Depuis la stagflation observée consécutivement à la forte hausse du prix du pétrole en 1973 et 1979, les chocs pétroliers sont considérés comme l’une des sources de fluctuations potentiellement les plus importantes aux États-Unis comme dans de nombreux pays industrialisés. De nombreux articles ont étudié le rôle des chocs pétroliers dans la fluctuation des principales variables macroéconomiques à savoir, la croissance, le chômage, l’inflation et les salaires. Cependant, ces travaux n’ont pas encore permis d’aboutir à un consensus. Le débat s’est même intensifié au cours de cette dernière décennie, en raison d’une absence de réaction forte de l’économie réelle pendant la période d’augmentation du prix du pétrole entre 2002 et 2007. En effet, la récession qu’aurait dû engendrer une telle hausse des prix ne fut observée qu’au moment de la crise des subprimes en 2008. Plusieurs hypothèses furent avancées pour expliquer la différence entre les crises des années 1970 et 2000. Blanchard & Gali (2009) et Blanchard & Riggi (2013) évoquent, par exemple, la réduction de la quantité de pétrole utilisée dans la production, la plus grande flexibilité des salaires réels et une meilleure crédibilité de la politique monétaire. Hamilton (2009) et Kilian (2008) suggèrent quant à eux de l’expliquer par l’origine différente des deux chocs pétroliers : un choc d’offre pendant les années 70 et un choc de demande pendant les années 2000. L’objectif original de la thèse était de réexaminer l’impact des chocs pétroliers sur l’économie réelle par le canal de la dette. [...]Le développement de ces travaux entamés dans la thèse pourra aboutir à un cadre alternatif de modélisation décisif pour l’intelligence de la macroéconomie. Il devrait permettre une meilleure compréhension de l’évaluation des relations réciproques entre la sphère financière, la réalité des cycles macroéconomiques réels, l’énergie et le climat dans ce qui est sans aucun doute l’enjeu de notre génération : la transition écologique. / Ever since the stagflation that followed the oil price run-ups of 1973 and 1979, oil price shocks have been considered one of the most influential sources of economic fluctuation in the United States and other developed countries. A large body of literature has analyzed oil price shocks as sources of variation for leading macroeconomic variables such as GDP growth, unemployment rate, inflation, and wages. However, scholars have yet to reach a consensus as to the true impact of oil shocks on the macroeconomic environment. Furthermore, the last decade has seen the debate intensify as the results of the relatively (in comparison with the 1970s) muted reaction of the real economy during the 2002-6 oil price run-up. Indeed, the recessionary effect was only observed during the subprime mortgage crisis of 2008-9. Numerous hypotheses have been put forward to explain the difference in impact during the 1970s versus the 2000s. For instance, Blanchard & Gali (2009) and Blanchard & Riggi (2013) evoked the reduction of the quantity of oil used of a unit of production, more flexible real wages, and a better credibility of the monetary policy. Hamilton (2009) and Kilian (2008) pinpointed a difference in the nature of the shock: whereas the oil shocks of the 1970s were driven by supply, that of the 2000s was led by demand. The original aim of this thesis was to reevaluate the impact of the oil shock in the 2000s through the debt channel. First, based on the work of Banchard & Gali, we proposed a new dynamic stochastic general equilibrium model (DSGE), which includes oil as an input of production as well as a consumption good. By relaxing some of the hypotheses of Blanchard & Gali, especially the decoupling of the output elasticity of oil with the cost-share in the production, our work demonstrated that oil is still a fundamental variable of the GDP in the United States. Furthermore, we found that energy efficiency is a key factor that explains the muted macroeconomic impact of an increase in oil prices. A third line of inquiry that may explain the difference between the shocks of the 1970s and the 2000s considers the extra costs implied by a higher price of oil that were absorbed by private debt (which was itself exacerbated by low interest rates set by the Federal Reserve in the 2000s). However, we found that DSGE modeling is unable to replicate the macroeconomic environment that led to the subprime mortgage crisis. In light of these considerations, I reoriented my thesis along the lines of a new angle of research that seeks to represent economic mechanisms differently. Under this new frame-work, private debt is at the core of macroeconomic analysis. It provides an alternative view of the financial crisis that occurred in the 2000s.[...]The conclusions of this thesis demonstrate great potential for providing foundations for new perspectives in macroeconomic modeling. The papers included in the thesis allow, in particular, for a better understanding of situations that most macroeconomic models are not able to cope with, including the over indebtedness crisis. As a result, the framework introduced here may provide an alternative and improved perspective for public policy. Further development of the research presented in this thesis may lead to the improvement of other frameworks in the field of macroeconomics. This would allow for a better understanding of complex interactions between the financial sphere, real business cycles, energy, and climate in what is certainly the biggest challenge of our generation : the ecological shift.

La question centrale qui chapeaute cette thèse est : quelle sont les sources des fluctuations économiques ? De nombreux articles mettent en évidence le rôle majeur des facteurs et chocs financiers. A partir de ce postulat, j'analyse la capacité des modèles macroéconomiques dynamiques à reproduire les co-mouvements observés dans les données entre la production, la consommation, l'investissement et l'emploi, suite à un choc financier. Le premier chapitre montre que les modèles standards n'arrivent pas à générer ces co-mouvements, car ils impliquent des mouvements opposés entre la consommation et l'investissement. Une solution est de modéliser des banques qui prêtent à la fois aux entreprises et aux ménages, puis de considérer le choc financier comme un resserrement simultané des contraintes de crédit des deux types d'emprunteurs. Le second chapitre est une évaluation quantitative de cette idée. Avec David Gauthier, nous estimons un riche modèle macroéconomique sur données américaines à l'aide de méthodes bayésiennes. Nous motivons notre choc de collatéral par l'observation que les banques américaines ajustent les conditions de crédit de manière similaire pour les firmes et les ménages. Nous trouvons que le choc de collatéral explique une large partie des fluctuations économiques, car il est capable de générer les co-mouvements. Le troisième chapitre est l'étape suivante. Je souhaite endogénéiser les conditions de prêts bancaires. L'idée est de reproduire la récession de 2008, au cours de laquelle un choc dans le marché immobilier affectant initialement les ménages a été transmis au reste de l'économie à travers les banques qui ont diminué le crédit alloué aux entreprises. / The main question at the heart of this thesis is, what drives business cycle fluctuations? A growing body of evidence suggests that financial factors and shocks matter most. Based on this premise, I ask whether financial shocks in dynamic macroeconomic models can generate the positive co-movements in output, consumption, investment, and hours worked observed in the data. The first chapter shows that standard models fail in doing so, because they typically imply a countercyclical response of consumption. One solution is to have banks lend both to firms and households, and to assume, that the financial shock is a common credit tightening on both. The second chapter offers a quantitative analysis of this idea. Together with David Gauthier, we motivate what we call the collateral shock by documenting that banks in the US effectively adjust standards in a similar way regard less if the borrower is a firm or a household. We estimate a rich macroeconomic model with Bayesian methods on US financial and macro data over the 1985-2015 period. We find that the collateral shock is the main driver of economic fluctuations. The reason is the collateral shock is able to generate pro cyclical consumption, investment, hours, and credit to firms and households, which are features of US business cycles. The third chapter attempts to go a step further by making lending standards endogenous. The idea is to have banks act as a propagation channel. A shock that emerges in the housing market and that initially affects households is transmitted to firms by a panic-prone financial sector that tightens credit to businesses. This model would replicate the story of the 2008 recession in the United States.

Le travail mené dans le cadre de cette thèse porte sur l’étude expérimentale et numérique de l’écoulement au sein d’un éjecteur supersonique. Le régime d’écoulement qui s’installe dans ces appareils est très complexe du fait des phénomènes physiques qui les caractérisent comme la turbulence et les ondes de choc. Les méthodes expérimentales utilisées sont la mesure de la pression le long de l’axe de l’éjecteur `a l’aide d’une sonde développée à cet effet, la visualisation de l’écoulement par tomographie laser et la mesure de vitesse par PIV. Les simulations numériques sont réalisées à l’aide du code Ansys-Fluent en 2D axisymétrique et en 3D. Dans un premier temps, une étude de sensibilité du modèle numérique portant sur les paramètres de simulations et les modèles de turbulence est menée sur l’éjecteur fonctionnant sans flux induit. La validation des simulations repose sur une comparaison des résultats numériques avec des mesures de vitesse par PIV. Un modèle 3D s’est avéré incontournable pour l’étude de l’écoulement dans l’éjecteur avec flux induit à cause de sa géométrie complexe. Les outils expérimentaux et numériques développés permettent d’analyser finement l’interaction des flux moteur et induit, en particulier les processus de recompression par chocs obliques et de mélange. Une tentative de modélisation par LES des instabilités de l’écoulement détectées expérimentalement est également abordée. / The work reported in this thesis relates to the experimental and numerical studies of the flow within a supersonic ejector. The flow pattern which occurs in these apparatuses is very complex because of the flow phenomena encountered like flow turbulence and shock waves. The experimental methods used are the measurement of the pressure along the axis of the ejector using a specific probe developed for this purpose, the flow visualization by laser tomography and the velocity measurement by PIV. The numerical simulations are carried out using the Ansys-Fluent code with 2D axisymmetric and 3D models. First, a study of sensitivity to the numerical parameters of simulation and to the turbulence models is carried out on the ejector operating without induced flow. The validation of the simulations is achieved by a comparison between the numerical results and velocity measurements by PIV. A 3D model is necessary for the simulation of the flow in the ejector operating with induced flow because of the complex ejector geometry. The experimental techniques and the numericalmodels developed make it possible to analyze the interaction of the primary and secondary flows, in particular the process of recompression by oblique shocks and the mixing process. An attempt at modeling by LES simulation the flow instabilities detected during experiments is also approached.

Cette thèse se propose d'analyser les effets des ruptures dans les trajectoires professionnelles sur l'état de santé des individus en Europe. Nous considérons ici deux ruptures : l'une en début de carrière -- l'entrée sur le marché du travail dans une économie dégradée -- et l'autre en fin de carrière -- le passage à la retraite. Entre ces deux périodes critiques, nous portons un intérêt spécifique à l'impact sur la santé d'une rupture cette fois anticipée : la peur de perdre son emploi. Nos analyses empiriques combinent des données d'enquêtes Européennes et Britanniques. Afin de pallier les problèmes d'endogénéité propres à toute analyse empirique du lien entre santé et trajectoire professionnelle, nous exerçons des chocs exogènes sur la carrière des individus. Nous utilisons ainsi une expérience naturelle (la crise pétrolière de 1973) et les caractéristiques institutionnelles telles qu’elles sont définies dans la législation de chaque pays Européen (âges légaux de passage à la retraite, degrés de protection de l’emploi, règles de scolarité obligatoire). Les résultats soulignent l'effet néfaste des ruptures au cours de la vie professionnelle sur la santé des individus, à la fois à court et à long terme.Notre projet se propose d’identifier un lien causal entre l'activité professionnelle des individus et leur catégorie d'obésité via l’utilisation de techniques économétriques spécifiques tenant compte de l'endogénéité et l'utilisation des données de la cohorte GAZEL (qui suit depuis 1989 20 000 volontaires employés chez EDF-GDF). / The main objective of this thesis is to analyse the health consequences of career shocks in Europe. It considers two actual career shocks over the lifecourse: leaving full-time education in a bad economy, and, at the other end of the age spectrum, retiring. In-between these two critical periods, it investigates how an anticipated career shock -- i.e. anticipated job loss -- damages health. Empirical analyses are conducted using large European and British surveys. We use institutional features and natural experiments to find neat instruments for causal identification~: the existence of compulsory schooling laws, the cross-country variation in employment protection legislations, the cross-country variation in retirement systems and the 1973 oil crisis. The results emphasise the causal and health-damaging impact of career shocks, both in the short and in the long-term.

La première partie de la thèse se compose d'une recherche empirique visant à examiner si les producteurs de produits primaires s'adaptent mieux après un choc d'offre sous un régime de taux de change flottant. À l'aide d'un modèle VAR, j'ai trouvé que les régimes de taux de change flexible n'effectuent pas mieux à isoler l'économie des chocs externes. Par conséquent, la deuxième partie de la thèse vise à établir ou non si les régimes de taux de change fournissent certains avantages pour les pays exportateurs de produits primaires tels que le fait d'attirer les investissements directs a l'étranger. À l'aide de différentes estimations économétriques, les résultats montrent que les régimes de taux de change influencent les investissements directs à l'étranger et en particulier, les régimes de change fixes plutôt que les régimes plus flexibles. / The first part of dissertation consists of an empirical research aiming at investigating whether primary commodity producers perform better after a real shock with floating exchange rate regimes. Using a VAR model I found that flexible exchange rate regimes do not perform better at insulating the output from external shocks. Therefore, the second part of the dissertation aims at establishing whether or not exchange rate regimes provide certain benefit for those countries such as attracting foreign direct investments. Using panel data estimation techniques, I found that exchange rate regimes matters in attracting FDI and in particular fixed regimes rather than flexible regimes.

Dans les propulseurs de fusée, des instabilités aéroacoustiques et des interactions de type fluide-structure sont à l'origine de fortes oscillations de poussées pouvant déranger la poussée du moteur mais également causer des dommages non négligeables. On trouve dans les moteurs de fusée des protections thermiques de face (PTF) coincées entre les pains de propergol. Leurs déplacements se trouvent être la principale cause des interactions fluide structure (IFS) présentes dans les booster. Dans ce contexte, nous avons développé une approche numérique visant à simuler les problèmes d'IFS. Notre méthode se base sur le couplage de deux codes dissociés : l'écoulement est simulé avec CARBUR tandis que la dynamique des structures déformables est traitée par MARCUS. Une loi de comportement hyperélastique a été implémentée dans CARBUR afin de simuler le mouvement des PTF. Une campagne expérimentale a été menée dans notre laboratoire sur le tube à chocs T80 et en guide de validation du couplage des codes, les résultats numériques et expérimentaux ont été confrontés. / In a solid rocket motor, high pressure oscillations induced by aeroacoustic instabilities and fluid structure interaction (FSI) may lead to disturb rocket thrust and cause damages. In the rocket motors, flexible inhibitors made of insulating material are initially bonded to the propellant, and FSI is mainly induced by their displacement. In this context, a numérical approach to simulate FSI problems has been developped. Our method is based on the coupling of two dissociated codes : fluid flow is computed with CARBUR, while the dynamics of deformable structures is simulated by MARCUS. A hyperelastic behaviour law has been implemented in MARCUS in order to simulate the movement of flexible inhibitors. An experimental approach has been leaded in the shock waves tubes (T80) in our laboratory and as a validation of FSI coupling codes, numerical and experimental results have been compared.

Afin de faire face aux nouveaux challenges de l’industrie automobile, les ingénieurs souhaitent appliquer des méthodes d’optimisation à chaque étape du processus de conception. En élargissant l’espace de conception aux paramètres de forme, en augmentant leur nombre et en étendant les plages de variation, de nouveaux verrous sont apparus. C’est le cas de la résistance aux chocs. Avec les temps de calcul long, la non-linéarité, l’instabilité et la dispersion numérique de ce problème de dynamique rapide, la méthode usuellement employée, l’optimisation par plan d’expériences et surfaces de réponse, devient trop coûteuse pour être utilisée industriellement. Se pose alors la problématique suivante : Comment faire de l’optimisation de forme en dynamique rapide avec un nombre élevé de paramètres ?. Pour y répondre, les méthodes d’optimisation par gradient s’avèrent être les plus judicieuses. Le nombre de paramètres a une influence réduite sur le coût de l’optimisation. Elles permettent donc l’optimisation de problèmes ayant de nombreux paramètres. Cependant, les méthodes classiques de calcul du gradient sont peu pertinentes en dynamique rapide : le coût en nombre de simulations et le bruit empêchent l’utilisation des différences finies et le calcul du gradient en dérivant les équations de dynamique rapide n’est pas encore disponible et serait très intrusif vis-à-vis des logiciels. Au lieu de déterminer le gradient, au sens classique du terme, des problèmes de crash, nous avons cherché à l’estimer. L’Equivalent Static Loads Method est une méthode permettant l’optimisation à moindre coût basée sur la construction d’un problème statique linéaire équivalent au problème de dynamique rapide. En utilisant la dérivée du problème équivalent comme estimation du gradient, il nous a été possible d’optimiser des problèmes de dynamique rapide ayant des épaisseurs comme variables d’optimisation. De plus, si l’on construit les équations du problème équivalent avec la matrice de rigidité sécante, l’approximation du gradient n’en est que meilleure. De cette manière, il est aussi possible d’estimer le gradient par rapport à la position des nœuds du modèle de calcul. Comme il est plus courant de travailler avec des paramètres CAO, il faut déterminer la dérivée de la position des nœuds par rapport à ces paramètres. Nous pouvons le faire de manière analytique si nous utilisons une surface paramétrique pour définir la forme et ses points de contrôle comme variables d’optimisation. Grâce à l’estimation du gradient et à ce lien entre nœuds et paramètres de forme, l’optimisation de forme avec un nombre important de paramètres est désormais possible à moindre coût. La méthode a été développée pour deux familles de critères issues du crash automobile. La première est liée au déplacement d’un nœud, objectif important lorsqu’il faut préserver l’intégrité de l’habitacle du véhicule. La seconde est liée à l’énergie de déformation. Elle permet d’assurer un bon comportement de la structure lors du choc. / In order to face their new industrial challenges, automotive constructors wish to apply optimization methods in every step of the design process. By including shape parameters in the design space, increasing their number and their variation range, new problematics appeared. It is the case of crashworthiness. With the high computational time, the nonlinearity, the instability and the numerical dispersion of this rapid dynamics problem, metamodeling techniques become to heavy for the standardization of those optimization methods. We face this problematic: ”How can we carry out shape optimization in rapid dynamics with a high number of parameters ?”. Gradient methods are the most likely to solve this problematic. Because the number of parameters has a reduced effect on the optimization cost, they allow optimization with a high number of parameters. However, conventional methods used to calculate gradients are ineffective: the computation cost and the numerical noise prevent the use of finite differences and the calculation of a gradient by deriving the rapid dynamics equations is not currently available and would be really intrusive towards the software. Instead of determining the real gradient, we decided to estimate it. The Equivalent Static Loads Method is an optimization method based on the construction of a linear static problem equivalent to the rapid dynamic problem. By using the sensitivity of the equivalent problem as the estimated gradient, we have optimized rapid dynamic problems with thickness parameters. It is also possible to approximate the derivative with respect to the position of the nodes of the CAE model. But it is more common to use CAD parameters in shape optimization studies. So it is needed to have the sensitivity of the nodes position with these CAD parameters. It is possible to obtain it analytically by using parametric surface for the shape and its poles as parameters. With this link between nodes and CAD parameters, we can do shape optimization studies with a large number of parameters and this with a low optimization cost. The method has been developed for two kinds of crashworthiness objective functions. The first family of criterions is linked to a nodal displacement. This category contains objectives like the minimization of the intrusion inside the passenger compartment. The second one is linked to the absorbed energy. It is used to ensure a good behavior of the structure during the crash.

Au passage d’un choc sur la surface rugueuse d’un métal, un nuage de débris micrométriques est éjecté. Sa signature spectrale temps-vitesse est mesurée au moyen d’un système optique interférométrique : la Vélocimétrie Hétérodyne (VH).Dans un régime de diffusion simple de la lumière, une étude paramétrique a mis en évidence l’influence des paramètres clés du nuage sur sa réponse Doppler. Nous avons estimé, par Maximum de Vraisemblance, la courbe masse-vitesse d’un nuage d’étain et l’incertitude associée. L’allure de la mesure a également été étudiée en incorporant aux calculs le rendement optique de la sonde.Nous présentons une méthode de calcul Monte Carlo, rendant compte des effets de diffusion multiple. Appliquée à trois expériences d’éjection d’or et d’étain, la présence de vitesses non physiques sur la mesure VH, liée aux diffusions multiples nuage-surface-nuage, a été soulignée, et les décroissances progressives de la visibilité en vitesse et de la puissance rétrodiffusée justifiées. Quelle que soit la masse éjectée, la diffusion multiple doit être intégrée aux calculs, un régime de diffusion simple n’étant valable qu’asymptotiquement, dans les limites d’un temps infini et/ou d’un faisceau sonde de dimension réduite par rapport aux libres parcours moyen de diffusion. / As a shockwave reaches a roughened metal’s surface, high-speed micron-sized particles are ejected. The spectral signature of the cloud can be measured using a fiber-based interferometric setup, so-called Photon Doppler velocimetry (PDV).In the single scattering regime, we study how the parametric dependencies of the cloud influence its Doppler response. Using a Maximum Likelihood technique, we estimate the mass-velocity function of ejected material, and its uncertainty. The time-dependent statistical properties of the spectrum, coming from the complex optical collection efficiency of the probe, are also explained.We present a Monte Carlo method to incorporate multiple scattering. Three different ejecta experiments are studied and the presence of non-physical velocities attributed to multiple scattering between surface and ejecta. Cloud’s visibility and backscattered power decrease with time due to the existence of different scattering regimes. Whatever the ejected mass, multiple scattering effects have to be integrated in PDV calculations. A single scattering will only be asymptotically valid, when time reaches infinity and/or the beam diameter is negligible with respect to the scattering mean free paths.

Les chocs non-collisionnels jouent un rôle majeur dans de nombreux événements astrophysiques à haute densité d'énergie (sursauts gamma, restes de supernovæ, vents de pulsar...), et seraient responsables de la génération de particules supra-thermiques et de radiations. Les simulations ont démontré qu'en l’absence de champs magnétiques externes, des instabilités électromagnétiques peuvent prendre place lors de la collision de plasmas à haute vitesse. Les instabilités du type Weibel sont en effet capables de faire croître, dans ces milieux, une turbulence électromagnétique potentiellement en mesure de défléchir et d'accélérer des particules par des processus du type Fermi. En plus d'une compréhension théorique toujours croissante, la génération expérimentale de tels chocs est maintenant étudiée à l'aide de lasers de puissance. Les fluctuations thermiques électromagnétiques constituent les germes des instabilités se développant dans un plasma. Nous nous sommes attelés à leur description dans le cas d’un plasma relativiste régi par une fonction de distribution de type Maxwell-Jüttner. Des formules exactes de la densité spectrale ont pu être obtenues pour différentes orientations du vecteur propre. Ces résultats ont pu être confrontés aux prédictions d’un code de simulation particle-in-cell (PIC). Un très bon accord a été démontré.Ces résultats ont été exploités lors d'une collaboration internationale dont le but était d'estimer le temps de saturation de l'instabilité cinétique de Weibel, générant des fluctuations magnétiques. Les estimations obtenues ont pu être validées par des simulations PIC sur trois ordres de grandeur d'énergie de dérive.Nous avons ensuite mené une étude théorique et numérique des collisions de plasma d'électrons-ions en régime non-collisionnel ayant lieu lors d'événements astrophysiques tels que les restes de supernovæ. Par-delà un intérêt académique pour la compréhension des processus de transfert/transport d’énergie au sein des plasmas, la récente génération de tels plasmas en laboratoire ouvre des perspectives inédites en astrophysique des hautes énergies. La zone de recouvrement de ces faisceaux de particules est sujette à des instabilités cinétiques du type Weibel, générant des champs magnétiques intenses.Nous avons modélisé l'évolution non-linéaire d'un système soumis à l'instabilité de Weibel, et obtenu des formules analytiques de l'évolution des paramètres plasmas (températures et vitesse de dérive) et des champs magnétiques. Le modèle prédit ainsi l’évolution du système jusqu’à un stade proche de l’isotropisation complète des populations de particules et donc jusqu'à la formation d’un choc non-collisionnel. Ce modèle, en accord avec des simulations du type « particle-in-cell », pu aussi être comparé à des résultats expérimentaux récents. L'étude de la propagation des chocs non-collisionnels, m'a permis de généraliser le précédent modèle au cas de la turbulence magnétique ayant lieu en amont du front de choc.Nous nous sommes consacrés enfin aux chocs non-collisionnels créés dans un plasma dense (opaque) irradié par un laser intense. L’interaction laser-plasma qui en résulte donne lieu à un important courant d'électrons relativistes qui sont à l’origine d’instabilités cinétiques (de filamentation notamment) susceptibles d'évoluer en choc non-collisionnel. Une observation originale, contrastant avec les premières publications sur le sujet est que pour les paramètres considérés (un laser d’éclairement ~1021 Wcm-2, interagissant avec une cible solide), le choc résulte de la turbulence magnétique produite par l’instabilité électronique, plutôt que par l’instabilité ionique (dont la croissance est plus tardive). En d’autres termes, compte tenu de l’énergie très élevée des électrons accélérés par le laser, la turbulence qu'ils génèrent s’avère assez forte pour rapidement défléchir les ions. / Collisionless shocks play a major role in powerful astrophysical objects (e.g., gamma-ray bursts, supernova remnants, pulsar winds, etc.), where they are thought to be responsible for non-thermal particle acceleration and radiation. Numerical simulations have shown that, in the absence of an external magnetic field, these self-organizing structures originate from electromagnetic instabilities triggered by high-velocity colliding flows. These Weibel-like instabilities are indeed capable of producing the magnetic turbulence required for both efficient scattering and Fermi-type acceleration. Along with rapid advances in their theoretical understanding, intense effort is now underway to generate collisionless shocks in the laboratory using energetic lasers. In a first part we study the (w,k)-resolved electromagnetic thermal spectrum sustained by a drifting relativistic plasma. In particular, we obtain analytical formulae for the fluctuation spectra, the latter serving as seeds for growing magnetic modes in counterstreaming plasmas. Distinguishing between subluminal and supraluminal thermal fluctuations, we derived analytical formulae of their respective spectral contributions. Comparisons with particle-in-cell (PIC) simulations are made, showing close agreement in the subluminal regime along with some discrepancy in the supraluminal regime. Our formulae are then used to estimate the saturation time of the Weibel instability of relativistic pair plasmas. Our predictions are shown to match 2-D particle-in-cell (PIC) simulations over a three-decade range in flow energyWe then develop a predictive kinetic model of the nonlinear phase of the Weibel instability induced by two counter-streaming, symmetric and non-relativistic ion beams. This self consistent, fully analytical model allows us to follow the evolution of the beams' properties up to a stage close to complete isotropization and thus to shock formation. Its predictions are supported by 2D and 3D particle-in-cell (PIC) simulations of the ion Weibel instability in uniform geometries, as well as shock-relevant non-uniform configurations. Moreover, they are found in correct agreement with a recent laser-driven plasma collision experiment. Along with this comparison, we pinpoint the important role of electron screening on the ion-Weibel dynamics, which may affect the results of simulations with artificially high electron mass. We subsequently address the shock propagation resulting from the magnetic Weibel turbulence generated in the upstream region. Generalizing the previous symmetric-beam model to the upstream region of the shock, the role of the magnetic turbulence in the shock-front has been analytically and self-consistently characterized. Comparison with simulations validates the model. The interaction of high-energy, ultra-high intensity lasers with dense plasmas is known to produce copious amounts of suprathermal particles. Their acceleration and subsequent transport trigger a variety of Weibel-like electromagnetic instabilities, acting as additional sources of slowing down and scattering. Their understanding is important for the many applications based upon the energy deposition and/or field generation of laser-driven particles. We investigate the ability of relativistic-intensity laser pulses to induce Weibel instability-mediated shocks in overdense plasma targets, as first proposed by Fiuza in 2012. By means of both linear theory and 2D PIC simulations, we demonstrated that in contrast to the standard astrophysical scenario previously addressed, the early-time magnetic fluctuations (Weibel instability) generated by the suprathermal electrons (and not ions) are strong enough to isotropize the target ions and, therefore, induce a collisionless electromagnetic shock.

Ce sujet concerne un travail pluridisciplinaire mathématique et astrophysique. Le but de cette thèse est l'étude des modèles d'hydrodynamique radiative dont l'application est bien évidemment très vaste en physique et astrophysique. Les modèles M1-multigroupes sont explorés pour décrire le transfert radiatif sans faire à priori d'hypothèse sur la profondeur optique du milieu. L'intérêt qui découle directement de ce travail est le développement du code d'hydrodynamique radiative HADES 2D permettant le calcul massivement parallèle. Il autorise des simulations dans des configurations astrophysiques réalistes en termes de nombre de Mach et de contraste de densité et de température entre les différents milieux. Nous nous sommes concentrés sur deux applications intéressantes : les jets d'étoiles jeunes et les chocs radiatifs dont les premières simulations seront présentées. / This topic is a multidisciplinary work between mathematics and astrophysics. The aim of this thesis is the study of radiation hydrodynamic models of which application is obviously very broad in physics and astrophysics. M1-multigroup models are explored to describe the radiative transfer without a priori assumption on the optical depth of the medium. The interest ensuing directly from this work is the development of a radiation hydrodynamic code, namely HADES 2D, for massively parallel computing. It allows simulations in realistic astrophysical configurations in terms of Mach number, density and temperature contrasts between different environments. We focused on two interesting applications: the jets from young stars and the radiative shocks of which first simulations will be presented.