Les systèmes autogravitants sont constitués de particules interagissant mutuellement par la gravité; ils décrivent la formation de structures dans l'univers. Comme conséquence de l'interaction à longue portée, les systèmes autogravitants ne sont pas homogènes même à l'équilibre thermodynamique. Nous avons étudié les systèmes autogravitants comportant plusieurs sortes de particules et les systèmes autogravitants en présence de la constante cosmologique $\Lambda$. Nous avons développé la mécanique statistique et l'approche du champ moyen décrivant la phase gazeuse. Nous avons explicitement calculé la densité de particules et les grandeurs thermodynamiques. Le stabilité de la phase gazeuse est étendue par la présence de $\Lambda$. Les calculs Monte Carlo reproduisent remarquablement bien les résultats du champ moyen.. La loi d'échelle des systèmes autogravitants comportant plusieurs sortes de particules a été trouvée; au point critique la dimension fractale est indépendante de leur composition et vaut $1.6...$~.

L'utilisation de nano-structures dans des dispositifs optiques ou électroniques est pressentie comme une solution aux limites des technologies micro-électroniques actuelles. Mais l'utilisation des propriétés physiques de ces nano-structures présuppose un contrôle collectif de la taille de la densité de ces objets. Ce travail étudie la possibilité d'organisation contrôlée de nano-structures par des champs élastiques périodiques. Ces champs élastiques sont induits par des réseaux de dislocations enterrés, créés par collage moléculaire Si/Si. Nous avons montré que l'organisation directe par épitaxie des nano-structures n'est pas possible, mais qu'en utilisant une gravure chimique sensible aux champs élastiques, il était possible de définir une surface structurée à l'échelle nanométrique de manière bien contrôlée. Ce nouveau type de surface a ensuite été utilisé comme gabarit pour la croissance de nano-structures de germanium, ce qui a montré son efficacité en termes d'organisation.

De nombreux secteurs industriels investissent dans la simulation numérique afin de diminuer les coûts de production, de raccourcir les durées de conception et d'industrialisation des produits et d'augmenter la robustesse des procédés de fabrication. Cet objectif pose des défis importants à la communauté mécanicienne dans la mesure où il s'agit de concevoir des modèles numériques fiables et performants, capables de reproduire le comportement mécanique des matériaux. Les études entreprises, s'inscrivent dans cette démarche et concilient analyse expérimentale et modélisation numérique. Dans un premier temps, sur la base d'une logique classique suivant le triptyque : (i) essais mettant en oeuvre la technique de corrélation d'images, (ii) modélisation adaptée et (iii) utilisation des modèles et de leurs paramètres associés, il est montré comment les résultats des simulations numériques s'accordent avec l'expérience. Deux exemples sont plus particulièrement détaillés, l'un relevant du secteur biomédical, l'autre de l'industrie du packaging. Au-delà de cette logique, une approche de type recalage de modèles éléments finis à partir de mesures de champs cinématiques et thermiques est présentée dans un deuxième temps. Cette méthode d'identification inverse est mise en oeuvre sur des essais générant des champs de déformations hétérogènes, pour certains hors-plans, toujours à des fins d'identification du comportement thermomécanique du titane. Les résultats obtenus mettent en évidence l'intérêt de cette technique de pouvoir identifier un nombre plus élevé de paramètres que dans les études abordées précédemment basées sur des essais homogènes classiques.

Ce travail se place dans le cadre des réacteurs nucléaires de 4ème génération tels que les réacteurs à neutrons rapides et caloporteur gaz (RNR-G), pour lesquels des matériaux réfractaires comme le nitrure de titane (TiN) enroberont le combustible afin de permettre la rétention des produits de fission. Cette étude a porté sur le comportement thermique intragranulaire du xénon dans des échantillons de TiN obtenus par frittage à chaud sous charge. Le rôle de la microstructure sur le comportement thermique du xénon a été étudié. Plusieurs lots ont ainsi été synthétisés sous différentes conditions de température et de composition de la poudre initiale. Le xénon a été introduit par implantation ionique. Les échantillons ont ensuite subi des traitements thermiques entre 1300°C et 1600°C, soient les températures accidentelles envisagées. Un transport majoritaire du xénon vers la surface a été mis en évidence. Ce dernier est ralenti lorsque la température de frittage augmente. Des différences de comportement ont été observées selon les poudres mises en oeuvre dans la synthèse et selon l'orientation cristalline du grain considéré. Le relâchement du xénon a également été corrélé à l'oxydation de TiN. Des bulles de Xe dès 0,38 % atomique ont été observées. Leur taille est proportionnelle à la concentration en Xe et augmente avec la température de recuit, d'où une certaine mobilité du Xe au sein de TiN. Plusieurs mécanismes pouvant expliquer cette mobilité sont proposés. En complément, des calculs ab initio ont confirmé le caractère fortement insoluble du Xe dans TiN et révélé que les bilacunes sont les plus favorables à l'incorporation du xénon au sein de ce matériau.

Les systèmes bistables connaissent un intérêt croissant motivé, entre autres, par la perspective d'applications en électronique moléculaire. Parmi ces systèmes certains possèdent la capacité d'exister sous deux états électroniques dans les mêmes conditions, i.e. présentant une hystérèse. Deux propriétés sont couramment associées à l'hystérèse, le magnétisme et l'activité rédox. Si ces phénomènes sont connus de longues dates, des zones d'ombre demeurent dans leur mécanisme. Par l'application de calculs ab initio basés sur la fonction d'onde, l'objet de ce travail est de dégager les phénomènes physiques sous-jacents à l'ouverture de boucle d'hystérésis dans les composés à transition de spin (bistabilité magnétique) et dans des complexes de porphyrine (bistabilité rédox). Les ingrédients microscopiques ainsi récoltés sont utilisés pour remonter au comportement macroscopique des matériaux par le biais de modèles thermodynamiques ou de hamiltoniens modèles.

Récemment, une nouvelle voie de synthèse de complexes carbéniques de métaux de transition a été développée. Cette stratégie repose sur le fait que les quatre électrons mis en jeu dans la double liaison carbone-métal sont apportés par le ligand carbène. A cet effet le développement de dianions géminés, espèces dont le carbone central porte deux charges négatives, possédant des groupements σ4-P s'est avéré être une avancée majeure. L'utilisation de ces dianions a permis la synthèse d'un grand nombre de complexes carbéniques de métaux de transition, ainsi que de terres rares, de lanthanides et d'actinides. Le but de ce travail doctoral a tout d'abord été d'étendre les études de coordination des dianions géminés développés dans notre laboratoire. De nouveaux complexes carbéniques de métaux de transition ont ainsi été synthétisés. Ces complexes ont fait l'objet d'études théoriques afin de clarifier la nature de la liaison métal-carbone. Ensuite, nous avons montré que les complexes carbéniques des métaux du groupe 4 obtenus par notre méthode de synthèse pouvaient servir d'agents de transfert stœchiométriques du fragment carbène. Cette méthode permet d'accéder à de nouveaux complexes inaccessibles par la voie des dianions. La deuxième partie de ce travail doctoral a consisté à étendre la gamme des dianions géminés disponibles. La stabilisation de la charge centrale au carbone requiert un choix précis des substituants aux atomes de phosphore et l'obtention de dérivés dianioniques stables et facilement isolables demande des conditions expérimentales précises. Trois nouveaux dérivés ont ainsi été synthétisés et la stabilisation de la charge au carbone central a été étudiée par calculs DFT dans chacun des cas. Les premiers résultats en chimie de coordination de ces nouvelles espèces sont également décrits. Finalement, l'activation de liaisons B-H par des espèces carbénoïdes obtenues par oxydation des dianions est présentée.

La fermeture de couche de l'oscillateur harmonique à N=40 dans le 68Ni est faible et perd sa rigidité après l'enlèvement (ou l'ajout) de paires de protons. Les calculs effectués dans cette région de masse prédisent un nouvel îlot d'inversion à N=40 semblable à celui à N=20 et montrant que le placement de l'orbital neutron 2d5/2 est un ingrédient essentiel pour l'interprétation de la structure nucléaire à N≈40. La différence d'énergie 1g9/2-2d5/2 a été déterminée dans le noyau 69Ni en utilisant la réaction de transfert d'un neutron d(68Ni,p) en cinématique inverse. L'expérience réalisée au GANIL utilisait un faisceau de 68Ni à 25,14 MeV/u. Les noyaux 68Ni séparés par le spectromètre LISE3 ont ensuite interagit avec une cible de CD2 d'épaisseur 2,6 mg/cm2. Le dispositif expérimental était composé principalement des détecteurs CATS/MUST2-S1/EXOGAM couplés à une chambre d'ionisation et un scintillateur plastique. Les moments angulaires et les facteurs spectroscopiques de l'état fondamental (Jπ = 9/2+) et d'un doublet d'états (Jπ = 5/2+) autour de 2,48 MeV, associés à la population des orbitales 1g9/2 et 2d5/2, ont été obtenus après la comparaison des sections efficaces différentielles et des calculs ADWA. Les spins des états observés ont été attribués après comparaison aux calculs de modèles en couches dans un grand espace de valence. La position de l'orbitale 2d5/2 dans 69Ni a été établie pour la première fois. Nos mesures confirment l'hypothèse de la faible différence d'énergie (≈2,5 MeV) entre l'orbitale neutron 2d5/2 et l'orbitale 1g9/2 et son importance pour décrire la structure des noyaux autour de N=40.

Le photo-réalisme en synthèse d'images nécessite l'intervention de nombreux paramètres, ainsi que des calculs complexes. Le but peut être considéré comme atteint lorsque un observateur ne peut plus faire la différence entre une simulation et une photographie de la scène simulée. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'effectuer des calculs complexes, aussi bien au niveau de la géométrie de la scène, de la simulation des matériaux, ou encore de l'interaction lumière matière. Toutefois, un élément est souvent oublié dans cette quête de réalisme : l'environnement d'observation. Cette simulation est en effet observée sur un dispositif de visualisation, par un observateur humain, placé dans un certain environnement. Or, chacune de ces trois composantes dispose de caractéristiques bien spécifiques qu'il peut être intéressant d'exploiter en synthèse d'images. C'est ce que nous nous proposons de faire à travers une métrique perceptuelle entre images développée pour correspondre à nos besoins. Cette métrique permet de comparer deux images en utilisant un modèle de vision qui simule le traitement effectué par le système visuel humain. Elle sera ensuite intégrée dans un algorithme de rendu progressif, afin de remplacer les critères empiriques de ce dernier par des critères perceptuels. Les temps de calculs obtenus sont pratiquement deux fois inférieurs à eux d'un calcul complet.

De nouveaux matériaux d'électrode positive, des couches minces TiOySz et MoOySz, ont été analysés par xps. Les caractéristiques intrinsèques de ces matériaux ont été déterminées et les processus rédox mis en jeu lors du cyclage de générateurs expérimentaux ont été précisés. Parallèlement, des études ont été effectuées en XPS sur des matériaux d'électrolyte ((1-x) B2S3-xLi2S et (1-x) As2S3-xLi2S) sur leurs domaines vitreux respectifs ; en utilisant comme sonde principale le pic de coeur S2p, l'influence du modificateur sur le formateur de réseau a été analysée.

Le calcul réparti est de plus en plus utilisé bien qu'il reste très mal maîtrisé. Cette thèse porte sur le Dpi-calcul, une extension simple du pi-calcul dans laquelle tous les processus sont placés dans des localités afin de décrire leur répartition. Dans ce calcul, les processus peuvent communiquer localement et migrer entre localités. À côté des canaux de communication et des localités, on identifie une nouvelle famille d'identifiants, les passeports, permettant un contrôle fin des migrations de processus : un processus doit disposer d'un passeport adéquat pour entrer dans une localité.<br /><br />Afin de structurer le calcul, on met en place un système de types qui associe un type à chaque identifiant pour vérifier qu'un processus n'utilise que les droits qu'il possède. L'ordre de sous-typage sur les types est étendu aux types de passeports suivant les localités d'origine des processus migrant. On démontre que cet ordre admet des bornes inférieures sous certaines conditions. On prouve également que les processus se conformant à cette politique de typage conservent cette propriété au cours de leurs réductions.<br /><br />On étudie aussi l'équivalence observationnelle : quand des processus exhibent-ils des comportements indiscernables pour un observateur ? En présence de passeports, il est indispensable d'imposer à l'observateur d'être loyal, c'est-à-dire d'exiger la possession de passeports pour observer les communications ayant lieu dans les localités correspondantes. Ces contraintes définissent une congruence dite barbue loyale. On développe ensuite un système de transitions étiquetées tel que la bisimilarité loyale engendrée coïncide avec cette congruence barbue loyale.