Les protéines intrinsèquement désordonnées sont des hétéropolymères très flexibles, impliqués dans des activités cellulaires importantes (transduction du signal, reconnaissance moléculaire, traduction etc.), représentant des cibles potentielles de médicaments contre les maladies neurodégénératives et cancers, et dont les modes dynamiques définissent leur fonction biologique. Même si les états conformationnels qu'elles échantillonnent sont relativement bien connus, ce n'est pas le cas des échelles de temps de la dynamique associée. Dans ce travail nous étudions le comportement conformationnel du domaine C-terminal intrinsèquement désordonné de la nucléoprotéine de virus de Sendai (NTAIL), qui interagit avec le domaine PX de la phosphoprotéine. Des études précédentes montrent que le site d'interaction échantillonne un équilibre entre trois hélices discrètes dans l’état libre, et que l’interaction avec PX passe d’abord par la formation d'un pré-complexe, où l’une des conformation hélicoïdales de NTAIL est stabilisée, puis par sa diffusion sur la surface de PX, et enfin sa rétention sur le site de liaison. Cependant, aucun renseignement n'existe sur les échelles de temps de mouvements de la chaine de NTAIL, qui influencent certainement la cinétique de cette interaction, en particulier sa constante de vitesse d’association. Cette protéine de 124 acides aminés représente aussi un système modèle pertinent contenant à la fois de longs domaines dépliés et des régions de structure résiduelle. La mesure d’un vaste et cohérent ensemble de taux de relaxation à différents champs magnétiques et différentes températures nous a permis de caractériser la dynamique de NTAIL à un niveau de détail sans précèdent. A l’aide d’analyse « model-free » étendu, nous avons montré que les composants rapides de la fonction de corrélation nous informent sur les librations. Le mode dominant se situe à des échelles de temps autour d’une nanoseconde et est lié à l’échantillonnage de l’espace de Ramachandran par le squelette peptidique. Enfin, le composant lent (5-25 ns) nous informe sur les mouvements de segments de la chaine peptidique. La description des mouvements intrinsèques des protéines désordonnées et leurs échelles de temps contribuera à notre compréhension du comportement et des fonctions de ces protéines. / Intrinsically disordered proteins (IDPs) are highly flexible heteropolymers, implicated in important cellular activities (signal transduction, molecular recognition, transcription, translation, etc.) and representing potential drug targets against cancer and neurodegenerative diseases, whose dynamic modes define their biological function. Although the conformational states sampled by IDPs are relatively well understood, essentially nothing is known about the associated dynamic timescales. In this study we investigate the conformational behavior of the intrinsically disordered C-terminal domain of the nucleoprotein of Sendai virus (NTAIL), which interacts with the PX domain of the phosphoprotein. The interaction site has been shown to sample an equilibrium of discrete helices in the free state, which forms an encounter complex implicating the stabilization of one of the helical conformers upon interaction with PX, prior to diffusing on the surface of PX and engaging in the actual binding site. However, very little is known about the timescales of chain motions, which surely play a role in the interaction kinetics, in particular in terms of the on-rate of the interaction. This 124 amino acid protein also provides a good model system, containing long unfolded domains with chain-like dynamics and regions with residual structure. The measurement of extensive set of coherent relaxation rates at multiple magnetic fields, multiple temperatures and in three different length constructs of the same IDP has allowed us to characterize the dynamic nature of NTAIL in unprecedented detail. By analyzing the relaxation data using extended model-free approach, we show that fast (≤ 50 ps) components of the correlation function report on librational motions. A dominant mode occurs on timescales around one nanosecond, apparently reporting on backbone sampling within Ramachandran sub-states, while a slower component (5-25 ns) reports on segmental dynamics dominated by the chain-like nature of the protein. The ability to delineate intrinsic modes and timescales will improve our understanding of the behavior and function of IDPs.

Cette thèse est consacrée à l'étude des effets cohérents qui surviennent lorsqu'une onde se propage dans un milieu désordonné. Différents aspects de leur dynamique sont traités, et un intérêt particulier est accordé aux corrélations mésoscopiques et à la localisation d'Anderson.<br />Dans un premier temps, nous démontrons une version généralisée de la théorie auto-cohérente de la localisation, adaptée à la description des milieux finis et ouverts. Celle-ci introduit un coefficient de diffusion dépendant de la position. La théorie est appliquée à l'étude du phénomène de confinement transverse des ondes, et confrontée aux prédictions de la théorie d'échelle de la localisation.<br />Dans une seconde partie, nous explorons la dynamique des figures de tavelures résultant de la propagation d'impulsions courtes dans un guide d'ondes désordonné. En particulier, nous étudions la fonction de corrélation de l'intensité, qui contient l'information sur les fluctuations universelles de conductance. Dans le cas dynamique, ces fluctuations acquièrent une dépendance temporelle, augmentent avec le temps et perdent leur caractère universel. Ces résultats sont confirmés par une expérience micro-ondes. <br />Pour finir, nous étudions la physique des figures de tavelures résultant de l'expansion d'un condensat de Bose-Einstein dans un potentiel aléatoire. Celles-ci présentent des corrélations de longue portée qui augmentent avec le temps, et peuvent éventuellement prendre des valeurs négatives. Ces résultats sont interprétés en termes d'un déplacement aléatoire du centre de masse du condensat. Le rôle des interactions atomiques lors de l'expansion du condensat est discuté.

En dimension trois, les états propres d'une particule quantique soumise à un potentiel désordonné présentent une transition, appelée transition d'Anderson, entre un régime délocalisé à faible désordre et un régime localisé à fort désordre. Cette localisation étant due aux interférences, elle est facilement perturbée par des effets de décohérence ou d'interaction entre particules, et est donc délicate à observer. Dans ce mémoire, nous rapportons nos travaux théoriques ayant permis la première observation expérimentale de la transition d'Anderson avec des ondes de matière atomiques.<br /><br />Un nuage d'atomes froids soumis à une onde stationnaire pulsée de façon quasi-périodique réalise une variante du Kicked Rotor (paradigme du chaos quantique) analogue à un modèle d'Anderson 3D. Cependant, la limite thermodynamique n'est pas accessible expérimentalement. Interprétant ces contraintes comme similaires à des effets de taille finie, nous construisons une méthode de ``finite-time scaling'' permettant de caractériser la transition expérimentalement, de donner la première détermination expérimentale non-ambigüe de l'exposant critique $\nu$ de la transition, et de confirmer que le Kicked Rotor quasi-périodique appartient à la même classe d'universalité que le modèle d'Anderson. À partir de la théorie auto-cohérente de la localisation, nous calculons l'état critique du système, prédiction trouvée en très bon accord avec les données expérimentales et numériques.

Ce travail expérimental aborde la dynamique réorientationnelle et le piégeage orientationnel d'un cristal liquide nématique au contact d'une surface solide.<br />La première partie expérimentale porte sur l'étude de la dynamique de réorientation de cristal liquide 5CB en phase nématique, sur des surfaces de SiO. Le mouvement de parois de défauts du 5CB est observé, en microscopie optique polarisante, et permet notamment de mettre en évidence la présence d'une friction solide. Celle-ci s'oppose à la réorientation du cristal liquide sur les surfaces d'ancrages.<br />Dans la seconde partie, l'étude fine de l'interface 5CB/SiO montre la présence d'un désordre figé orientationnel. Ce désordre est caractérisé par une méthode originale de cartographie angulaire. Nous discutons du rôle du désordre sur la dynamique, pour expliquer finalement la nature du couple de friction.

Ce travail s'inscrit dans une thématique propre à de nombreux systèmes physiques: un système élastique en interaction avec le désordre. Nous avons étudié la dynamique d'un système à onde de densité de charge (ODC) par le biais de mesures couplées de transport et de diffraction de rayons X dans un matériau quasi-unidimensionnel, NbSe3. Le but de ces expériences est de comprendre la déformation de l'ODC lorsqu'elle est mue par une force extérieure, ici un champ électrique. Pour ce faire, nous avons développé un nouveau procédé de fabrication d'échantillon utilisant des techniques de micro-nano-électronique. Le monocristal est posé et collé sur une membrane de silicium sur laquelle sont lithographiés des contacts d'or enterrés dans une couche de silice. Nous avons observé qu'à la température de 100 K, lorsque l'ODC est mise en mouvement, celle-ci est mieux ordonnée le long des chaînes du cristal alors qu'elle devient moins ordonnée transversalement aux chaînes. Ce résultat est en adéquation avec les très nombreuses théories prédisant une mise en ordre dynamique du système élastique. Dans un second temps nous avons montré qu'il existe une interaction entre les deux ODC présentes dans NbSe3 à basse température (T < 59 K). Nous avons observé des variations antagonistes des périodicités des deux ODC. Ce transfert de charges entre les deux types de chaînes pourrait provenir d'un phénomène de découplage entre les deux ODC. Enfin, nous présentons un modèle phénoménologique préliminaire expliquant le comportement dynamique des deux ODC.

Ce travail de thèse présente une étude expérimentale, par magnétométrie Squid à basses températures, des propriétés de dynamique lente hors équilibre de différents systèmes magnétiques désordonnés et/ou frustrés. Dans une première partie, des verres de spin sont étudiés en tant que systèmes magnétiques désordonnés et frustrés modèles pour l'étude du vieillissement. L'accent est mis sur les phénomènes de rajeunissement et de mémoire qui apparaissent dans ces systèmes, lorsqu'ils sont soumis à des variations de température pendant leur vieillissement. Ce comportement original des verres de spin, qui les distingue notamment des matériaux vitreux plus conventionnels (verres structuraux, polymères, ...) est étudié en détail dans des échantillons d'anisotropies différentes. Une diminution de la sensibilité du vieillissement aux variations de température est observée lorsque l'anisotropie augmente et met en relief l'importance de ce paramètre pour comprendre les propriétés hors équilibre de ces systèmes. La deuxième partie de ce travail est consacrée au vieillissement de ferromagnétiques désordonnés. L'observation d'effet de rajeunissement et de mémoire dans ces systèmes est difficile à concilier avec l'idée que leur vieillissement peut être a priori bien décrit en termes de croissance de domaines. Une interprétation alternative en termes de dynamique de reconformations hiérarchiques des parois de domaines piégées par le désordre local est proposée et permet d'expliquer les observations expérimentales. Enfin, dans une dernière partie, la dynamique lente hors équilibre de systèmes antiferromagnétiques géométriquement frustrés (spins d'Heisenberg sur des réseaux kagome et pyrochlore) est étudiée dans le but de tester les effets respectifs du désordre et de la frustration sur les propriétés hors équilibre. Si le vieillissement isotherme de ces systèmes peut être bien décrit par les mêmes lois d'échelle que celles utilisés dans les verres de spin, une très faible sensibilité du vieillissement aux variations de température est observée dans ces systèmes sans désordre.

Ce travail expérimental est une contribution à l'étude de deux phénomènes critiques de l'hélium dans les aérogels de silice. Dans le but de détecter d'éventuels changements de classe d'universalité du point critique liquide-gaz pour l'hélium adsorbé dans les aérgels, nous avons développé un capteur de densité original constitué d'un pendule simple dont la masse est celle de l'aérogel et de l'hélium qu'il contient. Ce dispositif a été validé en étudiant, pour sept échantillons différents, l'apparition de la superfluidité de l'hélium. Des résultats connus ont été ainsi reproduits, et nous apportons des informations complémentaires sur le lien entre la dimension fractale des aérogels et l'exposant critique $\zeta$ de la densité superfluide. Ce pendule a ensuite permis l'étude de la condensation de l'hélium dans les aérogels, à proximité du point critique liquide-gaz. Nos résultats sont largement contradictoires avec ceux reportés dans la littérature sur ce même système : D'après nos mesures, à la pression de saturation de l'hélium libre, le remplissage en liquide est incomplet. Aucune transition bien définie du premier ordre ne semble présente à des pressions inférieures à la pression de condensation de l'hélium libre. Il existe cependant une région ou la densité de l'hélium varie très rapidement avec la pression. Ces résultats ressemblent en partie à ceux obtenus dans des matériaux poreux plus traditionnels que les aérogels, où ils sont interprètés en terme de condensation capillaire. Enfin, des constantes de temps extrêmement grandes sont observées dans la région de condensation capillaire. Ce type de ralentissement est attendu théoriquement, et il serait dû ici au mouvement d'une interface (2D) dans un milieu désordonné.

Nous présentons une étude numérique des propriétés critiques du modèle de Potts bidimensionnel à q états perturbé par un désordre couplé à la densité d'énergie. Le système pur donne lieu à une transition du premier ordre lorsque q>4 alors qu'elle est continue dans le cas contraire. Nous montrons que sous l'effet d'un désordre corrélé dans une direction de l'espace, le régime du premier ordre disparait, laissant place à une transition continue dont la classe d'universalité est la meme pour toute valeur finie de q. Nous étendons l'étude à diverses modulations apériodiques des couplages d'échange permettant le controle de la divergence des fluctuations géométriques. La perturbation adoucit la transition du modèle de Potts q=8 et, pour certaines séquences apériodiques, la transition devient continue. Dans un second temps, nous nous intéressons au cas du désordre homogène. Nous confirmons l'hypothèse d'une transition continue pour toute valeur de q et montrons que le comportement critique est décrit par un point fixe désordonné dépendant du nombre d'états q. Nous observons la compatibilité de nos estimations numériques avec les expressions des profils et des fonctions de corrélation prédites par l'invariance conforme. Nous mettons à profit cette observation pour donner des estimations précises des exposants critiques associés aux quantités moyennes et à leurs moments. Les résultats sont indépendants de la distribution de désordre et sont compatibles avec les développements perturbatifs au voisinage de q=2. Ils excluent notamment la possibilité d'une brisure spontanée de la symétrie des répliques. Enfin, nous présentons des résultats préliminaires concernant le modèle de Potts q=4 dilué en dimension d=3. Le système pur donne lieu à une transition du premier ordre fortement marquée. A fortes dilutions, nous présentons quelques arguments en faveur de l'existence d'un régime de second ordre et donc d'un point tricritique.

La majeure partie de ce travail consiste en l'étude de systèmes de spins soumis à des interactions compétitives et présentant de la frustration. Nous donnons une description détaillée de la situation expérimentale et numérique dans le domaine. Un des points cruciaux qui découle de cette analyse est la nécessité d'aller au delà des théories de perturbation pour comprendre la physique de ces systèmes. Ceci justifie d'utiliser une approche non-perturbative. Nous présentons une telle approche, basée sur une équation exacte du groupe de renormalisation. Nous discutons en détail les résultats obtenus lors de l'étude du modèle vectoriel, afin d'illustrer son utilisation dans les situations concrètes et de montrer la puissance de cette méthode. Lors de l'étude des systèmes frustrés, l'utilisation de cette méthode non-perturbative mène à la conclusion que ces systèmes présentent une transition faiblement du premier ordre. Ce comportement est en bon accord avec les résultats expérimentaux et numériques. Nous présentons dans le dernier chapitre une étude du modèle d'Ising en présence d'impuretés non magnétiques, en utilisant la même approche non perturbative.

La propagation d'ondes sonores dans des empilements granulaires présente des comportements originaux et mal-élucidés liés à l'aspect divisé de ces matériaux. Ceux-ci se comportent notamment comme des milieux désordonnés et non-linéaires. Notre étude est originale car nous employons des grains photoélastiques. Couplés à une caméra rapide, nous visualisons le champ de déformation associé à la propagation de l'onde sonore. Nous abordons d'abord le cas de l'empilement le plus simple : une chaîne unidimensionnelle de grains cylindriques en contact. Nous étudions la propagation d'impulsions sonores dans les deux cas où leurs amplitudes sont petites (régime linéaire) ou grandes (régime non-linéaire) devant la force de confinement statique appliquée à la chaîne. Dans le premier cas, nous observons l'effet des imperfections de surface des grains sur la vitesse des ondes. Nous constatons aussi que la dissipation est essentiellement due au frottement solide. Pour les grandes amplitudes, l'impulsion initiale se décompose en un train de pics d'amplitudes décroissantes, de largeurs comprises entre 3 et 4 grains et de vitesses supersoniques. La vitesse du pic principal, adimensionnée par la vitesse du son linéaire, ne dépend que du rapport entre l'amplitude de l'onde et la force statique. Ces observations sont interprétées en généralisant les résultats de Nesterenko. Nous présentons ensuite le cas des empilements bidimensionnels. Les ondes linéaires se propagent dans les chaînes de forces et leurs vitesses croient avec la force statique. Elles restent cependant toujours inférieures à celles mesurées à 1D. Cela suggère que la dynamique de l'onde le long d'une chaîne de force est influencée par les contacts latéraux à cette chaîne de force.