Cette thèse concerne l’étude théorique des mécanismes de couplage acousto-optique dans les matériaux nanostructurés : les cristaux à bandes interdites simultanées photoniques et phononiques, dénommés aussi cristaux phoXoniques. Le but de ce travail est d’explorer le potentiel de ces structures : réduire la consommation énergétique et la taille des composants, en exploitant les phénomènes de confinement et d’ondes lentes. Pour cette étude, des modèles numériques par éléments finis sont développés, ils visent à établir les conditions pour une efficacité accrue et à déterminer les paramètres des réseaux propres à favoriser de larges bandes interdites. La recherche des modes propres confinés optiques et acoustiques propices à l’interaction acousto-optique est ensuite entreprise. Des modèles numériques sont créés pour déterminer le couplage acousto-optique en tenant compte des mécanismes de couplage tels que l’effet photoélastique, optomécanique ou électrooptique.Plusieurs configurations d’interactions sont étudiées afin de déterminer l’impact de l’anisotropie des matériaux, des éléments de symétrie des modes de cavité, de la nature des réseaux et des matériaux qui les constituent tels que le silicium et le niobate de lithium.Enfin, un travail de conception à vocation applicatif est proposé. Il met en avant la possibilité d’exploiter les mécanismes de couplage dans un dispositif de type modulateur confiné dans une cavité acousto-optique. / Theoretical acousto-optic couplings mechanisms in nano-structured materials are investigated in the present thesis: the photonic and phononic crystals with simultaneous bandgaps, also named phoxonic crystals. The aim of the study consists in exploring their potential in order to reduce energy consumption, sizes of devices, by taking advantage ofthe confinement property and slow wave phenomena.For our investigations, numerical models, using finite element method, were developed to determine optimized conditions for a better efficiency and suitable parameters promoting wide bandgaps. Acoustic and optical confined modes search favorable for acousto-optic interaction is performed. Numerical models were created to compute the acousto-opticcouplings by taking into account various coupling mechanisms such as the photo-elastic, opto-mechanic and electro-optic effects.Many interaction configurations are investigated in order to determine the impact of material anisotropy, the cavity mode symmetries, various lattices or different materials such as silicon and lithium niobate.Finally, a first approach for a designed component is proposed. It shows the possibility to use coupling mechanisms for a device such as an optical modulator by using acousto-optic confined modes in a cavity.

Des films minces de W et de W-Cu ont été déposés par co-pulvérisation GLAD à partir de deux cibles opposées de W et Cu. Chaque cible a été focalisée sur le centre du substrat avec un angle d'inclinaison α = 80°. Plusieurs séries d’échantillons ont été réalisées en faisant varier différents paramètres expérimentaux : la pression de travail, l’épaisseur des films ainsi que les intensités du courant des cibles. La nature des films préparés et leurs propriétés ont été étudiées pour comprendre les corrélations entre les caractéristiques structurales et les comportements électriques des films. Les paramètres expérimentaux jouent un rôle fondamental sur la forme des colonnes, leur angle de croissance, et sur la composition élémentaire des films colonnaires de W-Cu. Une variation systématique de ces paramètres a permis de relier certaines caractéristiques morphologiques et structurales aux propriétés de transport électronique dans ces films colonnaires. Le cuivre a été dissout chimiquement afin d’obtenir une structure plus poreuse, ceci dans l’objectif d’améliorer l’anisotropie électrique. Parallèlement à cette approche expérimentale, un modèle théorique a été développé pour comprendre les propriétés de conduction dans les films en tenant compte de la géométrie anisotrope des colonnes. Ce modèle a été appliqué aux films de W et W-Cu bruts et gravés. / W and W-Cu thin films were deposited by the GLAD co-sputtering technique from two opposite targets: W and Cu. Each target was focused on the center of the substrate with a tilt angle of α = 80 °. Several series were prepared changing some experimental parameters: the sputtering pressure, the film’s thickness as well as the target currents. The nature of as-deposited films and their morphological properties were studied in order to understand the correlations between some structural characteristics and electrical behaviors of these structured films. The experimental parameters play a key-role on the shape of the columns, their angle of inclination, and the elemental composition of these W-Cu films. The influence of these parameters on the films morphology was demonstrated and related to the electronic transport properties in these columnar films. The copper was chemically etched in order to obtain a more porous structure, with the aim of improving the electrical anisotropy. A theoretical model was also developed in order to understand the electrical conductivity mechanism in these columnar films taking into account the anisotropic structure of the columns. This model was applied to W, as-deposited W-Cu and etched W-Cu films.

Les arbres urbains jouent un rôle écologique, sanitaire et esthétique majeur dans les villes modernes. L’évaluation des risques associés aux arbres dans les villes est essentiellement visuelle, alors que l'ampleur des dégâts internes et le danger associé ne peuvent pas être évalués avec précision par la seule observation. La tomographie par ultrasons pour la détection de la décomposition du bois dans les arbres vivants a été évaluée dans plusieurs études ; les auteurs ont indiqué que cette technique est appropriée pour l’évaluation de la qualité des arbres sur pied. Cependant, cette technique telle qu’utilisée actuellement présente quelques inconvénients : l'effet de l’anisotropie du bois dans la reconstruction de l’image n’est pas pris en compte (l’image obtenue est biaisée) ; la mesure de la vitesse de propagation est imprécise (nécessité de répéter les essais). Afin d’améliorer la tomographie par ultrasons, il est nécessaire de prendre en compte la complexité du matériau bois et de développer des techniques de traitement du signal et de reconstruction d'image adaptées à cette complexité.Une étude a été réalisée pour déterminer les paramètres du signal ultrasonore d'excitation, tels que la forme, la durée et la réponse en fréquence ; puis pour sélectionner une technique de détermination du TOF. Parmi toutes les configurations, celle qui présentait le moins de variations sur les mesures de TOF était la combinaison d’un signal « chirp » (signal modulé en fréquence autour d’une fréquence porteuse) avec la méthode de corrélation croisée.Un modèle numérique a ensuite été développé, avec l’équation de Christoffel, pour simuler la propagation des ondes dans le bois et déterminer le temps de propagation (TOF) de l’onde. La méthode de « raytracing » a été utilisée pour ce modèle. L'anisotropie dans le plan radial-tangentiel du bois modifie la forme des fronts d'onde par rapport au cas d’un matériau isotrope. Les rayons entre émetteur et récepteur sont courbes. Afin de comparer et de valider les résultats obtenus avec l'approche « raytracing », la méthode des éléments finis (FEM) a été utilisée pour modéliser la propagation des ondes élastiques dans le bois. Le modèle FEM a abouti à des estimations des TOF très proches de celles obtenues avec l'approche « raytracing ». Une validation expérimentale du modèle « raytracing » a été effectuée sur des disques de deux essences. Des défauts dans le tronc ont été créés en perçant des trous. Ces défauts ont été testés dans deux positions (centrée et excentrée). Les expériences réalisées ont permis d’obtenir des profils de temps de propagation similaires à ceux obtenus par le modèle numérique.Une méthode de reconstruction d'image tomographique 2D adaptée au bois a été développée. La méthode proposée prend en compte l'orthotropie locale du matériau avec une géométrie cylindrique ; c’est un processus itératif qui reconstruit à la fois les rayons de propagation et les propriétés intrinsèques locales du matériau. Quatre configurations numériques ont été testées représentant des cas réels généralement rencontrés sur le terrain. Les images reconstruites utilisant la méthode proposée ont été comparées à la méthode de reconstruction classique avec l’hypothèse d’isotropie (FBP, rayons droits). La comparaison des images obtenues a mis en évidence une identification et une quantification plus détaillées de l'état interne du tronc avec la méthode proposée. La méthode d'inversion proposée a ensuite été testée expérimentalement sur des échantillons de bois de deux essences pour trois configurations différentes : un cas sain, avec défaut centré et avec un défaut excentré. Comme pour la validation numérique, la méthode développée a permis d'obtenir une représentation plus précise des défauts par rapport à une reconstruction classique par rayons droits, en particulier dans le cas de défauts centrés. / The tree plays a major ecological role in modern cities. The management of the plants is the subject of requests from urban operators: the diagnosis is essentially visual, even when the extent of internal damage and the associated hazard cannot be precisely evaluated by simple observation. Ultrasonic imaging methods allow answering biological questions related to the adaptation of the tree to exogenous constraints, such as pathogenic attacks, presence, and type of internal damages, the extent of degraded or traumatized areas. The major scientific issues are linked to the image production (reconstruction of the intrinsic parameter from a set of measurements) and to the image interpretation (discrimination for detection of alterations and its positioning). The overall aim of this thesis was to develop an ultrasonic imaging method for the diagnosis of the internal condition of urban trees. The scientific objectives were to develop numerical models to study the factors of influence on the propagation of ultrasonic waves in the cross-section of a tree and to propose an image reconstruction solution, suited for orthotropic materials, allowing the discrimination and positioning of decay.Initially, to set-up the ultrasonic chain of measurement, a comparative experimental study was done to choose the excitation signal parameters, such as shape, temporal duration, and frequency response, and then the choice of a suitable time-of-flight determination technique. Then, we were concerned on evaluating the influence of the orthotropic condition of wood on the propagation of ultrasonic waves, by performing a time-of-flight (TOF) estimation using a raytracing approach, a method used in the field of exploration seismography to simulate wavefronts in elastic media. The anisotropy of wood in the radial-tangential plane influenced the wave velocity depending on the direction of propagation, that led to deformed wavefronts compared to the perfectly circular wavefronts for an isotropic case. The paths from each receiver to the transmitter in the wood presented a curvature, therefore the trajectories differed from the straight-line distance obtained for an isotropic case. A numerical comparison was made using the Finite Elements Method (FEM); the TOF estimates and wavefronts agreed with those of the raytracing approach. A similar experimental validation was performed. Wood sections from two species were tested. Defects in the wood were simulated by drilling holes. The shape of TOF curves computed using the raytracing algorithm and those obtained from the experiments were in good agreement.Then, we were interested in the influence of the wood orthotropic condition on the tomography image reconstruction process (inverse problem) and how it should be adapted to the standing tree constraints. For wood, the ray paths between the ultrasonic transmitter and the receivers are not straight as for isotropic media; therefore, the image reconstruction method should be adapted to deal with curved rays. The proposed method considers the orthotropy property of wood material, performing an iterative process that approximated the curved rays. Initially, four numerical configurations were tested representing real cases usually found in standing tree monitoring. The reconstructed images using the proposed method were compared with a straight-ray reconstruction method, highlighting a more detailed identification and quantification of the inner state of the anisotropic structure of the trunk. Then, the inversion procedure was tested using wood samples from two species for three different configurations: a healthy case, a centered defect case, and an off-centered defect case. As for the numerical study, the proposed method resulted in a more accurate defect representation when compared to a straight-ray reconstruction, especially for the case of centered defects.

Cette thèse est dédiée au développement et à la validation d'un nouveau modèle d'endommagement anisotrope pour le béton dans le cadre d'applications dynamiques. Le modèle d'endommagement développé par Desmorat et al. (2007) reproduit l'anisotropie induite de l'endommagement du béton par l'intermédiaire d'une variable tensorielle d'ordre 2. Ce modèle est étendu à la dynamique par l'introduction d'un «effet retard» dans la loi d'évolution de l'endommagement afin de reproduire l'effet de la vitesse sur le comportement du matériau. Cette dépendance temporelle du comportement permet, dans une certaine gamme de vitesse de sollicitation, de régulariser la solution qui dépend pathologiquement du maillage pour les modèles (adoucissants) d'endommagement. L'influence de la vitesse de sollicitation sur la régularisation est étudiée, et les résultats sont comparés avec ceux obtenus par régularisation non-locale intégrale (avec et sans effet retard). L'état de sollicitation en dynamique est par nature fortement lié aux phénomènes de propagation et de reflexions d'ondes qui conduisent à des états de sollicitations alternées. La dissymétrie du comportement du béton impose que l'on y accorde une attention particulière. Le concept de désactivation des dommages (Souid 2008) est transposé à la dynamique et l'endommagement à effet retard. On établit l'expression de la dissipation intrinsèque due à l'endommagement ce qui permet d'estimer l'influence de l'effet retard sur l'énergie dissipée. Enfin, on prouve par la méthodes des perturbations, l'existence d'un nouveau type d'instabilité, inhérente à l'aspect induit de l'anisotropie. Une nouvelle écriture du modèle, qui ne modifie pas le comportement pour des sollicitations simples, est proposée, elle permet de stabiliser complètement le comportement. Des simulations numériques d'impacts et de souffle sur des structures 3D en béton armé montrent les capacités du modèles à mener ce type de calcul jusqu'à la ruine. La description continue de l'endommagement permet de représenter finement l'amorçage, la propagation, la coalescence, la bifurcation et l'embranchement de fissures. L'arrêt et le redémarrage d'une fissure est également représenté, et on peut estimer la vitesse de propagation des fissures, qui reste inférieure à la vitesse des ondes de Rayleigh dans le béton. Les résultats numériques des simulations d'impact sont comparés à ceux des essais sur tour de chute réalisés lors de cette thèse au Laboratoire d'Etudes de Dynamique du CEA Saclay. La nouveauté de ces essais est l'analyse par corrélation d'images des des films d'essais réalisés avec une caméra rapide (10000 images/secondes).

Cette thèse présente d'abord la méthodologie de calcul des propriétés élastoplastiques à grande échelle d'un massif rocheux par la méthode d'homogénéisation numérique en éléments finis. <br /><br />Des chargements simulant différents essais mécaniques de compression et de cisaillement sont appliqués sur un Volume Elémentaire Représentatif (VER). La loi de comportement homogénéisée est déduite des contraintes et déformations moyennes calculées dans ce VER. Les différents types de chargements numériques, en contrainte ou en déplacement imposés, et leur effets sur les paramètres homogénéisés sont discutés. <br /><br />Une attention particulière est portée à l'application de la théorie d'élasticité ellipsoïdale de Saint Venant au cas des massifs rocheux. Cette théorie présente plusieurs avantages. En particulier, elle permet de fixer pour les massifs que nous étudions, un modèle élastique tridimensionnel à partir d'un calcul plan.<br />Une comparaison entre les tailles de VER mécanique et géométrique a été faite et il a été montré que pour les massifs étudiés le VER mécanique peut être déduit du VER géométrique qui est plus simple à calculer. Une formule approchée donnant la taille du VER en fonction des paramètres géométriques des fractures a été établie pour des massifs non périodiques.<br /><br />L'apport fondamental de cette thèse consiste à établir une classification mécanique de certains types de massifs rocheux fondée sur la méthode d'homogénéisation numérique que nous avons proposée. Ensuite, une étude paramétrique a été réalisée pour déterminer la sensibilité des résultats aux paramètres géométriques et mécaniques de la matrice rocheuse et des discontinuités. Les paramètres mécaniques homogénéisés ainsi obtenus constituent des données très utiles pour la conception et l'étude des ouvrages dans les massifs rocheux (tunnels, déblais, fondations au rocher). L'ajustement de quelques paramètres mécaniques fondamentaux (module d'Young, module de cisaillement) a conduit à l'élaboration d'expressions analytiques généralisant la formulation d'Amadei et Goodman [1981] pour des cas où l'extension des fractures est finie.<br /><br />L'élaboration de cette classification numérique a exigé le développement et la validation d'un outil d'homogénéisation numérique performant (HELEN) et qui est aussi facilement utilisable dans le cas d'autres types de milieux hétérogènes fissurés et anisotropes (bétons, maçonnerie...)<br /><br />.

Le virus Epstein-Barr (EBV) est un γ-Herpesvirus infectant plus de 95 % de la population mondiale. Le facteur de transcription viral ZEBRA est responsable de la transition entre phases latentes et lytiques du virus. ZEBRA est une protéine de la famille des protéines bZIP. Elle active les promoteurs des gènes lytiques de l'EBV en se fixant sur des sites ADN spécifiques appelés sites ZREs. ZEBRA fixe préférentiellement certains sites ZREs lorsqu'ils sont méthylés sur leurs motifs CpG et notamment le site cible ZRE2 du promoteur viral du gène précoce BRLF1. Cette capacité particulière est unique à ZEBRA parmi les autres membres de la famille bZIP et s'avère critique pour l'activation du cycle lytique étant donné que le génome de l'EBV est intensivement methylé durant la phase de latence. Nous avons résolu la structure cristallographique du domaine bZIP de ZEBRA en complexe avec le site ZRE2 méthylé. L'analyse structurale corrélée à une étude de mutagenèse et à la détermination des affinités de ZEBRA pour ses sites ADN cibles, nous permet de proposer une hypothèse quant au mécanisme de fixation préférentielle de l'ADN méthylé par le facteur de transcription ZEBRA. En parallèle, nous avons débuté un criblage à haut débit de composés chimiques pouvant inhiber la fixation à l'ADN de ZEBRA et par conséquent, l'induction du cycle lytique. Ce travail améliore considérablement notre compréhension du mécanisme d'induction du cycle lytique par ZEBRA et aidera potentiellement au développement de nouveaux agents thérapeutiques contre les pathologies associées à l'EBV.

Lorsque le comportement différé est régi par des mécanismes thermiquement activés, une expérience de fluage à température linéairement croissante est proposée. Le principe d'équivalence temps-température induit le déclenchement successif de chaque mécanisme. Une modélisation permet d'identifier l'énergie d'activation, la constante de temps et l'amplitude de chacun d'eux, à partir d'une seule expérience de durée limitée.<br />Appliquée à trois essences de bois (peuplier, douglas et hêtre), de la pâte à papier et du hêtre acéthylénisé, l'expérience met en évidence des anisotropies différées du bois supérieures à l'anisotropie élastique. Un accroisssement d'humidité modifie la cinétique des mécanismes. Les anisotropies et les influences des taux d'humidité induisent des hypothèses quant à la localisation des sourcres de fluage dans la matrice, les renforts ou les interfaces de ce composite.

Une campagne de mesures simultanées obtenues d'une part in-situ par un ballon instrumenté entre le sol et 18 km d'altitude, d'autre part à distance par un radar Stratosphère-Troposphère permet une étude expérimentale du domaine d'échelles de la turbulence tridimensionnelle isotrope, de celui du champ d'ondes de gravité aléatoires et du domaine de transition entre ceux-ci. Divers résultats ont été obtenus: la turbulence inertielle n'est observable que si l'espace spectral disponible est suffisamment large et le caractère non-passif des fluctuations de température s'y manifeste clairement. L'anisotropie des fluctuations dans le domaine de transition est intermédiaire entre celles observées dans les domaines limitrophes et les mesures radar montrent qu'elle reste importante jusqu'à des échelles de l'ordre de 3 m.

La grande précision des mesures du fond diffus cosmologique nécessitent de comprendre avec finesse la physique sous-jacente afin d'en tirer des conclusions pertinentes sur la phase primordiale de l'univers. Dans cette thèse nous étudions la théorie des perturbations non-linéaires dans le cadre de la relativité générale. Notre but est de déterminer le transfert des perturbations de la métrique ainsi que des perturbations du contenu matériel,<br />entre la phase primordiale de l'univers et les observations réalisées<br />aujourd'hui. Nous nous plaçons tout d'abord dans l'approximation fluide afin d'appréhender les comportements généraux attendus. Ensuite nous étudions la théorie cinétique au second ordre, nécessaire pour obtenir le transfert radiatif non-linéaire, dans le but de déterminer la non-gaussianité dans le<br />fond diffus cosmologique. <br />Nous étudions également la théorie des perturbations linéaires<br />autour d'espaces anisotropes. Nous élaborons la théorie des perturbations invariantes de jauge autour d'un espace de Bianchi I, puis nous étudions les signatures observationnelles d'une phase primordiale d'inflation possédant cette symétrie.

diffuseurs élastiques aléatoirement répartis. Cette étude se compose de trois parties. La première partie<br />s'intéresse à un nombre restreint de diffuseurs. Elle a permis de mettre en évidence un phénomène de couplage<br />résonant entre des diffuseurs cylindriques proches se manifestant par une démultiplication des fréquences de<br />résonances associées à l'onde A (onde de Scholte-Stoneley). Ces démultiplications ont été validées<br />expérimentalement. La seconde partie présente deux théories de milieu effectif : celle de Waterman et Truell et<br />celle de Fikioris et Waterman. La philosophie de ces deux théories est de déterminer l'onde moyenne résultant<br />d'un moyennage sur les positions des diffuseurs. C'est cette onde que l'on appelle onde cohérente. Ces théories<br />aboutissent au calcul d'un nombre d'onde effectif caractérisant l'onde cohérente. La différence essentielle entre<br />ces deux théories réside dans la prise en compte de la taille des diffuseurs dans celle de Fikioris et Waterman.<br />Les résultats des ces deux théories sont comparés entre eux et avec ceux obtenus par une troisième théorie, celle<br />de Foldy. On note l'influence des fréquences de résonance d'un diffuseur seul sur le nombre d'onde effectif. Les<br />trois théories donnent des résultats similaires pour de faibles concentrations. Dans le cas de fortes concentrations,<br />les résultats issus de la théorie de Fikioris et Waterman se distinguent de ceux obtenus par les deux autres<br />théories. Lorsque l'on considère une couche de milieu multi-diffuseur, on peut déterminer des coefficients de<br />réflexion et de transmission s'exprimant formellement comme ceux d'une plaque fluide. Une analogie entre un<br />milieu multi-diffuseur et un milieu fluide visqueux est possible. L'étude expérimentale menée sur un tel système<br />montre un bon accord avec la théorie en ce qui concerne l'atténuation. La dernière partie de ce document<br />consiste en l'étude d'un milieu multi-diffuseur dans lequel les diffuseurs sont anisotropes. Les diffuseurs du<br />milieu présenté sont constitués de deux diffuseurs cylindriques suffisamment proches pour qu'il y ait couplage<br />résonant. On peut alors déterminer un nombre d'onde effectif à l'aide de la théorie de Fikioris et Waterman, ainsi<br />que des coefficient de réflexion et de transmission. Ces derniers se mettent sous la même forme que ceux<br />associés à un milieu fictif de type fluide pour lequel la vitesse de phase et l'atténuation varieraient en fonction de<br />la direction de propagation.