Ces dernières décennies, la spectroscopie moléculaire a bénéficié du progrès des spectromètres, notamment en terme de sélectivité et sensibilité, et de méthodes d'analyse et de calculs de chimie quantique toujours plus avancés. Désormais, la spectroscopie rotationnelle s'oriente vers l'analyse de systèmes moléculaires plus complexes caractérisés spectralement par une forte densité de raies. La congestion spectrale des espèces étudiées dans ma thèse s'explique non seulement par de faibles constantes rotationnelles mais aussi par la présence d'états vibrationnels excités à température ambiante, une forte richesse isotopique, un haut degré de splittings dus aux mouvements de grande amplitude ou encore par un paysage conformationnel complexe. Cette thèse illustre ainsi divers scénarii à travers les études du chlorure de thionyle, des nitrotoluènes et des méthoxyphénols. Les spectres rovibrationnels des bandes v2 et v5 des isotopologues du chlorure de thionyle ont été mesurés dans l'infrarouge lointain au synchroton SOLEIL et analysés en utilisant une approche semi-automatique basée sur des algorithmes évolutionnaires. Les isomères du nitrotoluène ont été ciblés pour leur intérêt défense comme traceurs d'explosif (TNT), les spectres de rotation pure ont été mesurés dans les régions micro-ondes en jet moléculaire et millimétrique à température ambiante. Le spectre millimétrique du 3-nitrotoluène était particulièrement faible et congestionné avec des splittings dus à la rotation interne très importants (jusqu'à plusieurs GHz) en raison d'une barrière de rotation très faible ( Vз=6.7659(24)cmˉ ¹). La limite de détection a été estimée et une liste de raies établie. Les spectres millimétriques des 2-nitrotoluène et 4-nitrotoluène ont également été partiellement analysés. Enfin, les méthoxyphénols émis lors de feux de biomasse ont également étudiés comme précurseurs d'aérosols organiques secondaires pour leur détection atmosphérique future. Associée à des calculs de chimie quantique, l'analyse du spectre millimétrique du 3-méthoxyphénol mesuré à température ambiante dans la région millimétrique a permis de déterminer la stabilité relative de quatre conformères. / In recent decades, molecular spectroscopy has benefited from the progress of spectrometers, particularly in terms of selectivity and sensitivity, and from the continuous advancement of the analysis methods and quantum chemistry calculations. Today, rational spectroscopy is moving towards the analysis of more complex molecular systems spectrally characterized by a high density of lines. The spectral congestion of the species studied in this thesis is not only explained by low rotational constants, but also by the presence of vibrational states excited at room temperature, a high isotopic richness, a high degree of line splitting due to large amplitude motions or by a complex conformational landscape. This thesis thus illustrates various scenarios through the studies of thionyl chloride, nitrotoluenes and methoxyphenols. The rovibrational spectra of the v2 and v5 bands of the isotopologues of thionyl chloride were measured in far-infrared at the SOLEIL synchroton and analyzed using a semi-automatic approach based on evolutionary algorithms. The isomers of nitrotoluene have been targeted for military application as explosive taggants (TNT), the pure rotation spectra were measured in the microwave region in molecular jet and in the millimeter-wave region at room temperature. The millimeter-wave spectrum of 3-nitrotoluene was especially weak and congested with very large internal rotation splittings (up to several GHz) due to a very weak rotational barrier (V3=6.7659(24)cmˉ ¹). The detection limit was estimated and a linelist established. The 2-nitrotoluene and 4-nitrotoluene millimeter-wave spectra have been also partially analyzed. Finally, methoxyphenols emitted during biomass fires have also been studied as they are secondary organic aerosol precursors for their future atmospheric detection. Combined with quantum chemistry calculations, the analysis of the millimeter-wave spectrum of the 3-methoxyphenol measured at room temperature permitted the relative stability of four conformers to be determined.

Lorsque l’on place des atomes suffisamment proches les uns des autres, l’interaction dipôle-dipôle résonante entre les atomes modifie leurs propriétés. Les atomes se comportent alors de manière collective. Ces effets collectifs se produisent lorsque les distances interparticulaires sont de l’ordre de l/(2Pi), où l est la longueur d’onde de la transition atomique. La densité atomique est alors de l’ordre de 10^14 at/cm^3. Afin de créer des échantillons d’atomes froids présentant des densités aussi élevées, nous avons mis en place plusieurs méthodes de chargement de nos pinces optiques de taille micrométrique. L’une d’elles utilise un processus d’évaporation forcée qui amène les atomes proches de la dégénérescence quantique. En utilisant des nuages denses contenant quelques centaines d’atomes à des densités spatiales élevées, et en étudiant les modifications de la diffusion de la lumière qui en résultent, nous avons pu mettre en évidence des effets collectifs entre les atomes. Nous avons par ailleurs mesuré le retard de Wigner associé à la diffusion élastique de la lumière par un atome unique de rubidium. Nous avons mesuré un retard proche de la valeur théorique, c’est-à-dire deux fois la durée de vie de la transition atomique (52 ns). / When several atoms are placed close to each other, the resonant dipole-dipole interactionbetween atoms modifies the atomic properties and atoms behave collectively. These collective effects occur for interatomic distances on the order of l/(2Pi) where l is the wavelength of the atomic transition. The atomic density is then on the order of 10^14 at/cm^3. To create such cold atomic samples, we load optical tweezers with a microscopic size according to several loading schemes. One of them uses forced evaporative cooling and brings the atoms close to quantum degeneracy. We have used dense clouds containing a few hundred atoms with a high spatial density to demonstrate collective effects between the atoms. In particular, we have studied how these effects modify the scattering of light by the cloud. Besides, we have also measured for the first time the time-delay associated to the elastic scattering of light by a single rubidium atom, the so-called Wigner delay. We have shown that this delay is close to the theoretical prediction of twice the lifetime of the atomic transition (52 ns).

La croissance explosive des réseaux sans fil et l’augmentation du nombre de dispositifs sans fil ont soulevé de nombreuses difficultés techniques dans la planification et l’analyse de ces réseaux. Nous utilisons la modélisation continue, utile pour la phase initiale de déploiement et l’analyse à grande échelle des études régionales du réseau. Nous étudions le problème de routage dans les réseaux ad hoc, nous définissons deux principes d’optimisation du réseau: le problème de l’utilisateur et du système. Nous montrons que les conditions d’optimalité d’un problème d’optimisation construit d’une manière appropriée coïncide avec le principe de l’optimisation de l’utilisateur. Pour fonctions de coût différentes, nous résolvons le problème de routage pour les antennes directionnelles et omnidirectionnelles. Nous trouvons également une caractérisation des voies du coût minimum par l’utilisation extensive du Théorème de Green dans le cas d’antennes directionnelles. Dans de nombreux cas, la solution se caractérise par une équation aux dérivés partielles. Nous proposons l’analyse numérique par éléments finis qui donne les limites de la variation de la solution par rapport aux données. Lorsque nous permettons la mobilité des origines et destinations, on trouve la quantité optimale de relais actif. Dans les réseaux MIMO, nous montrons que, même lorsque la chaîne offre un nombre infini de degrés de liberté, la capacité est limitée par le rapport entre la taille du réseau d’antennes, la station de base, la position des mobiles et la longueur d’onde du signal. Nous constatons également l’association optimale mobile pour différentes politiques et distributions des utilisateurs. / The growing number of wireless devices and wireless systems present many challenges on the design and operation of these networks. We focus on massively dense ad hoc networks and cellular systems. We use the continuum modeling approach, useful for the initial phase of deployment and to analyze broad-scale regional studies of the network. We study the routing problem in massively dense ad hoc networks, and similar to the work of Nash, and Wardrop, we define two principles of network optimization: user- and system-optimization. We show that the optimality conditions of an appropriately constructed optimization problem coincides with the user-optimization principle. For different cost functions, we solve the routing problem for directional and omnidirectional antennas. We also find a characterization of the minimum cost paths by extensive use of Green’s theorem in directional antennas. In many cases, the solution is characterized by a partial differential equation. We propose its numerical analysis by finite elements method which gives bounds in the variation of the solution with respect to the data. When we allow mobility of the origin and destination nodes, we find the optimal quantity of active relay nodes. In Network MIMO systems and MIMO broadcast channels, we show that, even when the channel offers an infinite number of degrees of freedom, the capacity is limited by the ratio between the size of the antenna array at the base station and the mobile terminals position and the wavelength of the signal. We also find the optimal mobile association for the user- and system-optimization problem under different policies and distributions of the users.

L’étude des plasmas denses et tièdes est un domaine qui suscite aujourd’hui l’intérêt de nombreux groupes de recherche de part son large spectre d’applications. Ce régime de la matière, qui recouvre une densité proche de celle du solide et une température allant de 0.1 à une dizaine d’eV, est encore mal connu et présente une grande complexité de part son caractère partiellement dégénéré (électrons) et partiellement corrélé (ions). Afin d’explorer ce régime, nous proposons de le sonder par spectroscopie d’absorption X près des seuils grâce à une source X ultra-rapide (ps), intense, produite par laser. La spectroscopie d’absorption X près des seuils (XANES, EXAFS) est un diagnostic qui permet l’étude de la structure atomique locale de milieux éventuellement non-cristallins (solides, liquides, plasmas denses et tièdes). Elle nécessite l’utilisation de sources X de large bande spectrale ajustée au seuil d’absorption de l’élément étudié (...) / The possibility of producing, in a controlled way, matter at solid density (1-10 g/cm3) while maintaining it at temperatures ranging from 0.1 to 100 eV has been for a long time a desired goal. At the boundary between condensed matter and plasma physics, the study of matter in the Warm Dense Matter (WDM) regime involves, nowadays, many laboratories worldwide. This state is still poorly understood and presents a very complex character, being partly degenerated (electrons) and partly correlated (ions). To explore this regime, we proposed to probe WDM by X-ray absorption fine spectroscopy with an ultra-fast X-ray source (ps), produced by ultra intense lasers. X-ray absorption fine spectroscopy, specifically XANES and EXAFS spectroscopy, is a diagnostic tool that allows the study of local atomic structures, even in non-crystalline states (solid, liquid, WDM, plasmas). It requires the use of broadband X-ray sources adjusted on the x-ray absorption edge of studied element (...)

Les progrès continus des installations laser ont permis l'obtention d'impulsions ultra-brèves atteignant des intensités focalisées très élevées (I>1018 W/cm²). A ces intensités, la matière présente des comportements non-linéaires nouveaux, les électrons atteignant des vitesses relativistes. L'accès expérimental à ce régime d'interaction sur des cibles solides a longtemps été interdit en raison de la présence autour de l'impulsion femtoseconde d'un piédestal (dû notamment à l'émission spontanée amplifiée (ASE) présente dans la chaîne laser) suffisamment intense pour modifier l'état de la cible.<br />Dans cette thèse, nous avons tout d'abord caractérisé, expérimentalement et théoriquement, un dispositif améliorant le contraste temporel de l'impulsion : le Miroir Plasma. Celui-ci consiste à focaliser l'impulsion sur une cible diélectrique de sorte que le piédestal est transmis, alors que l'impulsion principale est réfléchie par le plasma surcritique formé à la surface. Son installation sur le laser UHI 10 (CEA Saclay –10 TW– 60 fs) nous a alors permis d'étudier l'interaction d'impulsions ultra-intenses à fort contraste temporel avec des cibles solides. <br />Dans un premier temps, nous avons réussi à générer des plasmas denses résultant de l'interaction directe de l'impulsion principale avec des cibles minces (100 nm). Leur caractérisation a été réalisée au moyen d'une source XUV obtenue par génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un jet de gaz rare. <br />Dans un second temps, nous avons étudié expérimentalement le phénomène de génération d'harmoniques d'ordre élevé sur cible solide, encore mal compris, mais qui potentiellement fournira une nouvelle source XUV ultra-courte et intense.

L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la caractérisation des différentes espèces ioniques présentes dans les plasmas. La modélisation de la thermodynamique de ces plasmas est importante, notamment pour décrire leur capacité à absorber le rayonnement électromagnétique. L'écrantage des ions par les électrons libres joue un rôle capital dans cette thermodynamique. Le nombre de configurations électroniques du plasma est considérable, ce qui rend leur traitement détaillé prohibitif. Une approche récente fondée sur l'approximation des ''supraconfigurations'' permet de regrouper les configurations électroniques des ions en quelques centaines ou milliers de supraconfigurations pertinentes. Chaque supraconfiguration est caractérisée par un potentiel ainsi qu'une base d'états quantiques à un électron qui sont calculés de manière auto-cohérente. Ce travail de thèse constitue une amélioration de la méthode des supraconfigurations, prenant en compte l'écrantage des ions par les électrons délocalisés et assurant simultanément que chaque espèce ionique a le même environnement plasma. Ainsi, l'approche proposée assure non seulement la neutralité électrique du plasma, mais aussi, en faisant varier les volumes des sphères ioniques, l'égalité de la pression électronique du plasma autour de chaque ion. Cette égalité est obtenue par un calcul itératif fondé sur la méthode de Newton multi-dimensionnelle. Ce calcul est complexe mais la méthode converge et permet, dans le cas de plasmas de fortes densités (de l'ordre de la densité du solide), de mieux tenir compte de phénomènes d'ionisation par pression. L'impact de cette nouvelle approche thermodynamique sur le calcul de spectres de photo-absorption a été étudié. Des comparaisons avec des spectres expérimentaux obtenus au laboratoire LULI ont été effectuées. Une nouvelle règle de somme concernant la densité dipolaire induite a été obtenue dans le cadre d'une étude de la réponse linéaire prenant en compte l'écrantage dynamique dans les plasmas.

Parmi les mécanismes de survie intracellulaire connus, l'export de protéines solubles ou transmembranaires visant à modifier différents compartiments de la cellule-hôte est une stratégie employée par de nombreux pathogènes. Chez Toxoplasma gondii, il a été montré que les granules denses (GD) constituent la voie de sécrétion par défaut pour les protéines solubles. Par contre, le tri de protéines transmembranaires vers les GD et leur maintien sous forme soluble avant insertion membranaire post-sécrétoire font appel à des mécanismes originaux qui ont fait l'objet de ces travaux.<br />Chez le Toxoplasme, la protéine de GD GRA5 est adressée à la membrane de la vacuole parasitophore (MVP) après sécrétion. Exprimée en cellules de mammifères, GRA5 est adressée à la membrane plasmique avec une topologie de type I, ce qui démontre la particularité des mécanismes de sécrétion chez T. gondii. Par une approche basée sur des protéines chimériques présentant des domaines spécifiques de GRA5 et d'une protéine transmembranaire de la membrane plasmique parasitaire (MPP), nous avons pu identifier les déterminants de l'adressage à la MPP versus à la MVP. Nous avons ainsi pu démontrer que le domaine Nt de GRA5 est impliqué dans l'adressage soluble aux GD et est essentiel pour l'insertion membranaire post-sécrétoire dans la MVP. Ces résultats, qui ont été étendus à une autre protéine GRA transmembranaire (GRA6), divergent de l'idée largement répandue selon laquelle les signaux d'adressage des protéines transmembranaires seraient présents dans la queue C-terminale et/ou dépendraient de la longueur du domaine transmembranaire de ces protéines.

La démolition de bâtiments par foudroyage est une technique devenue classique. Elle génère des nuisances qui doivent être prises en compte, sous peine de rendre caduc ce type d'activité. Les principales nuisances générées par le foudroyage sont : - les projections générées par l'explosion et la dislocation du bâtiment ; - l'onde de surpression générée par l'explosif ; - la vibration du sol induite par l'effondrement du bâtiment ; - la création et la propagation d'un nuage de poussière. Les deux premiers points sont maitrisés. En ce qui concerne les vibrations, aucune méthode n'existe pour les limiter. Seuls, des fossés creusés permettent de bénéficier d'un effet d'ombre vis-à-vis de certains bâtiments. Les nuisances générées par les poussières et les manières de les limiter commencent à être une question fréquemment posée. Dans le cadre de la destruction d'installation classée pour la protection de l'environnement, cette question devient critique, car ce nuage peut déplacer des particules nocives. Actuellement, aucune information sur les mécanismes de production ou sur les mécanismes de propagation des poussières n'a été élaborée. Cette thèse propose un protocole de mesure pour l'étude des caractéristiques du nuage de particule. Elle présente les premières informations sur la production et la propagation des particules. Et pour finir, elle présente les premières simulations numériques du phénomène.

Lorsque l'on place des atomes suffisamment proches les uns des autres, l'interaction dipôle-dipôle résonante entre les atomes modifie leurs propriétés. Les atomes se comportent alors de manière collective. Ces effets collectifs se produisent lorsque les distances interparticulaires sont de l'ordre de l/(2Pi), où l est la longueur d'onde de la transition atomique. La densité atomique est alors de l'ordre de 10^14 at/cm^3. Afin de créer des échantillons d'atomes froids présentant des densités aussi élevées, nous avons mis en place plusieurs méthodes de chargement de nos pinces optiques de taille micrométrique. L'une d'elles utilise un processus d'évaporation forcée qui amène les atomes proches de la dégénérescence quantique. En utilisant des nuages denses contenant quelques centaines d'atomes à des densités spatiales élevées, et en étudiant les modifications de la diffusion de la lumière qui en résultent, nous avons pu mettre en évidence des effets collectifs entre les atomes. Nous avons par ailleurs mesuré le retard de Wigner associé à la diffusion élastique de la lumière par un atome unique de rubidium. Nous avons mesuré un retard proche de la valeur théorique, c'est-à-dire deux fois la durée de vie de la transition atomique (52 ns).

La connaissance des étoiles et des planètes denses nécessite une détermination fine du comportement thermodynamique de la matière dans ces objets. L'une des approches les plus fécondes aujourd'hui est celle des simulations ab initio, utilisant le formalisme de la physique statistique et la théorie de la fonctionnelle de la densité. Cette approche a notamment montré ses performances en reproduisant avec succès un grand nombre de résultats expérimentaux.Dans la première partie de ce travail de thèse, ces méthodes sont appliquées à l'étude des« glaces », impliquées dans des planètes telles que Uranus ou Neptune. Nous avons dans un premier temps confirmé le travail pré-existant sur le cas de l'eau (équations d'état et existence d'une phase superionique), puis nos avons étendu ces résultats aux cas de planètes plus denses, telles que les exoplanètes appelées« super-Jupiters ». Nous atteignons des limites de pression auxquelles le comportement est analytiquement connu, nous permettant de proposer un ajustement numérique pour l'eau dans une gamme de pression et température extrêmement large. Les autres glaces(méthane et ammoniac) ont seulement été étudiés dans les conditions des planètes de notre système solaire.Nous nous sommes ensuite intéressés au cas des naines blanches et à leur dynamique de refroidissement ~; il s'agit des restes d'étoiles les plus courants, et ils peuvent ainsi être utilisés comme moyen de datation de la galaxie. En particulier, la composition de ces objets conduit à des transitions de phase binaires ayant de lourdes répercussions sur leur temps de refroidissement. Nous avons investigué ce diagramme binaire à l'aide d'une méthode ab initio, et nous proposons de nouvelles stratégies numériques ainsi que des résultats confirmant partiellement les récents travaux dans le domaine. / A correct knowledge of dense stars and planets need an accurate determination of the thermodynamic behavior of matter in these objects. One of the most efficient approaches nowadays is to perform ab initio simulations, using both the statistical physics formalism and the density functionnal theory. This approach has shown its capabilities by reproducing many experimental data.In the first part of this thesis project, these methods are used to study planetary``ices'', found in planets such as Uranus or Neptun. We first confirmed the existing literature on water (equations of state and existence of a superionic phase); we then extended these results to denser planets, such as the so-called ``super-Jupiter''exoplanets. We reach very high pressures, until where the behavior is analytically established; this permitted us to construct a numerical fit for water in a very large temperature and pressure range. The other planetary ices (methane and ammonia) were thenstudied in the conditions of our solar system.We then considered white dwarves, and their cooling dynamics: they are the most usualstar remnants, so that they can be used as cosmochronometers. The composition of these objects lead to binary phase transitions, which can have important consequences on their cooling time. We used ab inition methods to investigate this binary diagram, and wesuggest new numerical strategies, leading to new results which partially confirm theprevious literature.