L'exercice de forces est indispensable au bon fonctionnement de nombreux processus cellulaires. Chez les eucaryotes, une majorité de ces phénomènes motiles est assurée par la polymérisation et la dépolymérisation spatialement et temporellement contrôlée du cytosquelette d'actine. Le cytosquelette est composé de microfilaments d'actine qui s'associent en structures complexes aux propriétés mécaniques particulières. Au cours des dix dernières années, beaucoup d'efforts ont été menés pour comprendre la dynamique des réseaux branchés de filaments d'actine initiés par le complexe Arp2/3. En revanche, peu de choses sont connues à propos de la dynamique de formation et de désassemblage des câbles de filaments d'actine. Récemment, il fut montré que les formines représentent une famille de protéines essentielles à l'initiation de ces structures.<br />Cette thèse résume dans un premier temps le travail accompli pour comprendre le mécanisme d'action des formines à l'échelle moléculaire. La plupart des formines sont des nucléateurs processifs, c'est-à-dire qu'ils permettent la formation et l'élongation de nouveaux filaments d'actine, tout en restant liées à l'extrémité du filament qui polymérise. Nous avons montré par la technique originale de microscopie à onde évanescente que Arabidopsis Thaliana FORMIN1 représente un nouveau type de formine, qui se déplace sur le côté des filaments d'actine après les avoir formés. Depuis le côté d'un filament préexistant, FORMIN1 est capable de nucléer un autre filament, initiant la formation de câbles de filaments d'actine. Dans un deuxième temps, cette thèse s'intéresse au mécanisme moléculaire mis en jeu par l'ADF/cofiline pour accélérer la dynamique d'assemblage/désassemblage des filaments d'actine, et traite pour la première fois de la dynamique de l'actine en temps réel à l'échelle du filament individuel ou à l'intérieur de structures organisées de filaments d'actine.

Bien que l'on ne sache pas (encore) quel phénomène unitarise la diffusion WLWL à l'échelle du TeV, les données indirecte actuelles favorise le boson de Higgs. Etant donné que cette particule scalaire pourrait être aussi lourde que la masse de Planck, comment peut-on expliquer sa légèreté ? La supersymmétrie (SUSY), brisée à l'échelle du TeV, peut effectuer cette stabilisation, et permettre du même coup l'existence de Théories de Grande Unifications (GUTs). Ces SUSY GUTs réalisées dans une dimension supplémentaire compactifiée, peuvent être particulièrement simples. De plus, elles peuvent être prises comme limite basse énergie d'une théorie de cordes. Cette thèse est consacrée à l'étude de tels modèles de SUSY GUTs. Nous avons étudié, développé et étendu certains aspects de la classe de modèle d'Unification Jauge-Higgs, et de la classe de modèle d'Unification Holographique. Différents aspects de la physique basse-énergie ont été étudiés, incluant spectre de masses, physique des saveur, matière noire, et phénoménologie au LHC.

Cette thèse est consacrée à l'étude mathématique de deux systèmes quantiques décrits par des modèles non linéaires : le polaron anisotrope et les électrons d'un cristal périodique. Après avoir prouvé l'existence de minimiseurs, nous nous intéressons à la question de l'unicité pour chacun des deux modèles. Dans une première partie, nous montrons l'unicité du minimiseur et sa non-dégénérescence pour le polaron décrit par l'équation de Choquard--Pekar anisotrope, sous la condition que la matrice diélectrique du milieu est presque isotrope. Dans le cas d'une forte anisotropie, nous laissons la question de l'unicité en suspens mais caractérisons précisément les symétries pouvant être dégénérées. Dans une seconde partie, nous étudions les électrons d'un cristal dans le modèle de Thomas--Fermi--Dirac--Von~Weizsäcker périodique, en faisant varier le paramètre devant le terme de Dirac. Nous montrons l'unicité et la non-dégénérescence du minimiseur lorsque ce paramètre est suffisamment petit et mettons en évidence une brisure de symétrie lorsque celui-ci est grand. / This thesis is devoted to the mathematical study of two quantum systems described by nonlinear models: the anisotropic polaron and the electrons in a periodic crystal. We first prove the existence of minimizers, and then discuss the question of uniqueness for both problems. In the first part, we show the uniqueness and nondegeneracy of the minimizer for the polaron, described by the Choquard--Pekar anisotropic equation, assuming that the dielectric matrix of the medium is almost isotropic. In the strong anisotropic setting, we leave the question of uniqueness open but identify the symmetry that can possibly be degenerate. In the second part, we study the electrons of a crystal in the periodic Thomas--Fermi--Dirac--Von~Weizsäcker model, varying the parameter in front of the Dirac term. We show uniqueness and nondegeneracy of the minimizer when this parameter is small enough et prove the occurrence of symmetry breaking when it is large.

Comment les cellules établissent leurs formes et organisations internes est un problème biologique fondamental. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le développement de la forme cellulaire et de la polarité chez la cellule de levure fissipare. Ces études sont fondées sur l’exploration de la façon dont les petites spores symétriques de levures se développent et s’organisent pour briser la symétrie pour la définition de leur tout premier axe de polarité. Dans une première partie, j’ai étudié les couplages entre la mécanique de surface de la paroi cellulaire des spores et la stabilité de domaines de polarité de Cdc42 qui contrôlent les aspects spatio-temporelles de la brisure de symétrie de ces spores. Dans une seconde partie, j’ai étudié les mécanismes par lesquels ces domaines de polarité contrôlent leur taille et l'adapte à la géométrie de la cellule, un processus vraisemblablement pertinents pour comprendre comment des domaines fonctionnels corticaux s’adaptent à la taille des cellules. Globalement, ces nouvelles recherches focalisant sur la façon dont les cellules développent dynamiquement leur forme et polarité de novo, permettent de mettre en évidence des couplages complexes dans la morphogenèse qui ne peuvent pas être testés en regardant les cellules à « l’état stationnaire» ou avec des outils génétiques. / How cells establish their proper shapes and organization is a fundamental biological problem. In this thesis, I investigated the dynamic development of cellular form and polarity in the rod-shape fission yeast cell. These studies are based on monitoring how small symmetric fission yeast spores grow and self-organize to break symmetry for the definition of their very first polarity axis. In a first part, I studied interplays between surface mechanics of the spore cell wall and the stability of Cdc42-based polarity domains which control spatio-temporal aspects of spore symmetry breaking. In a second part, I studied mechanisms by which these polarity domains control their width and adapt it to cell surface geometry, a process likely relevant to understand how functional cortical domains scale to cell size. Overall these novel investigations focusing on how cells dynamically develop their form and polarity de novo highlight complex feedbacks in morphogenesis that cannot be evidenced by looking at cells at “steady state” or with genetics.

La propagation des rayons Ɣ de très haute énergie (E > 100GeV) dans l'univers est affectée par les propriétés du milieu extragalactique. Ces photons à l'échelle du TeV, issus des processus d'accélération de particules dans les noyaux actifs de galaxies, peuvent en effet interagir avec des photons du fond optique et infrarouge qui baignent l'univers et produire des paires d'électrons et de positrons. Ce processus réduit la transparence de l'univers aux rayons Ɣ de très haute énergie mais permet en revanche de sonder les propriétés du milieu extragalactique de façon unique. Dans cette thèse, les données prises par le réseau de télescopes à imagerie Tcherenkov atmosphérique H.E.S.S. sont analysées et utilisées afin de caractériser la transparence de l'univers aux rayons Ɣ de très haute énergie. Une mesure indépendante de la distribution spectrale en énergie du fond cosmologique optique et infrarouge est réalisée à travers l'ajustement des modulations observées dans les spectres en énergie obtenus avec H.E.S.S. pour un échantillon de noyaux actifs de galaxies brillants dans une gamme en redshift 0.03 < z < 0.28. Les résultats obtenus sont compatibles avec les limites inférieures dérivées par comptages de galaxies et ne suggèrent pas d'anomalie de la transparence de l'univers aux rayons Ɣ vis à vis des modèles actuels du fond de lumière extragalactique. Des processus de second ordre affectant la propagation des rayons Ɣ de très haute énergie sont également explorés. Des limites sur une brisure de la symétrie de Lorentz à l'échelle de Planck sont obtenues à partir de l'analyse spectrale du noyau actif Mrk 501 observé dans un état de flux exceptionnel par H.E.S.S. en 2014, à grand angle zénithal. Enfin, des contraintes sur le champ magnétique extragalactique sont dérivées en considérant l'émission Ɣ secondaire attendue à partir de simulations des cascades électromagnétiques initiées lors du processus d'absorption pour le noyau actif distant PG 1553+113 vu par H.E.S.S. et le télescope spatial Fermi. Cette thèse a également été l'occasion d'une participation aux développements de certains aspects de la calibration et de l'analyse des données de H.E.S.S. / The propagation of very high energy Ɣ rays in the universe depends on the properties of the extragalactic medium. Such TeV-scale photons travelling cosmological distances are -emitted through particle acceleration mechanisms in active galaxy nuclei- can interact with the low-energy photons of the extragalactic background light (EBL) and produce electron-positron pairs. This effect reduces the transparency of the universe to very high energy Ɣ rays but it also provides a unique opportunity to probe the properties of the extragalactic medium. In this thesis, data taken with the H.E.S.S. array of Cherenkov telescopes are analyzed and used to characterize the transparency of the universe to very high energy Ɣ rays. A independent measurement of the spectral energy distribution of the EBL with H.E.S.S. is presented. It is obtained by extracting the EBL absorption signal from the fit of spectral modulations in the high-quality spectra of a sample of bright blazars in the redshift range 0.03 < z < 0.28. The intensity of the EBL obtained in different spectral bands is presented together with the associated Ɣ-ray horizon. The obtained results are consistent with lower limits derived from galaxy counts and do not suggest an anomaly of the transparency of the universe to Ɣ rays with respect to current models of the extragalactic background light. Second-order processes affecting the propagation of very high energy Ɣ rays in the universe are also considered. Limits on Lorentz invariance violation at Planck scale are obtained from the spectral analysis of the active galaxy nucleus Mrk 501 observed during a high-flux state by H.E.S.S. in 2014, at large zenith angle. Finally, constraints on the extragalactic magnetic field properties are derived by considering the secondary Ɣ-ray emission expected from the simulation of electromagnetic cascades initiated by the absorption process for the distant active galaxy nucleus PG 1553+113 seen by H.E.S.S. and the Fermi Ɣ-ray space telescope. In this thesis some developments related to the calibration and analysis of H.E.S.S. data are also presented.

L'étude du diagramme des phases de la Chromodynamique Quantique (QCD) et des transitons associées (déconfinement et restoration de la symétrie chirale) représentent des défis majeurs de la Physique moderne et nombreuses sont les approches théoriques qui visent à en sonder les multiples facettes. Du fait de l'intensité de l'interaction forte dans les régimes d’énergie pertinents pour les transitions susmentionnées, ces approches sont en général de nature non-perturbative, la théorie des perturbations étant réputée inapplicable à ces échelles. Il est, cependant, bien établi que le point de départ de la théorie usuelle des perturbations, basée sur la procédure de fixation de jauge de Faddeev-Popov, est ambigu à ces échelles (ambiguïté de Gribov). Dans ce contexte, une approche perturbative modifiée, basée sur le Lagrangien de Curci et Ferrari, a été proposée, via l’ajout phénoménologique d'un terme de masse effectif pour le gluon en jauge de Landau. Cette approche a été testée avec succès, notamment dans sa capacité à reproduire les fonctions de corrélation de la théorie Yang-Mills (et QCD dans la limite de quarks lourds) et la thermodynamique à temperature et potentiel chimique non nuls.Dans cette thèse, nous avons testé la robustesse de ces résultats en évaluant la structure de phase de la QCD avec quarks lourds au deuxième ordre de la théorie des perturbations dans le modèle de Curci-Ferrari et en comparant nos résultats à ceux d'approches nonperturbatives. Nos résultats indiquent que, dans ce régime de quarks lourds, le diagramme de phases est contrôlée perturbativement. Nous avons égalementétendu notre étude au cas de la QCD avec quarks légers en utilisant un schéma de resommation qui exploite la présence de petits paramètres dans le régime infrarouge de la QCD. Dans le secteur des quarks, cette démarche donne lieu à la resommation des fameux diagrammes dits "arc-en-ciel”. Ici, nous généralisons ce formalisme à temperature et densité non nulles et en presence d'un champ de fond gluonique. Nous réalisons une toute première étude qualitative des prédictions du modèle CF concernant l’existence possible d’un point critique dans le diagramme de phases de QCD sur la base d’une version simplifiée des équations générales ainsi obtenues. / Unravelling the structure of the QCD phase diagram and its many aspects such as (de)confinementand chiral symmetry breaking, is one of the big challenges of modern theoretical physics, and manyapproaches have been devised to this aim. Since perturbation theory is believed to cease feasibilityat low energy scales, these approaches treat the relevant order parameters, the quark condensate andthe Polyakov loop, non-perturbatively. However, it is also well-established that the starting point forperturbation theory, the Fadeev-Popov gauge-fixing procedure, is inherently ill-defined in the infrareddue to the presence of Gribov ambiguities. In this context, a modified perturbative approach based onthe Curci-Ferrari Lagrangian has been introduced, where a phenomenologically motivated effective gluonmass term is added to the Landau gauge-fixed action. Prior to the beginning of the thesis, this approach hasproven extremely fruitful in its descriptions of (unquenched) Yang-Mills correlation functions and thermodynamics at (non)zero temperature and density.Throughout the thesis we extend this analysis to the entire phase structure of QCD and QCD-liketheories and test the validity of the model in various regimes of interest. For instance, to further aprevious one-loop study in the regime of heavy quark masses, we have computed the two-loop quarksunset diagram in the presence of a non-trivial gluon background in a finite temperature and densitysetting. We come to the conclusion that the physics underlying center symmetry is well-described by our perturbative model with a seemingly robust weak-coupling expansion scheme. Furthermore, we study the regime of light quarks by means of a recently proposed resummation scheme which exploits the presence of actual small parameters in the Curci-Ferrari description of infrared QCD. In the quark sector, this leads to the renown rainbow equations. We extend this first-principle setup to nonzero temperature, chemical potential, and gluon background. We perform a first qualitative analysis of the prediction of the model concerning the possible existence of a critical endpoint in the QCD phase diagram by using a simplified version of these general equations.

Diboson resonance searches are an essential test of electroweak symmetry breaking theories beyond the Standard Model (SM) of particle physics. Vector or scalar resonances decaying to dibosons are predicted by various models going beyond theSM, such as Grand Unified theories, Little Higgs models, Composite Higgs models or models with extended Higgs sector (such as Super Symmetry (SUSY) or two-Higgs-doublet models). This thesis presents a search for resonant WZ production in the fully leptonic decay channel ℓν ℓℓ (ℓ = e or μ) with two production modes : quark-antiquark fusion or vector-boson fusion. Using 36.1 fb−1 of recent data collected by the ATLAS detector in pp collisions delivered by the Large Hadron Collider (LHC) at 13 TeV, constraints are obtained on models going beyond the SM. Since this analysis considers the fully leptonic decays of the vector bosons, events with exactly three leptons in the final state and a substantial missing transverse energy are selected. One signal region is established for each production mode of the resonance, either by quark-antiquark or vector boson fusion. For heavy vectorial resonances produced by quark fusion the W and Z bosons are required to carry a substantial fraction of the resonance energy (pWT /mWZ > 0.35 and pZT /mWZ > 0.35)). Events with resonances produced by vector boson fusion are characterised by two jets with a large invariant mass and a large separation in pseudorapidity. Therefore, in the search for this production mode, events are required to have at least two jets with an invariant mass (mj j ) greater than 500 GeV and a separation in pseudorapidity ( ηj j ) of at least | ηj j | > 3.5. In each signal region the distribution of the invariant mass of the WZ system will then be examined to determine the presence or absence of new resonances that manifest themselves as localised excesses in the invariant mass of the diboson system (mWZ). No significant excess was observed in the signal regions. Limits have then been set on the cross section times branching ratio for a heavy vector resonance produced by either quark-antiquark or vector boson fusion. Additionally, limits on the coupling parameters and masses are obtained for a charged Higgs boson in the Georgi-Machacek produced by vector boson fusion. / Les recherches de résonances di-boson constituent un test essentiel des théories de brisure de symétrie électrofaible au-delà du modèle standard (MS). Plusieurs scénarios, comme les théories de grande unification, les modèles Little Higgs, les modèles de Higgs Composés ou celles avec un secteur de Higgs élargi (par example SUSY ou le two-Higgsdoublet model), prédisent des résonances vectorielles ou scalaires. Cette thèse présente une recherche de résonances lourdes se désintégrant en WZ dans le canal leptonique WZ → ℓν ℓℓ (ℓ = e ou μ). Deux modes de production sont considérés : par fusion de quark-antiquark ou par fusion de boson vectoriels. Se basant sur les récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 13 TeV au LHC au cours des années 2015 et 2016, avec une luminosité intégrée de 36.1 fb−1, on établira des contraintes sur des modèles allant au-delà du MS de la physique des particules. Puisqu’on considère la désintégration leptonique des bosons WZ, on sélectionne les événements ayant trois leptons et une grande énergie transverse manquante. Des régions de signal sont choisies pour chaque mode de production : fusion par quarks ou par bosons vectoriels. Pour les résonances produites par fusion de quark, on considère des résonances vectorielles lourdes. On sélectionne donc des événements où les bosonW et Z portent une fraction importante de l’énergie de masse de la résonance (pWT /mWZ > 0.35 et pZT /mWZ > 0.35). Les résonances produites par fusion de bosons sont caractérisées par deux jets ayant une grande séparation en pseudorapidité et une grande masse invariante. Pour la région de signal, dans ce cas, on requiert alors au moins deux jets avec une masse invariante supérieure à mj j > 500 GeV et une grande séparation en pseudorapidité | ηj j | > 3.5. Pour les deux régions, la distribution en masse invariante du système WZ sera examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesteraient par un excès localisé. En fin de compte, aucun excès significatif n’a été observé dans les régions de signal, ce qui permet d’établir des limites sur le produit de la section efficace et du rapport d’embranchement d’un boson massif vectoriel dans les deux canaux de production. Des contraintes sont également obtenues sur la masse et le couplage d’un boson de Higgs chargé du modèle Georgi-Machacek, produites par fusion de bosons vectoriels.

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur la méthode de décomposition de l'interaction d'échange ($J$) entre les centres magnétiques d'une molécule portant des électrons célibataires par l'approche à brisure de symétrie. Le but de cette méthode est d'extraire à l'aide des calculs non-restreints les différentes contributions physiques au couplage magnétique : l'échange direct ($J_0$) entre les orbitales magnétiques, l'échange cinétique ($\Delta J_{KE}$) permettant la délocalisation des orbitales magnétiques et la polarisation des orbitales de cœur ($\Delta J_{CP}$). La première partie de ce travail est consacrée à la théorie de la méthode de décomposition dans le cas le plus simple de deux électrons dans deux centres magnétiques d'un système centro-symétrique. La physique des contributions est expliquée en lien avec la présentation des outils méthodologiques et théoriques utilisés dans cette approche. La deuxième partie de cette thèse concerne l'implémentation de cette méthode dans le logiciel Orca et son application à des systèmes non-centrosymétriques. La dernière partie de ces travaux porte sur les développements méthodologiques que j'ai pu mener au cours de ces trois années de thèse. Une nouvelle approche permettant d'extraire la contribution de polarisation en spin est présentée. De plus, une proposition de généralisation de la décomposition de l'interaction d'échange magnétique basée sur la théorie des hamiltoniens effectifs est discutée. Un effort particulier a été porté sur l'explication et la signification physique de l'approche à brisure de symétrie dans le formalisme Hartree-Fock et la théorie de la fonctionnelle de la densité / This work is focused on the decomposition of the magnetic exchange coupling ($J$) between magnetic centers in the broken-symmetry approach. The purpose of this method is to extract from unrestricted calculations the different contributions to the magnetic coupling: the direct exchange ($J_0$) between the magnetic orbitals, the kinetic exchange interaction ($\Delta J_{KE}$) allowing the delocalization of the magnetic orbitals and the core polarization ($\Delta J_{CP}$) of non-magnetic electrons. The first part of this thesis is centered on the theory of the decomposition method in the simplest case of a centro-symmetric system with two electrons in two magnetic centers. The physical meaning is explained in relation with methodological and theoretical tools used in this approach. The second part presents the implementation of the method in the Orca package and its application to non centro-symmetric systems. In particular, this application highlights the interest of a such automatic method in standard quantum package. The last part of this work is focused on the methodological developments carried out during these three years. An innovative method avoiding the spin contamination problem is presented to extract the spin polarization effects. Furthermore, a generalization of the decomposition of $J$ to more complicated systems with more than two electrons in two magnetic centers is discussed. Special attention was given to the explanation and physical meaning of broken symmetry approach in Hartree-Fock and Density Functional Theory

Les dernières décennies ont donné lieu à un développement rapide des théories ab initio visant à décrire les propriétés des noyaux à partir de l'interaction nucléonique. Un tel développement a été rendu possible à la fois par la très importante croissance de la puissance de calcul et de nouveaux développements formels. Le présent travail se consacre au développement de la théorie de perturbation à N corps de Bogolioubov récemment proposée, qui repose sur l'usage d'un état de référence brisant la symétrie associée au nombre de particules pour permettre une description des noyaux à simple couche ouverte. Le formalisme est tout d'abord décrit en détails, son lien avec la théorie de perturbation à N corps standard est établi, tout comme sa connexion avec la théorie de cluster couplés de Bogolioubov. L'extension du formalisme à des ordres plus élevés à partir de méthodes de théorie des graphes est ensuite présentée ainsi que le programme ADG qui génère et évalue les diagrammes BMBPT à un ordre quelconque. Les implications de ce développement formel dépassent le cadre du présent travail, les méthodes développées pouvant être appliqués à d’autres méthodes à N corps. Pour terminer, de premiers résultats numériques pour les isotopes de l'oxygène, du calcium et du nickel sont présentés. Ces résultats établissent la théorie de perturbation à N corps de Bogolioubov comme une méthode de premier intérêt pour des calculs à grande échelle sur les chaînes isotopiques et isotoniques de masse moyenne. / The last few decades in nuclear structure theory have seen a rapid expansion of ab initio theories, aiming at describing the properties of nuclei starting from the inter-nucleonic interaction. Such an expansion relied both on the tremendous growth of computing power and novel formal developments. This work focuses on the development of the recently proposed Bogoliubov Many-Body Perturbation Theory that relies on a particle-number-breaking reference state to tackle singly open-shell nuclei. The formalism is first described in details, and diagrammatic and algebraic contributions are derived up to second order. Its link to standard Many-Body Perturbation Theory is made explicit, as well as its connexion to Bogoliubov Coupled-Cluster theory. An automated extension to higher orders based on graph theory methods is then detailed, and the ADG numerical program generating and evaluating BMBPT diagrams at arbitrary order is introduced. Such a formal development carries implications that are not restricted to the present work, as the developed methods can be applied to other many-body methods. Finally, first numerical results obtained for oxygen, calcium and nickel isotopes are presented. They establish BMBPT as a method of interest for large-scale computations of isotopic or isotonic chains in the mid-mass sector of the nuclear chart.

Dans cette thèse, nous avons développé une approche microscopique de la description des effets de la brisure de symétrie d'isospin dans les noyaux de la couche sd. Le travail est effectué dans le cadre du modèle en couches.Nous avons ajouté à un Hamiltonien nucléaire traditionnel, qui conserve l'isospin, l'interaction de Coulomb et le potentiel de type Yukawa d'échange de mésons pour modéliser les forces nucléaires dépendantes de la charge. La base de données sur les coefficients expérimentaux de l'équation des multiplets de masse isobariques (IMME) a été mise au point dans le cadre de cette thèse et a été utilisée pour ajuster les paramètres de l'hamiltonien. L'hamiltonien ainsi construit fournit une description théorique très précise du mélange d'isospin dans les états nucléaires. Nous montrons la pertinence de cette approche dans deux applications importantes : (i) le calcul des amplitudes d'émission de proton interdites par isospin, essentiels dans le cadre d'astrophysique nucléaire et (ii) le calcul de corrections (dues au mélange d'isospin) aux transitions bêta superpermises du type Fermi, cruciales pour les tests des symétries fondamentales du Modèle Standard de l'interaction électrofaible.