Local refractive index changes (RIC) are the building blocks of laser-induced optical functions in bulk transparent materials, where the use of a fused silica as a target material plays a paramount role. Depending on the regime of laser interaction ultra-short pulses can induce positive isotropic refractive index changes (usually denoted as type I) or produce self-arranged nano-scale layered structures resulting in form birefringence (type II). In this thesis we have studied two objectives related to these material transformations. From the one side, we qualitatively determined the effects of the focused ultra-short laser pulses on the fused silica and borosilicate glasses. With the independent control of the energetic dose, pulse duration and focusing conditions, the isotropic type I and birefringent type II traces could be performed with the certain optical properties. Finally, complex polarization sensitive devices were designed and fabricated. From the other side, as these types of RIC have consequences in the functionality and the performances of 3D embedded optical devices, an investigation of the laser-induced structures is particularly useful. We applied photoluminescence and Raman microscopy (RM) to investigate defect formation and glass network reorganization paths. The proposed spectroscopy study distinguishes type I and type II regions by presence and distribution of silicon clusters and non-bridging oxygen hole centers (NBOHC). RM reveals signs of compaction of the glass network in the RIC regions. At the same time, zones with high concentration of NBOHC where no visible RIC and densification signs were detected. Assuming that these zones are precursors of permanent visible modification, we propose a scenario of cold defect-assisted densification realized in type I irradiation regime. This, thereby, revises the densification paths in fused silica

La tomographie par émission de positons (TEP) est une méthode d'imagerie fonctionnelle, utilisée en particulier lors du développement de nouveaux médicaments et pour imager les tumeurs. En TEP, l'estimation de la concentration plasmatique artérielle d'activité du traceur non métabolisé (nommée " fonction d'entrée ") est nécessaire pour l'extraction des paramètres pharmacocinétiques. Ceux-ci permettent de quantifier le comportement du traceur dans les tissus, ou plus précisément le traitement du traceur par les tissus. Cette thèse constitue une contribution à l'étude de la fonction d'entrée, par l'élaboration d'une méthode d'estimation de la fonction d'entrée peu invasive à partir des images TEP et de prélèvements veineux. L'exemple du traceur FDG (analogue du glucose) dans le cerveau humain a été choisi. La méthode proposée repose sur la modélisation compartimentale de l'organisme : elle déconvolue le modèle à trois compartiments utilisé pour le FDG. L'originalité de la méthode repose sur trois points : l'utilisation d'un grand nombre de régions d'intérêt ; l'utilisation d'un grand nombre de jeux de trois régions d'intérêt différentes; une estimation itérative. Pour la validation de la méthode, un soin particulier a été porté à la simulation d'images TEP (simulation d'acquisition, reconstruction, corrections) de plus en plus réalistes, depuis une image simple simulée avec un simulateur analytique jusqu'à une image la plus proche possible de la réalité, simulée avec simulateur Monte-Carlo. Une chaîne de pré-traitement (segmentation des IRM associés, recalage entre images TEP et IRM et correction de l'effet de volume partiel par une variante de la méthode de Rousset) a ensuite été appliquée à ces images afin d'extraire les cinétiques des régions d'intérêt, données d'entrée de la méthode d'estimation de la fonction d'entrée. L'évaluation de la méthode sur différentes données, simulées et réelles, est présentée, ainsi que l'étude de la sensibilité de la méthode à différents facteurs tels que les erreurs de segmentation, de recalage, de mesure de l'activité des prélèvements sanguins.

Among technologies capable to produce electricity locally without contributing to GHG releases, building integrated PV systems (BIPV) could be major contributor. However, when exposed to intense solar radiation, the temperature of PV modules increase significantly, leading to a reduction in efficiency so that only about 14% of the incident radiation is converted into electrical energy. The high temperature also decrease the life of the modules, thereby making passive cooling of the PV components through natural convection a desirable and cost-effective means of overcoming both difficulties. An experimental investigation of heat transfer and fluid flow characteristics of natural convection of air in vertical and inclined open-ended heated channels is therefore undertaken so as provide reliable information for the design of BIPV. Two experimental set ups were developed and used during the present investigations; one located at the CETHIL laboratory in Lyon, the F-device and the other located at the University of New South Wales in Sydney, the R-device. Both channels consisted of two wide parallel plates each of which could be subjected to controlled uniform or non-uniform heat fluxes. The investigation has been conducted by analyzing the mean wall temperatures, measured by thermocouples and mean velocity profiles and turbulent quantity distributions of the flow, measured with a PIV system. Flow patterns close to the heated faces were also investigated. The study is particularly focused on the transition region from laminar to turbulent flow. Three different heating geometric arrangements are examined in the modified Rayleigh number range from 3.86 x 105 to 6.22 x 106. The first is a vertical channel with one wall uniformly heated while the other was unheated, the second was a vertical channel in which both walls were non-uniformly heated and the third is an inclined channel uniformly heated from above. In the vertical configurations the width-to-height channel aspect ratio was fixed at 1:15 and in the inclined ones at 1:16. It is shown that the flow is very sensitivity to disturbances emanating from the ambient conditions. Moreover, the propagation of vortical structures and unsteadiness in the flow channel which are necessary to enhance heat transfer, occurred downstream of the mid-channel section at Ra* = 3.5 x 106 for uniformly and asymmetrically heated channels inclined between 60° and 90° to the horizontal. Indeed, these unsteady flow phenomena appears upstream the location of the inflexion point observed in the temperature excess distribution of the heated wall. In the case of non-uniform heating on both sides of the channel, a stronger 'disruption mechanism' exists, which leads to enhanced mixing and increased Reynolds stresses over most of the width of the channel. Empirical correlations of average Nusselt number as a function of modified Rayleigh number were obtained for each configuration.

Cette thèse vise à étudier la diffusion protonique, et dans une moindre mesure ionique, au sein d'un matériau électrolyte pour pile à combustible BaCeO3 dopé Gd, en adoptant une démarche multi-échelle. Tout d'abord, des calculs ab initio ont été réalisés afin de déterminer les positions stables des défauts protoniques OH_O et des lacunes d'oxygène VO dans le matériau. Puis, en utilisant toujours le formalisme de la théorie de la fonctionnelle de la densité, les barrières d'énergies pour les deux types de défauts entre deux positions stables ont été calculées. Enfin, ces barrières ont été utilisées dans un algorithme de Monte-Carlo cinétique afin de simuler des trajectoires de protons et de lacunes d'oxygène. Cette méthode permet d'accéder à des grandeurs macroscopiques, accessibles expérimentalement, telles que l'énergie d'activation, le coefficient de diffusion ou la mobilité, en se basant uniquement sur des données atomiques issues de simulations ab initio. Le gadolinium semble être un dopant intéressant pour le cérate de barium au vu de son faible pouvoir attractif sur le proton : il permet ainsi la création de nombreuses lacunes d'oxygène, qui pourront incorporer des molécules d'eau, sans toutefois piéger l'hydrogène. Ces deux conditions sont nécessaires pour obtenir un bon électrolyte pour les oxides solides conducteurs de protons.

Cette étude s'inscrit dans le cadre du développement d'outils de simulation de latélémétrie qui est une technique possible pour la surveillance et le contrôle périodique desréacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par du sodium liquide (RNR-Na).De manière générale, la télémétrie consiste à positionner au sein du réacteur untransducteur qui génère un faisceau ultrasonore. Ce faisceau se propage à travers un milieuinhomogène et aléatoire car le sodium liquide est le siège de fluctuations de température quiimpliquent une variation de la célérité des ondes ultrasonores, ce qui modifie la propagationdu faisceau. Ce dernier interagit ensuite avec une structure immergée dans le réacteur. Lamesure du temps de vol de l'écho reçu par le même transducteur permet de déterminer laposition précise de la structure. La simulation complète de la télémétrie nécessite donc lamodélisation à la fois de la propagation d'une onde acoustique en milieu inhomogènealéatoire et de l'interaction de cette onde avec des cibles de formes variées ; c'est l'objectif dece travail.Un modèle stochastique basé sur un algorithme de type Monte-Carlo est tout d'aborddéveloppé afin de simuler les perturbations aléatoires du champ de propagation. Le champacoustique en milieu inhomogène est finalement modélisé à partir du champ calculé dans unmilieu homogène moyen en modifiant les temps de parcours des rayons homogènes parincorporation d'une correction fournie par le modèle stochastique. Le modèle stochastiquede propagation ainsi développé a été validé par comparaison avec un modèle déterministe ets'avère nettement plus simple à mettre en oeuvre au sein de la plateforme logicielle desimulation en contrôle non destructif CIVA et moins couteux en temps de calcul que lemodèle déterministe.En vue de modéliser l'interaction onde acoustique/cible, des modèles classiques dediffraction ont été évalués dans le cadre de structures rigides, parmi lesquels la théoriegéométrique de la diffraction (GTD) et l'approximation de Kirchhoff (KA), ces deuxapproches apparaissant comme complémentaires. En les combinant de sorte à ne conserverque leurs avantages, nous avons développé un modèle hybride (KA raffiné) en utilisant uneprocédure similaire à la théorie physique de la diffraction (PTD). Le modèle KA raffinéfournit une amélioration de la prédiction en champ proche d'une cible rigide. Le modèle dediffraction KA initial (non raffiné) a été ensuite étendu pour traiter une cible réalisted'impédance finie. Le modèle KA " général " ainsi obtenu se révèle être une solutionsatisfaisante pour l'application à la télémétrie. Finalement, le couplage du modèlestochastique de propagation et du modèle de diffraction KA général nous a permis deconstruire un outil de simulation complète de la télémétrie en milieu inhomogène.

Ce travail de thèse présente une étude numérique et théorique de l'influence des effets coopératifs sur la localisation de la lumière dans des vapeurs atomiques, suivie d'une étude expérimentale de ces effets coopératifs dans le régime de diffusion multiple dans des nuages d'atomes froids dilués. Le premier chapitre décrit le modèle que nous utilisons, basé sur l'Hamiltonien effectif d'interaction matière rayonnement, afin d'étudier numériquement la localisation de la lumière et les effets coopératifs. Nous discutons également des différences fondamentales existant entre la situation réelle où la lumière est assimilée à une onde vectorielle et l'approximation scalaire plus facile à traiter analytiquement. Le deuxième chapitre se concentre sur la présentation des résultats numériques complétée d'une comparaison systématique entre les cas scalaire et vectoriel. Nous remarquons dans cette partie que l'approximation scalaire, valable dans la limite des milieux spatialement dilués, présente des différences drastiques avec le cas vectoriel lorsque nous considérons des milieux spatialement denses. Nous n'observons pas également d'indications suffisantes nous permettant de discriminer le fait que les effets coopératifs ne soient pas à la base des mécanismes de localisation de la lumière. Dans la dernière partie nous nous intéressons expérimentalement aux signatures des effets coopératifs dans le régime de diffusion multiple en confrontant à nos résultats expérimentaux plusieurs approches théoriques tenant compte ou pas des effets d'interférences.

La supraconductivité s'établit par une organisation collective des électrons, décrite dans le cadre de la théorie BCS par une même fonction d'onde macroscopique. En présence de fort désordre, la situation est plus complexe : le désordre induit un renforcement des interactions coulombiennes et une localisation des électrons, s'opposant à l'établissement de la supraconductivité. Pour un désordre critique, la supraconductivité est détruite et le système devient métallique ou isolant. A 2D, en l'absence de fortes interactions coulombiennes, la théorie de la localisation d'Anderson interdit l'existence d'un état métallique : le désordre induit une Transition Supraconducteur-Isolant (TSI). Durant cette thèse, nous avons étudié les propriétés de transport à très basse température de films minces amorphes de NbxSi1-x. Nous avons effectué des mesures de résistance à basse fréquence à travers la TSI et initié des mesures d'impédance complexe à hautes fréquences (quelques GHz), afin de sonder la dynamique du système à travers la TSI. L'étude du transport statique s'est focalisée sur l'évolution du NbxSi1-x avec le recuit. Ce paramètre induit une variation progressive du désordre microscopique de notre système, ce qui nous a permis d'étudier finement la TSI. Nous avons ainsi mis en évidence deux états dissipatifs, séparant les états supraconducteurs et isolants, et non-prédits par les théories actuelles. Par ailleurs, nous avons mis au point un dispositif de mesure de réflectométrie micro-onde large bande. Nous avons en particulier développé une méthode de calibration, utilisant non pas la mesure de références externes comme il est usuel, mais un ensemble d'hypothèses sur la réponse électrodynamique des échantillons. Cette méthode permet de s'affranchir de l'environnement micro-onde de ceux-ci. Les résultats obtenus permettent une première validation de cette démarche et constituent donc un premier pas vers la détermination de la réponse dynamique absolue du système à travers la TSI.

L'expérience GBAR - Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest - est conçue pour réaliser un test direct du principe d'équivalence faible sur l'antimatière. Son objectif est de mesurer l'accélération d'un antiatome d'hydrogène en chute libre, appelée Gbar. Son originalité réside dans la production d'antiions Hbar+ pour appliquer le refroidissement sympathique afin d'obtenir une température de l'ordre du µK, indispensable à la réalisation de la mesure. Les ions Hbar+ sont produits par les réactions : pbar + Ps -> Hbar + e-, puis Hbar + Ps -> Hbar+ + e-, où pbar représente l'antiproton, Ps le positronium (l'état lié entre le positon et l'électron), Hbar l'antihydrogène et Hbar+ l'antiion associé. Pour produire la quantité de Ps nécessaire à l'expérience GBAR, 2x10^10 positons doivent être injectés sur une cible mésoporeuse de SiO2 en moins de 100ns. Un tel flux nécessite l'accumulation et le refroidissement des positons dans un piège à particules.Cette thèse décrit l'injecteur de positons en phase de démonstration à Saclay pour l'expérience GBAR. Il est constitué d'un piège de Penning-Malmberg (emprunté au laboratoire du RIKEN) alimenté par un faisceau de positons lents. Un accélérateur linéaire d'électrons de 4.3MeV produit le faisceau pulsé de positons en tirant sur une cible de tungstène, modéré ensuite par un modérateur constitué de multiples couches de grilles de tungstène. Le flux de positons lents est de 10^4 e+/pulse, soit 2x10^6 e+/s à 200Hz. Nous présentons dans ce document la toute première accumulation de positons produit par un accélérateur (plutôt qu'une source radioactive), et leur refroidissement dans un plasma de 2x10^10 électrons préalablement chargés dans le piège.

Cette thèse porte sur l'étude de l'émissivité et de l'opacité dans les plasmas de fusion inertielle (FCI), et des processus atomiques dans les plasmas de fusion magnétique (FCM).En FCI, nous avons étudié les spectres d'émissivité du hohlraum de l'approche indirecte et d'opacité des dopants de l'ablateur. Leur connaissance permet d'améliorer la compression de la cible de D-T et ainsi favoriser les réactions de fusion. Nous avons caractérisé les spectres lié-lié de l'or, du carbone et du germanium au moyen de méthodes détaillées (code PPP) mais qui s'avèrent coûteuses en temps de calculs et limitées quand le nombre de niveaux/ions augmente. Pour optimiser le temps de calcul sans perdre en précision, une méthode hybride détaillée/statistique (code SCO-RCG) a fait l'objet de comparaison/validation avec le code PPP sur des cas tests. Cette approche a ensuite été appliquée au calcul de l'opacité totale (lié-lié, lié-libre, libre-libre) pour tous les états d'ionisation du germanium et du silicium. Les spectres obtenus sont ensuite comparés dans une large gamme d'énergies en vue d'optimiser la compression de la cible.En FCM, à partir d'expériences effectuées sur les tokamaks Tore Supra (CEA Cadarache) et ASDEX Upgrade (Max Planck Institut, Garching), nous nous proposons de développer une nouvelle base de données de physique atomique (sections efficaces, taux des processus,...) à l'aide du code HULLAC pour analyser des coefficients de transport. Le but de cette étude est la sensibilité aux données atomiques de la reconstruction des coefficients de transport par le code ITC. Pour le cas de l'argon, les sections efficaces de quelques processus sont présentées et les coefficients de taux sont comparés à ceux provenant du consortium ADAS.

In this thesis we study thermal properties and melting behavior of crystals using Monte Carlo simulations. The Monte Carlo method is very difficult to implementfor melting investigation, unlike for problems where particles (such as spins) are localized on lattice sites. However, once it is well conceived, it is among themost efficient numerical techniques, to be able to study melting.We have created a high-performance algorithm based on an optimized Verlet procedure, which allowed us to investigate thermalproperties up to the melting. This optimization was necessary for treating an important number of atoms in very long runsto have good statistics, without prohibitive CPU time.We applied our algorithm to rare-gas crystals using the Lennard-Jones potential with parameters given by Bernardes which are widely used in the literature since 1958.Our results, thanks to their precision, show that we should modify these parameters in order to have a good agreement with experimental data.We studied melting of bulk semiconductors and metals by considering the case of Si and Ag. These materials have been chosen to serve our project about Silicene. Silicon has a diamond structure, and silver has the FCC lattice structure, both of them have been well experimentallystudied with well-known experimental melting temperatures. In spite of this, no good simulations have been done. For Si, one of the major problems is thechoice of a potential which stabilizes the diamond structure at finite temperatures. We have applied our algorithm to these materials using the multi-body Stillinger-Weber and Tersoff potentials for Si and the Gupta and EAM(embedded atom method) potentials for Ag. We obtained results much more precise than in early simulations and in good agreement with experiments.We also studied the Ag(111) surface trying to elucidate the long-standing controversy whether or not there is the ''anomalous'' thermal expansion whichhappens, for certain metals, when the inter-layer distances between the topmost atomic planes changes from a contracted situation to an expansion with respect tothe bulk distance. We showed that, depending on the potential, the anomalous crossover exists and the surface melting can occur at a temperature very far belowthat of the bulk melting. This is the case of EAM potential, but not the Gupta potential where surface melting occurs just belowbulk the melting.Finally, we studied the thermal stability of a stand-alone silicene sheet. Silicene is the Si counterpart of 2D carbon sheet called ''graphene". Siliceneattracts the attention of many researchers, because of its electronic and thermal properties which seem to be comparable to those of graphene which is actually oneof the most studied materials, due to its unusual properties susceptible for revolutionary device applications. Furthermore, because it is a Si-based material, thecompatibility, with the actual Si-based electronic industry, is expected to be better than for graphene. We show that, using the Tersoff potential with twosets of parameters (the original and the modified ones), the silicene 2D honeycomb structure is stable up to high temperatures without buckling. We have tested the Stillinger-Weberpotential: it yields a buckled honeycomb sheet at low temperatures but the 2D structure is destroyed in favor of a tri-dimensional structureat the melting. Discussion on this point is given.A general conclusion with some open perspectives is given at the end.