Le transport turbulent de particules est un phénomène important qui intervient dans de nombreux processus naturels et industriels. Comprendre ses propriétés et, en particulier, la création de grandes fluctuations de densité, est fondamental pour améliorer les modèles et affiner les prévisions. Cela représente de nombreux enjeux économiques, environnementaux et de santé. Une étude Lagrangienne de la séparation de paires de traceurs a été menée en s'appuyant sur l'analyse des données de simulations numériques à très haute résolution. Elle a permis de souligner les défaillances des approches de type champ moyen qui sont à la base des modèles les plus couramment utilisés. Pour la séparation, on constate que la transition entre le régime balistique de Batchelor et le régime explosif de Richardson a lieu à des temps données par le temps moyen de dissipation de l'énergie cinétique turbulente. Aussi, il est montré que la loi de Richardson peut s'interpréter comme un comportement diffusif des différences de vitesse. Des arguments phénoménologiques permettent d'interpréter cet effet par la décorrélation de différences d'accélération et la stationnarité aux temps longs du taux local de transfert d'énergie cinétique. Les moments d'ordres élevés de la séparation et de la vitesse sont aussi étudiés pour aborder la question des "événements violents" dans la distribution des distances. Enfin, un modèle d'éjection de masse est proposé et utilisé pour examiner les fluctuations de la densité de particules lourdes transportées dans un environnement aléatoire.

Nous présentons une contribution expérimentale à l’étude des propriétés structurales et magnétiques de ferrites de gallium substituées par des terres rares. Ce travail s’inscrit dans la thématique plus générale des multiferroïques magnétoélectriques dont fait partie le composé Ga2-xFexO3 qui est ferrimagnétique et présente une polarisation spontanée à température ambiante. On s’intéresse à l’influence de la substitution d’atomes de gallium ou de fer par des éléments de terres rares (Sc, Yb, Er, Sm) sur les paramètres structuraux de Ga2-xFexO3 avec 0,9  x  1,2 et à l’effet de la substitution par Sc et Yb sur la température de transition magnétique et l’aimantation à saturation. On présente une étude expérimentale du magnétisme du composé Ga0.99Yb0.01FeO3, réalisée à partir de mesures de la susceptibilité alternative et de l’aimantation en fonction du champ magnétique, H, et de la température T. Un large domaine d’irréversibilité magnétique est observé dans le diagramme de phase H–T. Les résultats suggèrent que Ga0.99Yb0.01FeO3 constitue un verre de spin Heisenberg tridimensionnel. / We present an experimental contribution to the study of structural and magnetic properties for gallium ferrites substituted by rare earth elements. This work is part of the more general theme of magnetoelectric multiferroïc which includes the Ga2-xFexO3 compound ferrimagnetic and with a spontaneous polarization at room temperature. We study the influence of the substitution of gallium or iron atoms with rare earth elements (Sc, Yb, Er, Sm) on the structural parameters of Ga2-xFexO3 with 0.9  x  1.2 and the effect of the substitution by Sc and Yb on the magnetic transition temperature and the saturation magnetization. We present an experimental study of magnetism Ga0.99Yb0.01FeO3 compound, realized from alternative susceptibility and magnetization measurements as a function of magnetic field, H, and the temperature T. A wide irreversible magnetic area is observed in the phase diagram H–T. The results suggest that Ga0.99Yb0.01FeO3 is a three-dimensional Heisenberg spin glass.

Cette thèse se consacre à l'étude du modèle de dénaturation de l'ADN introduit par Poland et Scheraga dans les années soixante. Les modèles de dépiégeage en milieu aléatoire, avec lesquels la correspondance a été établie, sont également traités. Dans le cas où les interactions entre le système et l’environnement sont homogènes, le problème a été résolu : selon la valeur d'un paramètre géométrique, une transition de phase d'ordre un ou deux se produit. En revanche, lorsque les interactions sont prises aléatoires (on parle d'un système en présence de désordre), nous ne connaissons ni le point critique, ni l'ordre de la transition en régime defort désordre. Pour simplifier le problème, de nombreux auteurs font usage d'une représentation hiérarchique grâce à laquelle une renormalisation exacte de la fonction de partition peut être écrite. Mais à nouveau, la question du point critique et de l'ordre de la transition n'a pas été résolue. Nous avons introduit un nouveau système (Toymodel) plus simple que la version hiérarchique en changeant la forme de la renormalisation. Le problème, ainsi posé, permet de mettre en évidence une famille de distributions qui ne varient presque pas lors d'une renormalisation, avec lesquelles nous avons pu dériver des équations du type Berezinskii-Kosterlitz- Thouless. Aussi, en présence de désordre, la transition de phase n'admet pas de point fixe critique. Ces deux éléments, en accord avec nos résultats numériques, nous poussent à croire que nous sommes en présence d'une transition de phase d'ordre infini. La seconde partie de la thèse rapporte un travail sur le processus simple d'exclusion symétrique, qui est l'un des modèles les plus simples de physique statistique hors d'équilibre pour lequel un état stationnaire est connu. La fonction de grandes déviations a été calculée dans le passé par les approches microscopiques et macroscopiques et ici, nous en avons calculé la première correction de taille finie. Le résultat a ensuite été comparé aux corrections similaires pour des systèmes à l'équilibre. / This thesis is a study of a DNA denaturation model, introduced by Poland and Scheraga during the 1960s. The depinning models with random environment, with which the similarity has been made, are also concerned. If the interactions between the system and the environment are homogeneous, the problem has been solved: depending on the value of a geometrical parameter, a first or a second order phase transition happens. On the other hand, when the interactions are random, we know neither the critical point nor the phase transition order in the case of strong disorder. In order to simplify the problem, some authors have used a hierarchical representation through which an exact renormalization can be written. Despite this simplification, the critical point and the transition order have not been found. By changing the renormalization relation, we introduced a Toy-model which is simpler than the hierarchical version. The new problem leaded us to a family of distributions, which stay almost the same under renormalization, and allow us to derive the Berezinskii-Kosterlitz- Thouless equations. Also, with strong disorder, the phase transition does not have a critical fixed point. These two elements, according to our numerical results, predict that the order transition is infinite. The second part of this thesis reports on a work about the simple symmetric exclusion process, which is one of the simplest out of equilibrium models for which a stationary state is known. The large deviation function has been calculated in the past through microscopic and macroscopic approaches. Here, we calculated the leading finite-size correction. Then the result has been compared to similar corrections for equilibrium systems.

Bien que les processeurs actuels possèdent plus de 10 cœurs, de nombreux programmes restent purement séquentiels. Cela peut être dû à l'algorithme que le programme met en œuvre, au programme étant vieux et ayant été écrit durant l'ère des uni-processeurs, ou simplement à des contraintes temporelles, car écrire du code parallèle est notoirement long et difficile. De plus, même pour les programmes parallèles, la performance de la partie séquentielle de ces programmes devient rapidement le facteur limitant l'augmentation de la performance apportée par l'augmentation du nombre de cœurs disponibles, ce qui est exprimé par la loi d'Amdahl. Conséquemment, augmenter la performance séquentielle reste une approche valide même à l'ère des multi-cœurs.Malheureusement, la façon conventionnelle d'améliorer la performance (augmenter la taille de la fenêtre d'instructions) contribue à l'augmentation de la complexité et de la consommation du processeur. Dans ces travaux, nous revisitons une technique visant à améliorer la performance de façon orthogonale : La prédiction de valeurs. Au lieu d'augmenter les capacités du moteur d'exécution, la prédiction de valeurs améliore l'utilisation des ressources existantes en augmentant le parallélisme d'instructions disponible.En particulier, nous nous attaquons aux trois problèmes majeurs empêchant la prédiction de valeurs d'être mise en œuvre dans les processeurs modernes. Premièrement, nous proposons de déplacer la validation des prédictions depuis le moteur d'exécution vers l'étage de retirement des instructions. Deuxièmement, nous proposons un nouveau modèle d'exécution qui exécute certaines instructions dans l'ordre soit avant soit après le moteur d'exécution dans le désordre. Cela réduit la pression exercée sur ledit moteur et permet de réduire ses capacités. De cette manière, le nombre de ports requis sur le fichier de registre et la complexité générale diminuent. Troisièmement, nous présentons un mécanisme de prédiction imitant le mécanisme de récupération des instructions : La prédiction par blocs. Cela permet de prédire plusieurs instructions par cycle tout en effectuant une unique lecture dans le prédicteur. Ces trois propositions forment une mise en œuvre possible de la prédiction de valeurs qui est réaliste mais néanmoins performante. / Although currently available general purpose microprocessors feature more than 10 cores, many programs remain mostly sequential. This can either be due to an inherent property of the algorithm used by the program, to the program being old and written during the uni-processor era, or simply to time to market constraints, as writing and validating parallel code is known to be hard. Moreover, even for parallel programs, the performance of the sequential part quickly becomes the limiting improvement factor as more cores are made available to the application, as expressed by Amdahl's Law. Consequently, increasing sequential performance remains a valid approach in the multi-core era. Unfortunately, conventional means to do so - increasing the out-of-order window size and issue width - are major contributors to the complexity and power consumption of the chip. In this thesis, we revisit a previously proposed technique that aimed to improve performance in an orthogonal fashion: Value Prediction (VP). Instead of increasing the execution engine aggressiveness, VP improves the utilization of existing resources by increasing the available Instruction Level Parallelism. In particular, we address the three main issues preventing VP from being implemented. First, we propose to remove validation and recovery from the execution engine, and do it in-order at Commit. Second, we propose a new execution model that executes some instructions in-order either before or after the out-of-order engine. This reduces pressure on said engine and allows to reduce its aggressiveness. As a result, port requirement on the Physical Register File and overall complexity decrease. Third, we propose a prediction scheme that mimics the instruction fetch scheme: Block Based Prediction. This allows predicting several instructions per cycle with a single read, hence a single port on the predictor array. This three propositions form a possible implementation of Value Prediction that is both realistic and efficient.

La complexité des CPUs s’est accrue considérablement depuis leurs débuts, introduisant des mécanismes comme le renommage de registres, l’exécution dans le désordre, la vectorisation, les préfetchers et les environnements multi-coeurs pour améliorer les performances avec chaque nouvelle génération de processeurs. Cependant, la difficulté a suivi la même tendance pour ce qui est a) d’utiliser ces mêmes mécanismes à leur plein potentiel, b) d’évaluer si un programme utilise une machine correctement, ou c) de savoir si le design d’un processeur répond bien aux besoins des utilisateurs.Cette thèse porte sur l’amélioration de l’observabilité des facteurs limitants dans les boucles de calcul intensif, ainsi que leurs interactions au sein de microarchitectures modernes.Nous introduirons d’abord un framework combinant CQA et DECAN (des outils d’analyse respectivement statique et dynamique) pour obtenir des métriques détaillées de performance sur des petits codelets et dans divers scénarios d’exécution.Nous présenterons ensuite PAMDA, une méthodologie d’analyse de performance tirant partie de l’analyse de codelets pour détecter d’éventuels problèmes de performance dans des applications de calcul à haute performance et en guider la résolution.Un travail permettant au modèle linéaire Cape de couvrir la microarchitecture Sandy Bridge de façon détaillée sera décrit, lui donnant plus de flexibilité pour effectuer du codesign matériel / logiciel. Il sera mis en pratique dans VP3, un outil évaluant les gains de performance atteignables en vectorisant des boucles.Nous décrirons finalement UFS, une approche combinant analyse statique et simulation au cycle près pour permettre l’estimation rapide du temps d’exécution d’une boucle en prenant en compte certaines des limites de l’exécution en désordre dans des microarchitectures modernes / The complexity of CPUs has increased considerably since their beginnings, introducing mechanisms such as register renaming, out-of-order execution, vectorization,prefetchers and multi-core environments to keep performance rising with each product generation. However, so has the difficulty in making proper use of all these mechanisms, or even evaluating whether one’s program makes good use of a machine,whether users’ needs match a CPU’s design, or, for CPU architects, knowing how each feature really affects customers.This thesis focuses on increasing the observability of potential bottlenecks inHPC computational loops and how they relate to each other in modern microarchitectures.We will first introduce a framework combining CQA and DECAN (respectively static and dynamic analysis tools) to get detailed performance metrics on smallcodelets in various execution scenarios.We will then present PAMDA, a performance analysis methodology leveraging elements obtained from codelet analysis to detect potential performance problems in HPC applications and help resolve them. A work extending the Cape linear model to better cover Sandy Bridge and give it more flexibility for HW/SW codesign purposes will also be described. It will bedirectly used in VP3, a tool evaluating the performance gains vectorizing loops could provide.Finally, we will describe UFS, an approach combining static analysis and cycle accurate simulation to very quickly estimate a loop’s execution time while accounting for out-of-order limitations in modern CPUs

L'existence de différentes phases, polymorphes, sels, solvates et co-cristaux génère de nombreuses questions concernant la caractérisation des matériaux à l'état solide, en particulier pour l'industrie pharmaceutique. Les problématiques relatives à l'identification des phases et à la surveillance des processus de crist(allisation et de transitions de phase ne peuvent toutefois pas toujours être résolues à l'aide de techniques d'analyse conventionnelles. Dans ce travail, nous développons une approche analytique basée sur le phénomène d'optique non-linéaire de génération de seconde harmonique (GSH). La GSH est une technique sensible et précise pour détecter l'absence de centre d'inversion au sein d'une structure cristalline et pour suivre des modifications subtiles de symétrie. A travers plusieurs exemples, nous montrons comment les mesures de GSH résolues en température (TR-SHG) peuvent être utilisées pour étudier les diagrammes de phases et pour suivre les mécanismes et cinétiques des transitions de phase, y compris pour des transitions de type ordre-désordre. La combinaison de la TR-SHG avec les techniques classiques (XRPD, DSC et microscopie) permet ainsi de démontrer l'utilité et le potentiel de l'optique non-linéaire dans la caractérisation des propriétés physico-chimiques des matériaux. / The existence of different phases, including polymorphs, salts, solvates and co-crystals generates concerns in the characterization of solid-state materials, especially for the pharmaceutical industry. Issues related to the identification of phases and the monitoring of phase transitions and crystallisation processes cannot be always solved using conventionnal techniques. In this work, a complementary analytical approach based on the nonlinear optical phenomena of second harmonic generation (SHG) is developed. SHG is a sensitive and accurate technique to detect the absence of inversion center in the crystalline structure and to capture subtle symmetry changes. Herein, through several examples we show how Temperature-Resolved SHG (TR-SHG) measurements van be used to study phase diagrams and for tracking mechanisms and kinetics of phase transitions including order-disorder phase transitions. The combination of TR-SHG with classical techniques (XRPD, DSC and microscopy) reveals in this study the usefulness and the potentials of nonlinear optics in material characterization.

Dans la description à basse énergie de systèmes fortement corrélés, les champs de jauge peuvent émerger comme excitations collectives couplées à des quasiparticules fractionalisées. En particulier, certains aimants bidimensionnels dits frustrés sont décrits par un liquide de spin de Dirac comportant une symétrie de jauge U(1) compacte. La description infrarouge est donnée par une théorie conforme des champs, soit l'électrodynamique quantique en 2+1 dimensions avec 2N saveurs de fermions sans masse. Dans les aimants typiques, N=2 ou 4. L'aspect compact du champ de jauge implique également l'existence d'excitations topologiques, soit des instantons créés, dans ce contexte, par des opérateurs monopôles. Cette thèse porte sur les transitions de phase quantiques à partir d'un liquide de spin de Dirac et les propriétés des monopôles aux points critiques correspondants. Ces transitions sont induites en activant diverses interactions de type Gross-Neveu. Dans tous les cas à l'étude, la dimension d'échelle des monopôles est obtenue grâce à la correspondance état-opérateur et à un développement en 1/N. L'accent est d'abord mis sur une transition de confinement-déconfinement vers une phase antiferromagnétique décrite par la condensation d'un monopôle. Une levée de dégénérescence est observée au point critique alors que certaines dimensions d'échelle de monopôles sont réduites par rapport à leur valeur dans le liquide de spin de Dirac. Cette hiérarchie est caractérisée quantitativement en comparant les dimensions d'échelle dans des secteurs distincts du spin magnétique à l'ordre dominant en 1/N, puis qualitativement par une analyse en théorie des représentations. Des exposants critiques pour d'autres observables dans la théorie non compacte sont également obtenus. Enfin, deux transitions vers des liquides de spin topologiques, soit le liquide de spin chiral et le liquide de spin Z2, sont considérées. Les dimensions anormales des monopôles sont obtenues à l'ordre sous-dominant en 1/N. Ces résultats permettent de vérifier une dualité conjecturée avec un modèle bosonique et la valeur d'un coefficient universel pour les théories de jauge U(1) / In strongly correlated systems, gauge fields can emerge as collective excitations coupled to fractionalized quasiparticles. In particular, certain frustrated two-dimensional quantum magnets are described by a Dirac spin liquid which has a U(1) gauge symmetry. The infrared description is given by a conformal field theory, namely quantum electrodynamics in 2+1 dimensions with 2N flavours of massless fermions. In typical magnets, N=2 or 4. The compact aspect of the gauge field also implies the existence of topological excitations corresponding to instantons, which are created by monopole operators in this context. This thesis focuses on quantum phase transitions out of a Dirac spin liquid and the properties of monopoles at the corresponding critical points. These transitions are driven by activating various types of Gross-Neveu interactions. In all the cases studied, the scaling dimension of monopoles are obtained using the state-operator correspondence and a 1/N expansion. The confinement-deconfinement transition to an antiferromagnetic order produced by a monopole condensate is first studied. A degeneracy lifting is observed at the critical point, as certain monopoles have their scaling dimension reduced in comparison with the value in the Dirac spin liquid. This hierarchy is charactized quantitatively by comparing monopole scaling dimensions in distinct magnetic spin sector at leading-order in 1/N, and qualitatively by an analysis in representation theory. Critical exponents of various other operators are obtained in the non-compact model. Transitions to two topological spin liquids, namely a chiral spin liquid and a Z2 spin liquid, are also considered. Anomalous dimensions of monopoles are obtained at sub-leading order in 1/N. These results allow the verification of a conjectured duality with a bosonic model and the value of a universal coefficient in U(1) gauge theories.

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L'objectif de cette thèse est de mener une étude fondamentale et expérimentale des propriétés physiques des cristaux liquides discotiques colonnaires (CLDCs) confinés dans des matrices poreuses templates hautement ordonnées à l'échelle nanométrique. Les molécules des CLDCs de forme plane, composées de noyaux polyaromatiques rigides entourées de chaînes aliphatiques flexibles fonctionnalisables, sont susceptibles de s'auto-assembler dans des colonnes favorisant ainsi le recouvrement de leurs orbitales électroniques π. Ce qui fait de ces matériaux de véritables candidats pour des applications dans l'électronique moléculaire et la photovoltaïque grâce à la possibilité de migration des porteurs de charges le long de leurs colonnes. Cependant, ces applications nécessitent une bonne maîtrise des paramètres influant sur les mécanismes d'alignement dans les phases colonnaires, sur de grands monodomaines, et de préférence à température ambiante. Une méthode très prometteuse visant à optimiser les longueurs de diffusion des porteurs de charge a été récemment proposée, basée sur la formation de nanofils orientés de CLDCs par auto-assemblage dans des matrices dites " templates " (de moulage). Toutefois, les propriétés structurales, dynamiques et les effets de confinement sur ces technologies restent aujourd'hui mal connus et morcelés et pourraient constituer un véritable verrou scientifique pour leur réalisation. Notre étude s'est portée sur les CLDCs commerciaux (HPT) et le Py4CEH (moins connus) qui sont confinés dans des alumines poreuses (AAO) et du silicium poreux (Sip) de diamètres de pores de quelques dizaines de nm. Les diagrammes de phase ont été d'abord étudiés par DSC puis les effets structuraux ont été approfondis grâce à la diffusion de neutrons. Dans les géométries confinées, nous observons une dépression des températures de transition, un élargissement du domaine de stabilité de la phase colonnaire et l'ouverture d'une hystérèse amplifiée dans les pores de plus petite taille. Un ordre orientationnel très élevé a été trouvé dans les phases colonnaires bulk par la RMN du solide et la structure des systèmes confinés colonnaires, dominée par une distribution radiale avec un ancrage homéotrope a été déterminée. La dynamique moléculaire a été étudiée par diffusion quasiélastique de neutrons. Elle est affectée par le confinement : la dynamique de grande amplitude est fortement ralentie, tandis que la dynamique rapide locale devient régie par une distribution très large de temps caractéristiques.

L’Afrique subsaharienne se présente, involontairement, comme une région en proie à une succession de crises, de conflits, de guerres civiles. Ces externalités négatives de l’instabilité socio-politique s’appréhendent, souvent, par le truchement du rite jaculatoire causal. D’où, les vocables « ethnies », « identité » – lorsqu’il n’est pas question de sous-développement, ou de l’injection du déficit démocratique –, auprès des commentateurs, sont, de façon cursive, convoqués pour expliquer le désordre perçu. Ainsi, les événements de 1994 au Rwanda sont ramenés à un conflit – « ethnique » – Hutu/Tutsi; négligeant par voie de conséquence l’acuité de la complexité de la réalité, ou à défaut, celle de la convergence de variables. Et pourtant, en descendant dans cette profondeur cognitive, tout observateur constaterait que l’instabilité socio-politique en Afrique subsaharienne reste une construction dans le temps et dans l’espace, optimisée par l’impénitent désir de pouvoir des acteurs politiques. Les structures historiques, loin d’être de véritables déterminants, participent à la construction sociale de la réalité porteuse d’idées, de règles et de pratiques représentationnelles qui érigent la nécessaire grammaire du bouleversement social. Nos présents travaux, non seulement, viennent examiner les causes habituellement avancées, mais s’opposent également aux arguments culturalistes mobilisés pour l’explication ou la compréhension de l’instabilité socio-politique en Afrique subsaharienne. C’est pourquoi, nous retenons que la justesse scientifique afférente à la compréhension du mouvement mécanistique socio-politique en Afrique subsaharienne est fonction du mode de connaissance de la réalité perçue. Par conséquent, nous estimons que l’instabilité socio-politique en Afrique subsaharienne, est un processus dynamique évolutif qui, nonobstant le désordre structurel, tend vers une stationnarité relative, puis absolue avant l’avènement de la stabilité. / Subsaharan Africa presents itself, involuntarily, like an area in the grip of a succession of crises, conflicts, civil wars. These negative externalities of sociopolitical instability are apprehended, often, by the means of the causal ritual. That's why, the terms "ethnic group", "identity" - when it isn't question of underdevelopment, or the injection of democratic deficit - near the commentators, in a cursory mention, are convened to explain the perceived disorder. Thus, the events of 1994 in Rwanda are brought back to a "ethnic" conflict Hutu/Tutsi; negleging consequently the acuity of the complexity of reality or failing this, that of the convergence of variables. And yet, while going down in this cognitive depth, any observer would note that sociopolitical instability in subsaharan Africa remains a construction in time and space, optimized by the unrepentant desire of power of the political actors. The historical structures, far from being true determinants, take part in the social construction of reality carrying ideas, rules, and practices representational which set up the necessary grammar of the social upheaval. Our present work, not only comes to examine the usually advanced causes, but is also opposed to the culturalist arguments mobilized for the explanation or the comprehension of sociopolitical instability in subsaharan Africa. This is why, we retain that the scientific accuracy related with the comprehension of sociopolitical mechanisitc movement in subsaharan Africa is function of the mode of knowledge of perceived reality. Consequently, we estimate that sociopolitical instability in subsaharan Africa, is an evolutionary dynamic process which, notwhithstanding, the strutural disorder, strives for a relative stationnarity, then absolute before the advent of stability.