrait de tirer profit de leur efficacité dans le traitement de tumeurs radiorésistantes (hypoxiques), un des principaux défis de la RT, tout en minimisant leurs effets secondaires. Les résultats obtenus au terme de ce travail sont favorables à une exploration approfondie de ces deux approches innovantes. Les données dosimétriques compilées dans ce manuscrit serviront à guider prochaines les expérimentations biologiques. / Despite recent breakthroughs, radiotherapy (RT) treatments remain unsatisfactory : the tolerance of normal tissues to radiations still limits the possibility of delivering high (potentially curative) doses in the tumour. To overcome these difficulties, new RT approaches using distinct dose delivery methods are being explored. Among them, the synchrotron minibeam radiation therapy (MBRT) technique has been shown to lead to a remarkable normal tissue resistance to very high doses, and a significant tumour growth delay. MBRT allies sub-millimetric beams to a spatial fractionation of the dose. The combination of the more selective energy deposition of charged particles (and their biological selectivity) to the well-established normal tissue sparing of MBRT could lead to a further gain in normal tissue sparing. This innovative strategy was explored in this Ph.D. thesis. In particular, two new avenues were studied: proton MBRT (pMBRT) and very heavy ion MBRT. First, the experimental proof of concept of pMBRT was performed at a clinical facility (Institut Curie, Orsay, France). In addition, pMBRT setup and minibeam generation were optimised by means of Monte Carlo (MC) simulations. In the second part of this work, a potential renewed use of very heavy ions (neon and heavier) for therapy was evaluated in a MC study. Combining such ions to a spatial fractionation could allow profiting from their high efficiency in the treatment of hypoxic radioresistant tumours, one of the main challenges in RT, while reducing at maximum their side effects. The promising results obtained in this thesis support further explorations of these two novel avenues. The dosimetry knowledge acquired will serve to guide the biological experiments.

Ce document contient un rapport scientifique résultant de plus de quatre années de recherche théorique et expérimentale sur un type particulier de systèmes physico-chimiques appelés hydrates de clathrates de gaz. Ces systèmes sont des composés d'inclusion constitués d'un cadre aqueux tridimensionnel contenant des molécules de gaz avec de faibles moments dipolaires dans leurs cavités. Les hydrates de clathrate de gaz sont très importants dans une grande variété de domaines scientifiques liés aux sciences de la vie ou à la planétologie, et ils sont également considérés comme une ressource naturelle principale pour l'industrie de l'énergie. Habituellement, les hydrates de clathrate de gaz nécessitent une pression élevée et une température basse pour être thermodynamiquement stables. En fonction de ces conditions, différentes phases ont été détectées, les plus courantes étant les structures cubiques sI et sII, la sH hexagonale et la structure de glace remplacée orthorhombique (FIS). Notre étude a considérablement progressé dans la connaissance du comportement du méthane et des hydrates de clathrate de dioxyde de carbone dans différentes conditions de pression et de température. En particulier, nous avons contribué à : (i) la détermination et la compréhension des régions thermodynamiques de stabilité, (ii) la caractérisation d'une structure haute pression controversée et (iii) la mise en place d'un nouvel équipement expérimental pour les mesures Raman dans une gamme de pression jusqu'à 1 GPa [...] / This document contains a scientific report resulting from more than four years of theoretical and experimental research on a particular kind of physicochemical systems called gas clathrate hydrates. These systems are inclusion compounds constituted by a three dimensional water framework hosting gas molecules with low dipolar moments in its cavities. Gas clathrate hydrates are very important in a great variety of scientific fields related to life sciences or planetology, and they are also considered as a main natural resource for the energy industry. Usually, gas clathrate hydrates need high pressure and low temperature to be thermodynamically stable. Depending on these conditions, differentphases have been detected being the most common ones the cubic structuressI and sII, the hexagonal sH, and the orthorhombic Filled Ice Structure(FIS). Our study has substantially advanced in the knowledge of the behaviorof methane and carbon dioxide clathrate hydrates under different pressure andtemperature conditions. In particular, we have contributed to: (i) the determination and understanding of stability thermodynamic regions, (ii) the characterizationof a controversial high-pressure structure, and (iii) setting up a new experimental equipment for Raman measurements in a pressure range up to 1 GPa [...] / Este documento contiene el informe científico resultante después de más de cuatro años de investigación teórica y experimental sobre un tipo particular de sistemas físico-químicos llamados clatratos hidratos de gas. Estos sistemas son compuestos de inclusión constituidos por un armazón tridimensional de agua que aloja en sus cavidades moléculas de gas con momentos dipolares bajos.Los clatratos hidratos de gas son muy importantes en una gran variedad de campos científicos relacionados con las ciencias de la vida o la planetología, y también se consideran como uno de los principales recursos naturales para la industria energética. Por lo general, los clatratos hidratos de gas necesitan alta presión y baja temperatura para ser termodinámicamente estables.Dependiendo de estas condiciones, se han detectado diferentes fases siendo las más comunes las estructuras cúbicas sI y sII, hexagonal sH y la estructura ortorrómbica de hielo relleno (FIS). Nuestro estudio ha avanzado sustancialmente en el conocimiento del comportamiento de los clatratos hidratos de metano y dióxido de carbono en diferentes condiciones de presión y temperatura, proporcionando (i) regiones termodinámicas de estabilidad, (ii) la caracterización de una estructura de alta presión controvertida y (iii) un nuevo equipo experimental para mediciones Raman en un rango de presión de hasta 1 GPa [...]

Cette thèse a permis d'explorer l'apport des variables polarimétriques radar (aux longueurs d'onde centimétriques), sensibles aux propriétés microphysiques des hydrométéores, pour les modèles de prévision numérique à échelle convective. Dans la première partie de la thèse, un opérateur d'observation radar polarimétrique, cohérent avec les paramétrisations microphysiques à 1 moment couramment utilisées par les modèles opérationnels à échelle convective a été développé. Des comparaisons entre données simulées et observées pour tous les types de radar (S, C et X) ont été réalisées pour deux cas d'étude convectifs, et ont permis de valider l'opérateur d'observation. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à la conception et au test d'une méthode d'assimilation des variables polarimétriques, s'appuyant sur la méthode opérationnelle 1D+3D-Var, d'assimilation des réflectivités radar dans le modèle AROME. La méthode de restitution bayésienne 1D des profils d'humidité a été adaptée, afin d'inclure la phase différentielle spécifique et la réflectivité différentielle, en plus de la réflectivité, dans le vecteur d'observation. Plusieurs options de la méthode de restitution ont été testées et évaluées par des comparaisons aux observations radar et GPS. Des expériences d'assimilation menées sur deux cas convectifs ont ensuite été réalisées et ont permis d'évaluer l'impact des observations polarimétriques sur les champs analysés d'humidité ainsi que sur les prévisions de réflectivité et de cumuls de précipitation. / This PhD has explored the benefits of polarimetric variables (for centimeter wavelength radars), which are sensitive to the microphysical properties of hydrometeors, for convective scale numerical prediction models. In the first part of the PhD, a radar forward operator, consistent with the bulk 1 moment microphysical schemes typically used by the operational convective scale models, has been designed. Comparisons between observed and simulated variables for all radar types (S, C, X) have been performed for two convective cases, and helped validate the forward operator. Following these comparisons, quality controls have been specified so as to limitate the errors on the polarimetric variables before using them for assimilation. In the second part of the PhD, an assimilation method for polarimetric variables, based on the operational 1D+3D-Var assimilation method used for radar reflectivities in AROME model has been designed. The Bayesian retrieval of 1D humidity profiles has been adapted in order to include differential reflectivity and specific differential phase within the observation vector. Different options of the methodology have been tested and evaluated by comparisons with radar and GPS observations. Assimilation experiments conducted for two convective cases demonstrated an impact on analysed humidity fields. The effect of the assimilation of polarimetric variables on forecasted reflectivities and precipitation accumulations was also evaluated.

La présence de structures de vapeur dans la machine peut provoquer des dommages structurels et altérer les performances de la turbine. Ainsi, l’étude de la cavitation dans les machines hydrauliques est d’un très grand intérêt pour les industriels. Parmi les turbines hydrauliques, les turbines Kaplan sont réputées pour leur flexibilité. En effet, l’ouverture des directrices et la position des aubes de la roue peuvent être régulées en continu pendant l’utilisation de la machine, optimisant son rendement sur une large plage de fonctionnement. En contrepartie, Cela implique la présence de jeux entre les parties fixes et mobiles des turbines Kaplanà qui conduit à des structures de cavitation supplémentaires à ce niveau des machines. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est de développer une méthodologie numérique capable de prédire et de caractériser la cavitation dans des turbines Kaplan et son impact sur les performances de la machine. Dans cette thèse, un modèle réduit de turbine Kaplan à 5 pales a été analysé. Les équations RANS/URANS ont été résolues,modélisant l’écoulement cavitant à l’aide d’une approche homogène et d’une loi d’état de type barotrope. Tout d’abord, la méthodologie a été définie pour des conditions de fonctionnement optimales, puis elle a été testée également sur un point de fonctionnement à forte charge. La méthode numérique de prédiction de la cavitation qui a été développée a pu être validée à l’aide de données expérimentales. Les prédictions numériques des performances et de l’évolution des structures de vapeur obtenues en appliquant la nouvelle stratégie de calcul de la cavitation sont en très bon accord quantitatif et qualitatif avec les données expérimentales. Une fois que la méthodologie numérique a été définie, des analyses approfondies de l’évolution des écoulements cavitants dans la machine ont été effectuées. L’approche développée apparaît très fiable, robuste et précise. / The presence of cavitation phenomena in hydraulic machines cause several structural damages and alter the machine performances. Hence, the investigation of the cavitation in hydraulic turbine is of great industrial interest. Amongthe hydraulic turbine, Kaplan turbine are known for their flexibility. The guide vane opening and the runner blade position can be continuously regulated during machine operation maximizing the efficiency for a large range of operating conditions. This implies the presence of shroud and hub gaps that leads to additional cavitation structures in the runner. In this context, the principal aim of this thesis is the development of a numerical methodology able to predict and characterize the cavitation in Kaplan turbine and its impact on the machine performance. The analysis refers to a scale model of a 5-blades Kaplan turbine. RANS/URANS equations have been solved modeling the cavitating flow by using a homogeneous approach and a barotropic state law. The methodology have been defined for optimal operating conditions and, after has been tested also on the full load operating point. Experimental data have been used to validate the developed numerical method of cavitation prediction. The numerical predictions of the performances and the vapor structures obtained by applying the new cavitation calculations strategy are in very good quantitative and qualitative agreement with the available experimental data. Once the numerical methodology has been defined in-deep analyses of the cavitating flow evolution in the machine have been performed. The developed approach appears to be very reliable, robust and precise.

Afin d'étudier les limites d'existence de la chaîne isotopique des azotes, une expérience a été menée au RIBF-RIKEN en utilisant le spectromètre SAMURAI couplé au détecteur de neutrons NEBULA. Les systèmes étudiés - 23N*, 24N et 25N ont été produits via des réactions de knockout de quelques nucléons ou de fragmentation à partir de faisceau secondaires de haute énergie (~250 MeV/nucléon). La méthode utilisée pour caractériser ces systèmes est celle de la masse invariante qui nécessite la cinématique complète des réactions étudiées. Pour interpréter les résultats, une simulation de la totalité du dispositif expérimental a été utilisée. L'étalonnage des détecteurs et les techniques d'analyse ont été testés en sondant l'état fondamental connu du 16B. Dans le cas du 23N, une étude de spectroscopie gamma en vol a permis de confirmer qu'il ne possédait pas d'état excité lié. Nous avons pu le sonder à travers 3 voies de réactions distinctes : Le knockout d'un proton du 24O, la fragmentation à partir du 27Ne et la diffusion inélastique. Dans tous les cas, nous avons observé une résonance l=0 à environ 3,5 MeV d'énergie d'excitation. Cette résonance a été interprétée, en s'appuyant sur des calculs de modèle en couche, comme le premier état excité du 23N de spin parité Jpi=3/2-. Dans l'ensemble des voies une seconde résonance possédant une énergie d'excitation d'environ 5 MeV était nécessaire pour décrire les spectres en énergie-relative fragment-neutron mesurés.Le 24N a été observé pour la première fois lors de notre expérience comme une résonance autour de 1,3 MeV au dessus du seuil d'émission neutron. Nous avons pu sonder ce système via 4 réactions, le knockout de deux ou trois protons respectivement du 26F et du 27Ne et des réactions de fragmentation à partir du 27F et du 28Ne. L'ensemble de ces spectres peut être ajusté à l'aide d'une résonance l=2. Des considérations théoriques simples nous suggèrent que cette dernière correspond au doublet 2-,1- prédit comme l'état fondamental du 24N par le modèle en couche.Le 25N a également été observé pour la première fois lors de notre expérience. Malgré une statistique relativement limitée, les spectres des réactions de knockout de deux et trois protons du 27F et 28Ne, montrent une structure claire environ 1,7 MeV au dessus du seuil d'émission de deux neutrons qui peut être identifiée comme l'état fondamental 1/2- prédit par le modèle en couche. / To study the most neutron-rich nitrogen isotopes an experiment has been undertaken at the RIBF-RIKEN using the SAMURAI spectrometer and NEBULA neutron array. The nuclei of interest - 23N*, 24N and 25N - were produced via nucleon knockout and fragmentation reactions from high-energy (~250 MeV/nucleon) secondary beams. The technique of invariant-mass spectroscopy, which requires the measurement in complete kinematics of the beam-like reaction products, was employed to characterise these unbound systems. In the case of the 23N, in-flight gamma-ray spectroscopy was performed and it has been possible to confirm that it has no bound excited states. Three reaction channels - the knockout of a proton from 24O, the fragmentation of 27Ne and inelastic scattering – were employed to search for unbound excited states. In all these channels, an l=0 resonance was observed at around 3.5 MeV excitation energy. This resonance is interpreted, through comparison with shell model calculations, as the Jpi=3/2- first excited state of 23N. In all channels, another resonance with an excitation energy of close to 5 MeV was necessary to fully describe the fragment-neutron relative energy spectra. The nucleus 24N was observed here for the first time as resonance-like peak some 1.3 MeV above the one-neutron decay threshold. Four reaction channels were investigated: the knockout of two and three protons from 26F and 27Ne, respectively, and fragmentation of 27F and 28Ne. All the relative energy spectra were consistent with the population of an l=2 resonance. Simple considerations suggest that this is the 2-,1- ground-state doublet predicted by the shell model. The nucleus 25N was also observed here for the first time. Despite the relatively limited statistics, both two-proton and three-proton removal from 27F and 28Ne, exhibited a clear structure some 1.7 MeV above the two-neutron decay threshold which, based on simple considerations, may be identified with the expected 1/2- ground state.

This thesis explores the use of computational chemistry and machine learning techniques to aid in the design of Metal-Organic Frameworks (MOFs) for use in postcombustion carbon capture and storage (PoC-CCS). PoC-CCS is an ongoing field of research which aims to selectively remove carbon dioxide, an important greenhouse gas, from the exhaust of fossil-fuel burning powerplants. By using a suite of advanced simulation techniques, high-throughput screenings were performed on thousands of MOFs to study their behaviour in a pressure swing adsorption (PSA) system. To develop a comprehensive picture of a material’s performance, the behaviour of individual gas molecules within the pores of the crystal structures to the material’s performance in industrial scale PSA columns was evaluated. To study the behaviour of individual gas molecules within the pores of a MOF, a new algorithm which can accurately determine the locations of gas binding sites was developed. This algorithm, which relies on probability distributions generated through grand canonical Monte Carlo simulations (GCMC), was optimized for CO2 with the goal of use in high-throughput screening. By tuning the user-controlled parameters for a desired gas, this algorithm, which was named the Guest Atom Localization Algorithm (GALA), was shown to accurately reproduce experimentally determined binding sites while being run in a high-throughput manner with no user intervention. Studying MOFs at the pore or crystal scale in this manner provides valuable insights into the behaviour of gases within the materials. A major shortcoming, however, is the lack of direct insight into the material’s behaviour in industrial systems. Materials scientists and MOF chemists have historically focused on a set of performance metrics measured at this scale; however, no clear connection can be made between such metrics and the performance of that sorbent material in a PSA column. To bridge this gap between MOF chemists and the process engineers studying the PSA systems, a large-scale screening of MOFs was performed using a sophisticated PSA simulator designed to reproduce the performance of an 80 kg PSA column. By supplying isotherms obtained using GCMC simulations to be used as inputs into the PSA simulator, a multi-scale high-throughput screening of MOFs for PoC-CCS was performed for the first time under coal-fired powerplant conditions. This multi-scale screening provided the ideal conditions to study the materials science performance metrics and their relationships to industrial PSA performance. To study this relationship, a series of machine learning and artificial intelligence techniques were employed. The primary goal was to extract important relationships between the materials science and industrial PSA performance metrics, with a secondary goal of developing a predictive model which could be used to accelerate the pace of materials discovery. Through the use of machine learning, several metrics were identified which could be used to predict whether a material could meet the minimum target of 95 % purity of captured CO2, and 90 % removal (or recovery) of CO2 from the flue gas stream. Among them was the isotherm parameters for N2, the most abundant species in the flue gas. This finding was significant as to date the focus among MOF chemists studying the PoC-CCS system was placed primarily on the CO2 metrics, with N2 only implicitly considered when calculating the CO2/N2 selectivity. Although several metrics were identified which could predict the purity and recovery targets, none of the conventional metrics tested could be used to estimate the energetic cost of capture or the size of the capture plant, both important considerations in evaluating the cost of capture. The relationship between N2 binding within the pores of the MOF and its ability to meet the purity-recovery targets was explored using GALA. Using a Tanimoto similarity metric and the ratio of single component and competitive loadings, the CO2 and N2 binding environments were studied. It was determined that when the N2 binding environment was significantly altered by the presence of CO2, the material was more likely to meet the purity-recovery targets. Further analysis found that this change in binding environments was correlated to a reduced N2 uptake in the presence of CO2, implying that the competition for binding sites within the pores of the MOF is an important indicator for the material’s ability to meet the purity-recovery target. For the first time, a direct relationship between the behaviour of individual gas molecules to industrial PSA performance can be reported. Although the PSA simulator used throughout this work has proven to be a powerful tool for materials discovery, several shortcomings still exist. The first is the method used by the simulator to predict the loadings at various points within the column. This method relies on single component isotherm data despite the ability of GCMC to simulate multi-component isotherms. An alternative method to using single component isotherms was proposed which relies on multi-component isotherm data and a linear interpolation model. The existing method was compared to the new proposed interpolation method, and it was found that the loadings predicted using the interpolation method were more accurate. The second shortcoming of the PSA simulator is the computational expense associated with the optimizations. Using the PSA simulator, a single material may take up to a week to be fully optimized on a high-performance computing cluster. To increase the pace of materials discovery, a surrogate model was developed using the data accumulated over the course of the work presented in this thesis. Using artificial neural networks, a suite of models was developed which reproduces the outputs of the PSA simulator and is able to optimize a single MOF in a matter of minutes. This suite of models, known as the Fossil Fuel Combustion for Carbon Capture and Storage (FoCAS) was used to perform a screening of over 4,000 materials.

Les situations dans lesquelles une onde de choc interagit avec une couche limite sont nombreuses dans les industries aéronautiques et spatiales. Sous certaines conditions (nombre de Mach élevé, grand angle de choc…), ces interactions entrainent un décollement de la couche limite. Des études antérieures ont montré que la zone de recirculation et le choc réfléchi sont tous deux soumis à un mouvement d'oscillation longitudinale à basse fréquence connu sous le nom d’instabilité de l’interaction onde de choc / couche limite (IOCCL). Ce phénomène appelé soumet les structures à des chargement oscillants à basse fréquence qui peuvent endommager les structures.L’objectif du travail de thèse est de réaliser des simulations instationnaires de l’IOCCL afin de contribuer à une meilleure compréhension de l’instabilité de l’IOCCL et des mécanismes physiques sous-jacents.Pour effectuer cette étude, une approche numérique originale est utilisée. Un schéma « One step » volume fini qui couple l’espace et le temps, repose sur une discrétisation des flux convectifs par le schéma OSMP développé jusqu’à l’ordre 7 en temps et en espace. Les flux visqueux sont discrétisés en utilisant un schéma aux différences finies centré standard. Une contrainte de préservation de la monotonie (MP) est utilisée pour la capture de choc. La validation de cette approche démontre sa capacité à calculer les écoulements turbulents et la grande efficacité de la procédure MP pour capturer les ondes de choc sans dégrader la solution pour un surcoût négligeable. Il est également montré que l’ordre le plus élevé du schéma OSMP testé représente le meilleur compromis précision / temps de calcul. De plus un ordre de discrétisation des flux visqueux supérieur à 2 semble avoir une influence négligeable sur la solution pour les nombres de Reynolds relativement élevés considérés.En simulant un cas d’IOCCL 3D avec une couche limite incidente laminaire, l’influence des structures turbulentes de la couche limite sur l’instabilité de l’IOCCL est supprimée. Dans ce cas, l’unique cause d’IOCCL suspectée est liée à la dynamique de la zone de recirculation. Les résultats montrent que seul le choc de rattachement oscille aux fréquences caractéristiques de la respiration basse fréquence du bulbe de recirculation. Le point de séparation ainsi que le choc réfléchi ont une position fixe. Cela montre que dans cette configuration, l’instabilité de l’IOCCL n’a pas été reproduite.Afin de reproduire l’instabilité de l’IOCCL, la simulation de l’interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente est réalisée. Une méthode de turbulence synthétique (Synthetic Eddy Method - SEM) est développée et utilisée à l’entrée du domaine de calcul pour initier une couche limite turbulente à moindre coût. L’analyse des résultats est effectuée en utilisant notamment la méthode snapshot-POD (Proper Orthogonal Decomposition). Pour cette simulation, l’instabilité de l’IOCCL a été reproduite. Les résultats suggèrent que la dynamique du bulbe de recirculation est dominée par une respiration à moyenne fréquence. Ces cycles successifs de remplissage / vidange de la zone séparée sont irréguliers dans le temps avec une taille maximale du bulbe de recirculation variant d’un cycle à l’autre. Ce comportement du bulbe de recirculation traduit une modulation basse fréquence des amplitudes des oscillations des points de séparation et de recollement et donc une respiration basse fréquence de la zone séparée. Ces résultats suggèrent que l’instabilité de l’IOCCL est liée à cette dynamique basse fréquence du bulbe de recirculation, les oscillations du pied du choc réfléchi étant en phase avec le point de séparation. / Situations where an incident shock wave impinges upon a boundary layer are common in the aeronautical and spatial industries. Under certain circumstances (High Mach number, large shock angle...), the interaction between an incident shock wave and a boundary layer may create an unsteady separation bubble. This bubble, as well as the subsequent reflected shock wave, are known to oscillate in a low-frequency streamwise motion. This phenomenon, called the unsteadiness of the shock wave boundary layer interaction (SWBLI), subjects structures to oscillating loads that can lead to damages for the solid structure integrity.The aim of the present work is the unsteady numerical simulation of (SWBLI) in order to contribute to a better understanding of the SWBLI unsteadiness and the physical mechanism causing these low frequency oscillations of the interaction zone.To perform this study, an original numerical approach is used. The one step Finite Volume approach relies on the discretization of the convective fluxes of the Navier Stokes equations using the OSMP scheme developed up to the 7-th order both in space and time, the viscous fluxes being discretized using a standard centered Finite-Difference scheme. A Monotonicity-Preserving (MP) constraint is employed as a shock capturing procedure. The validation of this approach demonstrates the correct accuracy of the OSMP scheme to predict turbulent features and the great efficiency of the MP procedure to capture discontinuities without spoiling the solution and with an almost negligible additional cost. It is also shown that the use of the highest order tested of the OSMP scheme is relevant in term of simulation time and accuracy compromise. Moreover, an order of accuracy higher than 2-nd order for approximating the diffusive fluxes seems to have a negligible influence on the solution for such relatively high Reynolds numbers.By simulating the 3D unsteady interaction between a laminar boundary layer and an incident shock wave, we suppress the suspected influence of the large turbulent structures of the boundary layer on the SWBLI unsteadiness, the only remaining suspected cause of unsteadiness being the dynamics of the separation bubble. Results show that only the reattachment point oscillates at low frequencies characteristic of the breathing of the separation bubble. The separation point of the recirculation bubble and the foot of the reflected shock wave have a fixed location along the flat plate with respect to time. It shows that, in this configuration, the SWBLI unsteadiness is not observed.In order to reproduce and analyse the SWBLI unsteadiness, the simulation of a shock wave turbulent boundary layer interaction (SWTBLI) is performed. A Synthetic Eddy Method (SEM), adapted to compressible flows, has been developed and used at the inlet of the simulation domain for initiating the turbulent boundary layer without prohibitive additional computational costs. Analyses of the results are performed using, among others, the snapshot Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique. For this simulation, the SWBLI unsteadiness has been observed. Results suggest that the dominant flapping mode of the recirculation bubble occurs at medium frequency. These cycles of successive enlargement and shrinkage of the separated zone are shown to be irregular in time, the maximum size of the recirculation bubble being submitted to discrepancies between successive cycles. This behaviour of the separation bubble is responsible for a low frequency temporal modulation of the amplitude of the separation and reattachment point motions and thus for the low frequency breathing of the separation bubble. These results tend to suggest that the SWBLI unsteadiness is related to this low frequency dynamics of the recirculation bubble; the oscillations of the reflected shocks foot being in phase with the motion of the separation point.

La maladie d’Alzheimer touche plus de 40 millions de personnes dans le monde et résulte de l’agrégation du peptide beta-amyloïde de 40/42 résidus. En dépit de nombreuses études expérimentales et théoriques, le mécanisme de formation des fibres et des plaques n’est pas élucidé, et les structures des espèces les plus toxiques restent à déterminer. Dans cette thèse, je me suis intéressée à deux aspects. (1) La détermination du noyau de nucléation (N*) de deux fragments (Aβ)16-22 et (Aβ)37-42. Mon approche consiste à déterminer les paramètres OPEP du dimère (Aβ)16-22 en comparant des simulations Monte Carlo sur réseau et des dynamiques moléculaires atomiques par échange de répliques. Les paramètres fonctionnant aussi sur le trimère (Aβ)16-22 et les dimères et trimères (Aβ)37-42, j’ai étudié la surface d’énergie libre des décamères et mes simulations montrent que N* est de 10 chaines pour (Aβ)16-22 et est supérieure à 20 chaines pour (Aβ)37-42. (2) J’ai ensuite étudié les structures du dimère (Aβ)1-40 par simulations de dynamique moléculaire atomistique par échanges de répliques. Cette étude, qui fournit les conformations d’équilibre du dimère Aβ1-40 en solution aqueuse, ouvre des perspectives pour une compréhension de l’impact des mutations pathogènes et protectrices au niveau moléculaire. / The neurodegenerative Alzheimer's disease (AD) is affecting more than 40 million people worldwide and is linked to the aggregation of the amyloid-β proteins of 40/42 amino acids. Despite many experimental and theoretical studies, the mechanism by which amyloid fibrils form and the 3D structures of the early toxic species in aqueous solution remain to be determined. In this thesis, I studied the structures of the eraly formed oligomers of the amyloid-β peptide and the critical nucleus size of two amyloid-β peptide fragments using either coarse-grained or all-atom simulations. First, at the coarse-grained level, I developed a lattice model for amyloid protein, which allows us to study the nucleus sizes of two experimentally well-characterized peptide fragments (Aβ)16-22 and (Aβ)37-42 of the Alzheimer's peptide (Aβ)1-42. After presenting a comprehensive OPEP force-field parameterization using an on-lattice protein model with Monte Carlo simulations and atomistic simulations, I determined the nucleus sizes of the two fragments. My results show that the nucleation number is 10 chains for (Aβ)16-22 and larger than 20 chains for (Aβ)37-42. This knowledge is important to help design more effective drugs against AD. Second, I investigated the structures of the dimer (Aβ)1-40 using extensive atomistic REMD simulations. This study provides insights into the equilibrium structure of the (Aβ)1-40 dimer in aqueous solution, opening a new avenue for a comprehensive understanding of the impact of pathogenic and protective mutations in early-stage Alzheimer’s disease on a molecular level.