Made available in DSpace on 2014-10-09T12:45:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07541.pdf: 9270192 bytes, checksum: 625d1a8ce146718eee35be24d9a360a3 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Le crissement de frein est une nuisance sonore classique dans l’automobile. L’augmentationdes coefficients de friction et la réduction de la masse mènent aujourd’hui à de hauts niveauxvibratoires dans les fréquences auditives, et ces problèmes de qualité se traduisent par des pénalités économiques aux équipementiers, bien qu’il n’existe pas de méthode robuste de conception.La pratique industrielle repose donc sur de coûteuses phases de prototypage et d’ajustement.L’évolution de la puissance de calcul permet le calcul de grands assemblages mécaniques mais lesétudes vibratoires non-linéaires restent généralement hors de portée. Dans ce contexte, l’objectifde la thèse est de fournir, dès les phases de conception, des outils de conception numérique d’aideà la résolution du crissement.Une méthode de réduction paramétrée utilisant comme base de Rayleigh-Ritz les modes réelsdu système assemblé permet la génération de modèles réduits très compacts, avec modes réelsexacts. La méthode proposée d’ajustement des modes de composants utilise les modes libresde composants comme degrés de liberté explicites. L’étude des sensibilités et la réanalyse d’unassemblage en fonction de modifications à l’échelle d’un composant deviennent possibles. Lesétudes temporelles non-linéaires sont rendues possibles par deux développements. Un schémade Newmark non-linéaire modifié et un Jacobien fixe adapté aux vibrations de contact sontintroduits. Le frein est réduit en un superélément avec modes réels exacts et une zone nonréduite au niveau du contact.Un ensemble d’outils de conception est illustré sur un modèle industriel de frein. La stabilitéinstantanée et les trajectoires de modes complexes sont étudiées. Les interactions modales et lesphénomènes non-linéaires au sein des cycles limites sont alors mieux compris. Des corrélationstemps/fréquence sont obtenues par l’identification modale instantanée et une décompositionespace-temps. La grande utilité d’un modèle temporel d’amortissement modal est illustrée.Enfin, la modification d’un composant critique au crissement est testée et validée. / Brake squeal is a common noise problem encountered in the automotive industry. Higherfriction coefficients and weight reduction recently led to higher vibration levels in the audiblefrequency range. This quality issue becomes economic due to penalties imposed to the brakesupplier although no robust design method exists. The industrial practice thus relies on costlyprototyping and adjustment phases. The evolution of computational power allows computationof large mechanical assemblies, but non-linear time simulations generally remain out of reach.In this context, the thesis objective is to provide numerical tools for squeal resolution at earlydesign stages.Parameterized reduction methods are developed, using system real modes as Rayleigh-Ritzvectors, and allow very compact reduced models with exact real modes. The proposed ComponentMode Tuning method uses the components free/free modes as explicit degrees of freedom.This allows very quick sensitivity computation and reanalyzes of an assembly as function oflocal component-wise parameters. Non-linear time simulations are made possible through twoingredients. A modified non-linear implicit Newmark scheme and a fixed Jacobian are adaptedfor contact vibrations. The brake is reduced keeping a superelement with exact real modes anda local non-linear finite element model in the vicinity of the pad/disc interaction.A set of design tools is illustrated for a full industrial brake model. First, instant stabilitycomputations and complex mode trajectories are studied. Modal interactions and non-linearphenomena inside the limit cycles are thus well understood. Time/frequency correlations areperformed using transient modal identification and space-time decomposition. A time domainmodal damping model is also shown to be very useful. The modification of a critical componentfor squeal resolution is finally tested and validated.

Neste trabalho, utilizamos o desenvolvimento recente do método DFT/LDA-1/2 para cálculos de estados excitados em materiais. Começamos com um resumo da teoria do funcional da densidade (DFT) e incluímos uma introdução ao método LDA-1/2 para cálculos de excitações em sólidos. Na compilação dos resultados esperamos ter demonstrado a utilidade do LDA-1/2 para cálculos de alinhamentos de bandas em junções semicondutor/semicondutor e semicondutor/isolante. A aplicação do método envolve o conhecimento da química básica dos sistemas. Para tanto, escolhemos sistemas importantes para diversas aplicações, e cujos modelos de simulação estão o limite ou fora do alcance de metodologias que envolvem alto custo computacional, mas que foram bem caracterizados experimentalmente. Concentramos nossas ações no estudo da capacidade preditiva do LDA-1/2 para alinhamentos de bandas, os chamados band offsets, particularmente importantes para a micro e optoeletrônica. Quando não foi possível compararmos nossos resultados com o experimento, procuramos a comparação com métodos estado-da-arte como GW. Bons resultados foram obtidos para band gaps e band offsets de interfaces A1As/GaAs, Si/SiO2, A1N/GaN e CdSe/CdTe, que representam os diferentes tipos de jun_c~oes poss__veis, com (e.g. A1As/GaAs, A1N/GaN) e sem (e.g. Si/SiO2, CdSe/CdTe) ^anions omuns, com (e.g. A1As/GaAs) e sem (e.g. CdSe/CdTe, Si/SiO2) casamento de parâmetros de rede e diferentes tipos de alinhamentos (\"straddling\", e.g. A1As/GaAs ou \"staggered\"e.g. CdSe/CdTe). Analisamos de maneira sistemática o comportamento do entorno do bandgap ao longo da interface, verificando plano a plano atômico o comportamento das bordas de valência e condução com LDA-1/2 em comparação com o LDA, ou comparando diferentes modelos dentro do LDA-1/2, como o caso do CdSe/CdTe e do Si/SiO2. Para o caso A1As/GaAs, aproveitamos o casamento de parâmetros de rede dos semicondutores constituintes e tentamos um modelo de interface de ligas A1xGa1-x As/GaAs para estudar a variação de valência, condução e bandgap em função da composição x. No AlN/GaN, estudamos também os offsets com as contribuições dos orbitais separadamente. Em todos os casos o LDA-1/2 levou-nos a resultados interessantes com modelos simples. A exploração de novas fronteiras de aplicação do método fez-se necessária com a diminuição da dimensionalidade dos sistemas, de 3D (bulk ) para 2D (interfaces) e depois para 1D, ou seja, _os quânticos (\"nanofios\"). Nosso material de estudo para os foi o ZnO que, além da motivação oriunda de conhecidas aplicações em optoeletrônica, apresenta desafios para simulações bulk com qualquer método, e que foi abordado com certo sucesso usando o LDA-1/2 anteriormente, sendo que para fios quânticos encontramos resultados interessantes em geometrias triangulares que facilitaram os modelos. Calculamos o bandgap ZnO bulk e de nanofios passivados e não passivados com hidrogênios usando LDA e LDA-1/2 sem polarização de spin. As estruturas de bandas e o bandgap como função do diâmetro do ano_o foram calculados e ajustes com funções de decaimento foram feitos para comparação, por extrapolação, dos bandgaps com valores experimentais. Foi possível comparar nossos resultados de fios com o bulk, e predizer uma faixa de variaação de bandgaps que os experimentais podem encontrar para nanofios triangulares de ZnO. Também foi feita análise de energias de confinamento em fios quânticos de ZnO, comparando o LDA com LDA-1/2. Finalmente, mostramos os resultados de uma oportunidade de aplicação do método a um material com defeitos, recentemente descoberto e promissor, e com enorme mercado potencial em fotocatálise, o Ti1-O4N. Nosso trabalho envolveu a aplicação do LDA-1/2 a um problema muito desafiador, e.g. a geração de energia limpa, especificamente a separação da molécula de água para produção de hidrogênio. O desafio maior vem da dificuldade de predição de bandgaps teoricamente, em particular para sistemas grandes como é o caso de modelos atomísticos com defeitos, devido aos altos custos computacionais envolvidos. Tais dificuldades forçam os pesquisadores a usarem parâmetros ajustáveis ou métodos semi-empíricos, ou modelos simplificados demais para descrever precisamente resultados experimentais. Isto dificulta o estudo dos sistemas fotocatalíticos potencialmente eficientes e que não foram ainda caracterizados ou otimizados. O LDA-1/2 é aqui validado para esta classe de materiais, abrindo assim a oportunidade para estudar sistemas mais realísticos e complexos para cálculos ainda mais precisos, particularmente para geração de energia limpa. Em particular, modelamos o TiO2 na estrutura rutile com nitrogênio substitucional, cuja estrutura eletrônica é ainda debatida. Foi a primeira aplicação do LDA-1/2 a sistemas com algum tipo de defeito, com ótimos resultados para o novo sistema Ti1- _O4N com vacâncias de Ti. / In this work, we used the recent development of DFT/LDA-1/2 method for calculations of excited states in materials. We begin with a summary of the density functional theory (DFT) and included an introduction to the method LDA-1/2 for calculations of excitations in solids. In compiling the results we hope to have demonstrated the usefulness of the LDA-1/2 for calculating alignments of bands at junctions semiconductor / semiconductor and semiconductor / insulator. The method involves the knowledge of basic chemical systems. To do this we chose systems important for several applications, and simulation models which are the limit or beyond the reach of methodologies involving high computational cost, but have been well characterized experimentally. We focus our actions in the study of the predictive capability of the LDA-1/2 for alignments of bands, the band called offsets, particularly important for micro and optoelectronics. When it was not possible to compare our results with experiment, we compared the methods with state of the art as GW. Good results were obtained for band gaps and band offsets of interfaces A1As/GaAs, Si/SiO2, A1N/GaN and CdSe / CdTe, which represent the different types of jun_c poss__veis-tions, with (eg A1As/GaAs, A1N/GaN) and without (eg Si/SiO2, CdSe / CdTe) ^ omuns anions with (eg A1As/GaAs) and without (eg CdSe / CdTe, Si/SiO2) matching network parameters and different types of alignments (\"straddling\" eg A1As/GaAs or \"staggered\" eg CdSe / CdTe). Systematically analyze the behavior of the environment along the interface bandgap, plane by plane scanning behavior of the edges atomic valence and conduction with LDA-half in comparison with LDA, or comparing templates within the LDA-1 / 2, as the case of CdSe / CdTe and Si/SiO2. For the case A1As/GaAs, we take the marriage of network parameters of semiconductor components and try an interface model alloys A1xGa1-x As / GaAs to study the variation of valence, conduction and bandgap as a function of composition x. In the AlN / GaN, we also studied the offsets with the contributions of the orbitals separately. In all cases the LDA-half led us to interesting results from simple models. The exploration of new frontiers of the method was necessary to decrease the dimensionality of the systems, the 3D (bulk) for 2D (interfaces) and then to 1D, ie, quantum _os (\"nanowires\"). Our study material for the ZnO was that, apart from the motivation coming from known applications in optoelectronics, presents challenges for bulk simulations with any method, and that was addressed with some success using the LDA-half earlier, and for wireless find interesting results in quantum triangular geometries that facilitated models. We calculate the bandgap and bulk ZnO nanowires passivated and not passivated with hydrogen using LDA and LDA-1/2 without spin polarization. The bandgap structures and strips as a function of the diameter of ano_o adjustments are calculated and decay functions for comparison were made by extrapolation of the bandgaps with experimental values. It was possible to compare our results with the bulk of wires, and predict a range of bandgaps that variaação can find experimental triangular ZnO nanowires. It was also made analysis of energy confinement in ZnO quantum wires, comparing LDA with LDA-1/2. Finally, we show the results of an opportunity to apply the method to a material with defects, newly discovered and promising, and with huge market potential in photocatalysis, the Ti1-O4N. Our work involved the application of LDA-1/2 to a very challenging problem, eg the generation of clean energy, specifically the separation of the water molecule for hydrogen production. The main challenge has been the difficulty of predicting bandgaps theoretically, in particular for large systems such as the model atomistic defects because of the high computational costs involved. These difficulties force the researchers to use adjustable parameters or semi-empirical methods, or other simplified models to accurately describe experimental results. This complicates the study of potentially efficient photocatalytic systems which have not yet been characterized or optimized. The LDA-1/2 is here validated for this class of materials, thus opening the opportunity to study more realistic and complex systems for more accurate calculations, particularly for clean energy generation. In particular, we modeled the structure of TiO2 in the rutile with substitutional nitrogen, whose electronic structure is still debated. It was the first application of the LDA-1/2 systems with some kind of defect, with excellent results for the new system Ti1-_O4N with Ti vacancies.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:45:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07541.pdf: 9270192 bytes, checksum: 625d1a8ce146718eee35be24d9a360a3 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Peroxidase de rábano (\"horseradish peroxidase - HRP), atuando como uma oxidase frente a substratos apropriados, catalisa a formação de espécies eletronicamente excitadas triplete. Os produtos obtidos são os esperados da clivagem de um intermediário 1,2-dioxetânico hipotético. Espécies tripletes geradas enzimaticamente são capazes de transferir energia a vários aceptores incluindo macromoléculas tais como: fitocromo, RNA, DNA e proteínas, além de organelas como cloroplastos. Acompanhamos a oxidação aeróbica de aldeídos alifáticos lineares (C2-C6) catalisada pela HRP; esta reação gera o aldeído inferior (Cn-1) no estado excitado triplete e ácido fórmico. Dois aspectos principais são abordados neste trabalho: (i) análise dos resultados em base ao comprimento da cadeia carbônica do substrato (C2 → C6) e (ii) a procura de emissões sensitizadas em estruturas biológicas (cloroplastos e microsomas). - Oxidação aeróbica dos aldeídos alifáticos lineares C2-C6 catalisada pela HRP. Corantes xantênicos e clorofila a solubilizada em micelas foram utilizados para monitorar estados eletronicamente excitadas geradas pela oxidação aeróbica dos aldeídos alifáticos lineares catalisada pela HRP. Quando eosina é o aceptor fluorescente, máxima emissão ocorre com butanal. Este resultado é discutido em conecçao com o fato de que uma série de efeitos biológicos de ácidos alifáticos lineares são máximos com o ácido butírico. A possível paticipação de estados excitados no processo que desencadeia as atividades biológicas deste ácido é sugerida. - TransferêncIa de energia para cloroplastos. Aldeídos alifáticos lineares (C2-C6) promovem emissão em cloroplastos na região de fluorescência de clorofila. Esta habilidade deve provavelmente constituir um caso de \"luminescência escura\" (\"dark luminescence\") . Se HRP estiver presente o aldeído (Cn) é oxidado ao homólogo inferior (Cn-1) no estado triplete, o qual sensitiza direta e/ou indiretamente a fluorescência de clorofila. Clorofila excitada por este processo é incapaz de reduzir um aceptor de Hill. - Quimioluminescência de microsomas expostos à oxidação aeróbica de aldeídos lineares catalisada pela HRP. Microsomas expostos ao sistema propanal/HRP/O2 desenvolvem luminescência de baixa intensidade. Este processo emissivo é distinto daquele originário durante a peroxidação de lipídeos uma vez que: (i ) a emissão se situa próxima a 560 nm e não na região espectral do vermelho (como esperado para a emissão bimol de oxigênio singlete) e (ii) não há formação de malonaldeído. Acetaldeído triplete parecer ser a espécie responsável pela indução deste processo através da excitação de algum componente microsomal, possivelmente uma flavoproteína. / Horseradish peroxidase (HRP), acting as anoxidase upon appropriate substrates, promotes the formation of electronically excite triplet species. The products obtained are those which would be expected from the cleavage of a hypothetical 1,2 dioxetane intermediate. Enzyme-generated triplet species are able to transfer energy to several acceptors, including macromolecules such as phytochrome, RNA, DNA and proteins, as well as to organeles such as chloroplasts. In the present study, we investigated the HRP-catalyzed aerobic oxidation of linear aliphatic aldehydes (C2 to C6), a reaction which generates the next lower aldehyde in the triplet state and formic acid. Two main aspects were emphasized in this work: (i ) the dependence of the results of the length of the carbonic chain of the substrate (C2 to C6) and (ii) the possibility of inducing sensitized emission from biological structures (chloroplasts and microsomes). HRP-catalyzed aerobic oxidation of aliphatic aldehydes. Xanthene dyes and micelle-solubilized chlorophyll-a were used to monitor the electronically excited species generated by the peroxidase-catalyzed aerobic oxidation of C2-C6 linear aldehydes. Maximal emission occurs with butanal as substrate and eosine as the fluorescent acceptor. This result is discussed in connection with the fact that the multiple biological effects of short chain aliphatic acids are maximal for butyric acid. Our observations strengthen the case for a possible role of excited state formation in the biological activity butyrate. Energy transfer to chloroplasts Linear aldehydes trigger red emission from chloroplasts. If horseradish peroxidase is also present, the aldehyde is oxidized to the next lower homolog in the triplet state, which in turn sensitizes (directly or indirectly) chlorophyll fluorescence. This phenomenon probably is a case of \"dark luminescence\"; the chlorophyll excited by this process is unable to reduce a Hill acceptor. MIicrosomal luminescence elicited by enzymatic systems that generate triplet species. Microsomes exposed to the propanal/HRP/02 system develop a weak luminescence. The underlying process is distinct from that occuring during lipid peroxidation because the emission intensity peaks at around 560 nm rather than in the red (as would be expected for bimol singlet oxygen emission) and no malonaldehyde is formed. Triplet acetaldehyde appears to be responsible for initiating the process, which in turn leads to excitation of a component of microsomes, possibly a flavoprotein.

Neste trabalho estudou-se a desativação de estados singlete 1π,π* e 1n, π* através da supressão da fluorescência de antraceno e de uma série de aldeídos alifáticos. Existem alguns dados na literatura referentes à supressão da fluorescência de compostos carbonílicos alifáticos por aminas, olefinas e haletos de alquila . No caso específico da desativação de estados 1n, π* de aldeídos alifáticos, alguns autores sugeriram a possibilidade de existir mais de um mecanismo envolvido no processo de supressão. Assim, delimitamos, como um dos objetivos deste trabalho, o estudo da natureza das interações envolvidas na supressão da fluorescência de aldeídos alifáticos por haletos de alquila. Foi possível determinar uma constante de supressão aparente apenas para o sistema pentanal-iodeto de etila. Verificamos que esta aparente supressão podia ser explicada por um efeito de absorção competitiva, dependente da concentração do supressor, no comprimento de onda de excitação (λ = 310 nm). Concluímos, também, que os dados de literatura referentes à supressão da fluorescência de cetonas por brometo de sec-butila podem ser explicados pelo tipo de purificação, inadequada, deste composto. Portanto, nossos resultados estão em das acordo com aqueles relatados para cetonas de estrutura análoga aos aldeídos estudados. De fato, concluímos que haletos de alquila não suprimem a fluorescência nem de alcanonas nem de aldeídos alifáticos. Estudou-se, também, a desativação de estados 1π,π* de compostos aromáticos. Embora este processo seja objeto de uma vasta gama de estudos, a natureza das interações envolvidas na estabilização do exciplex, proposto como intermediário na transferência de energia de vários processos endotérmicos, é objeto de alguma controvérsia. Neste trabalho, estudou-se a supressão de fluorescência de antraceno por sulfetos aromáticos derivados do tiofenol ou do tiocresol. As constantes experimentais de supressão foram calculadas através da equação de Stern-Volmer, utilizando-se as intensidades de fluorescência não-corrigidas. A ausência de correlação entre a cinética de supressão de fluorescência e os parâmetros de ressonância de excitação indica que este mecanismo não e o predominante na estabilização do exciplex. Por outro lado, estudando o efeito da temperatura, foi possível concluir que, a não ser para o derivado n-propílico do orto-tiocresol, não há ~ variação significativa do valor da constante de supressão, indicando que a magnitude da energia de ativação envolvida no processo de supressão é baixa. Ainda, verificamos que há correlação linear entre os parâmetros de Weller e as constantes de supressão, para todos os sulfetos, com exceção dos derivados n-propílicos que apresentam constantes de supressão maiores do que aquelas referentes a outros sulfetos de potencial de oxidação de mesma magnitude. o conjunto de dados pode ser explicado admitindo-se um processo de transferência de carga, onde o doador é o sulfeto e o aceptor é o antraceno e, no qual, a reversibilidade da formação do exciplex desempenhe um papel importante. / In this work fluorescence quenching of the 1π,π* states of anthracene and 1n, π* states of aliphatic aldehydes was studied. There are some literature data regarding fluorescence quenching of carbonyl aliphatic compounds by amines, olefins and alkylhalides. Specifically, for aliphatic aldehydes there is the possibility that quenching occurs by more than one path. We chose as one of the objectives of this work, to understand the nature of interactions in-the deactivation of singlet excited states of aliphatic aldehydes by alkylhalides. It was possible only to determine an apparent quenching rate constant for the pentanal-ethyliodide system. This apparent quenching is due to a competitive absorption effect, at the wavelength of excitation (310 nrn) ,which is proportional to the quencher concentration. We also verified that the reported fluorescence quenching of ketones by sec-butylbromide can be due to impurities present in the halide. The results obtained in the present work totally disagree with those reported for ketones with structure analogous to the aldehydes utilized. In fact, we conclude that alkylhalide do not quench the fluorescence of either alkanones or aliphatic aldehydes. We also studied the deactivation of1π,π* states of aromatic compounds. Although the literature contains several studies about fluorescence quenching of aromatic compounds, the nature of the binding energy of the excited complex is the object of some controversy. In this work, we studied fluorescence quenching of anthracene by aromatic sulphides derived from thiophenol or thiocresol. Quenching constants were calculated by means of the Stern-Volmer equation, employing uncorrected fluorescence intensities. The absence of correlation between fluorescence quenching kinetics and excitation resonance parameters indicates that this mechanism does not provide the maincontribution to exciplex stabilization. On the other hand, we found that, except for the n-propyl derivative of ortho-thiocresol, there was no significant variation of quenching rate constants with temperature, which indicates a low activation energy value for this processo We verified a linear correlation between fluorescence rate constants and Weller parameters except for n-propyl derivatives, whose rate constants are greater than sulphides of the same oxidation potential. The data obtained in this study can be explained assuming formation of a charge transfer complex between anthracene and the sulphide, the first being the acceptor and the,other being the charge donnor, in which case the reversibility of the exciplex formation step must play an important role.

Limitadores ópticos são dispositivos que apresentam alta transmitância para baixas intensidades de luz incidente e, inversamente, baixa transmitância para altas intensidades, sendo usados como protetores contra danos em sensores ópticos e olhos humanos. Com o objetivo de estudarmos novos materiais com mecanismos não lineares eficientes para o processo de limitação, bem como novas geometrias ópticas, apresentamos neste trabalho o desenvolvimento de um limitador óptico baseado na absorção saturada reversa de porfirinas e metaloporfirinas. Construímos também um dispositivo baseado na configuração óptica bifocal, usando porfirina como absorvedor saturável reverso. Além disso, obtivemos parâmetros espectroscópicos do estado excitado pelos ajustes teóricos das curvas de transmitância, através da resolução de equações de taxa. / Optical limiters are devices with a high transmittance in the presence of low intensity light, and a considerable lower transmittance otherwise, been used as protectors against damage in optical sensors and human eyes. Aiming at searching for new materials and optical geometries efficient for optical limiting. We report on the development of an optical limiter based on the reverse saturable absorption in porphyrin and metalioporphyrins. We also built a device-based .on a cascade focus configuration, using free base porphyrin as the absorber. Besides, we obtain the excited state spectroscopy parameters by the theoretical fitting of transmittance curves, by solving a set of rate equations.

Doctor of Philosophy / Department of Physics / Brett D. DePaola / In many experiments involving a magneto-optical trap (MOT) it is of great importance to know the fraction of atoms left in an excited state due to the trapping process. Generally speaking, researchers have had to use overly simplistic and untested models to estimate this fraction. In this work, the excited fraction of 87Rb atoms in a MOT is measured using a model-free approach. A simple model is fit to the fractions which were obtained for a range of MOT parameters. Using the results of this work, the excited fraction of 87Rb atoms trapped in a MOT can be accurately estimated with knowledge of only the trapping laser intensity and detuning. The results are only weakly dependent on other MOT parameters.

L’exploitation de méthodes théoriques dans le cadre de la modélisation de propriétés moléculaires remarquables s’est substantiellement développée lors des dernières décennies, notamment grâce au progrès des technologies informatiques qui rendent désormais accessibles certaines informations cruciales à nos recherches grâce au calcul intensif. Il est maintenant possible d’évaluer des propriétés et de résoudre des problèmes théoriques de haut niveau grâce aux ressources calculatoires actuelles. Dans ce cadre, la caractérisation par la mécanique quantique des états excités moléculaires constitue toujours un défi d’une très grande richesse suscitant un intérêt accru de la communauté de physique moléculaire théorique et expérimentale. Cette qualité s’accompagne d’une grande complexité d’étude, conséquence du nombre de phénomènes physiques caractérisant l’accès d’un système à ses états excités. Notre contribution s’inscrit dans ce contexte, puisque les études dont ce document fait état sont relatives à la rationalisation du comportement de chromophores face à la capture d’un photon. Cette interaction entre la lumière et la matière est rapportée à l’échelle moléculaire et décrite dans nos travaux par des méthodes quantiques en vue de comprendre les mécanismes inhérents aux propriétés caractéristiques de composés-cibles. Ces interprétations sont appuyées par des développements théoriques visant l’établissement ou la consolidation des outils conceptuels et mathématiques constitutifs de nos stratégies théoriques d’investigation des états excités. Les développements qui font l’objet de ce document portent principalement sur l’interaction des chromophores avec leur vicinité moléculaire traitée implicitement ou explicitement dans le cadre d’une résolution géométrique du spectre d’absorption électronique, ainsi que sur une approche quantitative de la réorganisation de la structure électronique d’un composé induite par l’absorption d’un photon. Les applications sont quant à elles relatives à des chromophores présentant des propriétés remarquables : sonde solvatochromique, sonde à explosifs, chromophore interagissant avec l’ADN, composés intervenant dans la constitution de cellules solaires de troisième génération, clusters multichromophores. / Exploiting theoretical methods for modeling remarkable molecular properties has extensively gained interest from the scientific community during the last few decades. The development of these methods has been made possible by the important technological progresses realized in the field of computational science. These advances made accessible some informations that are crucial to our current researches but hitherto impossible to compute. It is thus now possible to solve high-level theoretical issues and to access novel critical properties. Within this framework, quantum-mechanical characterization of molecular excited states still constitutes a challenging achievement with a considerable interest to the theoretical and experimental molecular physics community. However, these studies can be of extreme complexity, due to the interplay between numerous physical phenomena that characterize the access of a system to its own excited states. The scope of our contribution is closely related to these fundamental issues in the sense that we aim at rationalizing the behavior of chromophores facing a photon capture. This light-matter interaction is studied at the molecular level and is addressed in our work with quantum-mechanical methods in order to unravel the mechanisms inherent to the characteristic properties of target compounds. Those interpretations are supported by theoretical developments intending the establishment or consolidation of conceptual and mathematical tools constituting our theoretical strategy for excited states investigations. The aforementioned developments are mostly related to the interaction of chromophores with their molecular vicinity treated implicitely or explicitely, the latter playing an important role in our attempt to gain a geometrical resolution of electronic spectra with conformational space sampling methods. Our interest was also focused on the photoinduced electronic structure reorganization through the design of quantum-mechanical descriptors of excited states topology. On the other hand, applications were related to chromophores exhibiting remarkable molecular properties : solvatochromic probe, explosive probe, chromophore interacting with DNA, dyes designed for third-generation solar cells, multichromophoric clusters.

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