Cette thèse propose une approche, par les méthodes du groupe de renormalisation non perturbatif, de phénomènes critiques dans des systèmes à l'équilibre. Ce travail se scinde en deux parties. La première présente des modèles où $\gamma_+$ et $\gamma_-$, les exposants de la susceptibilité dans les phases haute et basse température, sont génériquement différents. Dans ces modèles, les symétries continues sont explicitement brisées par des anisotropies discrètes qui sont inessentielles au sens du groupe de renormalisation. Nous calculons avec précision $\gamma_+-\gamma_-$ ainsi que le rapport $\nu/\nu'$ des exposants des deux longueurs de corrélation présentes pour $T<T_c$. La seconde partie est consacrée aux applications de l'approximation BMW, une approximation récente du groupe de renormalisation non perturbatif. D'une part, sont présentées les méthodes d'analyse numérique utilisées pour résoudre les équations intégro-différentielles non linéraires générées par l'approximation BMW. D'autre part, ces méthodes sont appliquées concrètement pour étudier le régime critique du modèle d'Ising bidimensionnel et ses états liés dans la phase basse température en dimension $2\leq d \leq4$. Ces applications en différentes dimensions témoignent de la grande précision de l'approximation BMW, de la facilité à changer la dimension, qui n'est qu'un paramètre, et ouvrent la voie à de nombreuses applications. / This thesis broaches the study of critical phenomena in equilibrium systems using non-perturbative renormalisation group methods. This work is divided into two parts.The first one presents models where $\gamma_+$ and $\gamma_-$, the exponents of the susceptibility in the high and low temperature phases, are generically different. In these models,continuous symmetries are explicitly broken down by discrete anisotropies that are irrelevant in the renormalization-group sense. We compute accurately $\gamma_+ -\gamma_-$as well as the ratio $\nu/\nu'$ of the exponents of the two correlation lengths present for $T<T_c$. The second part is devoted to applications of the BMW approximation which is a recent approximation of the non-perturbative renormalisation group.On the one hand, a review of the numerical analysis methods used to solve the nonlinear integro-differential equations generated by the BMW approximation is provided.On the other hand, these methods are applied to study the critical regime of the Ising model in dimension two and its bound states in the low-temperature phase in dimension $2\leq d \leq4$. These applications in different dimensions demonstate the accuracy of the BMW approximation can be, the easiness to change of dimension which a simple parameter and pave the way for numerous applications.

La cosmologie moderne amène à étudier la théorie quantique des champs en espace-temps courbe. Les champs scalaires légers, notamment, génèrent un mécanisme simple pour l'inflation et les fluctuations primordiales. Cependant, les calculs de boucles de ces modèles contiennent des divergences infrarouges et séculaires qui requièrent des techniques de resommation. Dans ce but, on implémente le groupe de renormalisation non perturbatif pour des champs scalaires en espace-temps de De Sitter. Dans un premier temps, on applique l'Approximation de Potentiel Local (APL). On démontre que les effets infrarouges sont responsables d'une restauration de la symétrie, et qu'une masse est générée en accord avec l'approche stochastique. On étudie ensuite la limite d'espace-temps plat de notre formalisme en prenant la courbure $H\to 0$, ce qui reproduit un certain nombre de résultats connus. Enfin, on s'intéresse à l'expansion dérivative, qui va au-delà de l'APL. Son implémentation semble trop complexe dans le cas général d'un espace-temps courbe, mais les symétries de De Sitter permettent de trouver une représentation simple. On définit une prescription pour tous les ordres de l'expansion, puis on implémente le flot du terme de premier ordre dans le cas simple où la dépendance en champ est négligée / The nonperturbative renormalization group for quantum field theory in de Sitter space.The study of cosmology draws us to the topic of quantum fields in curved space-time. In particular, light scalar fields offer a simple mechanism for inflation and primordial fluctuations. When computing loop corrections to these models however, infrared and secular divergences appear which call for resummation techniques. To this end, we implement the nonperturbative renormalization group for quantum scalar fields on a fixed de Sitter background. First, the Local Potential Approximation (LPA) is applied. We show that there is always symmetry restoration due to infrared effects, and that mass is generated in agreement with the stochastic approach. Next, we study the flat space limit of our formalism by taking the curvature $H\to0$, and we check that it reproduces a number of known results. Finally, we discuss the derivative expansion, which goes beyond the LPA. Its implementation seems too complex in general curved space-times, but de Sitter symmetries allow for a simpler representation. We define a prescription for all orders of the expansion, and discuss the flow of the first order term in the simple case where we neglect the field dependency (LPA')

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.

Cette thèse s'est développée à l'interface entre physique statistique et traitement statistique du signal, afin d'allier les perspectives de ces deux disciplines sur les problèmes de sommes et maxima de variables aléatoires. Nous avons exploré trois axes d'études qui mènent à s'éloigner des conditions classiques (i.i.d.) : l'importance des événements rares, le couplage avec la taille du système, et la corrélation. Combinés, ces trois axes mènent à des situations dans lesquelles les théorèmes de convergence classiques sont mis en défaut.Pour mieux comprendre l'effet du couplage avec la taille du système, nous avons étudié le comportement de la somme et du maximum de variables aléatoires indépendantes élevées à une puissance dépendante de la taille du signal. Dans le cas du maximum, nous avons mis en évidence l'apparition de lois limites non standards. Dans le cas de la somme, nous nous sommes intéressés au lien entre effet de linéarisation et transition vitreuse en physique statistique. Grâce à ce lien, nous avons pu définir une notion d'ordre critique des moments, montrant que, pour un processus multifractal, celui-ci ne dépend pas de la résolution du signal. Parallèlement, nous avons construit et étudié, théoriquement et numériquement, les performances d'un estimateur de cet ordre critique pour une classe de variables aléatoires indépendantes.Pour mieux cerner l'effet de la corrélation sur le maximum et la somme de variables aléatoires, nous nous sommes inspirés de la physique statistique pour construire une classe de variable aléatoires dont la probabilité jointe peut s'écrire comme un produit de matrices. Après une étude détaillée de ses propriétés statistiques, qui a montré la présence potentielle de corrélation à longue portée, nous avons proposé pour ces variables une méthode de synthèse en réussissant à reformuler le problème en termes de modèles à chaîne de Markov cachée. Enfin, nous concluons sur une analyse en profondeur du comportement limite de leur somme et de leur maximum.

Les systèmes vitreux sujets à une diminution de la température présentent une dynamique très lente, et à une valeur suffisamment faible de celle-ci se trouvent dans un état désordonné dit "gelé". Cette thèse traite du cas des verres structuraux, comme les liquides surfondus, et du cas des verres de spins.Dans les deux cas, les scénarios physiques issus des théories de champ moyen sont connus et pourraient être sensibles à l'introduction des fluctuations présentes dans les systèmes de dimension finie. L'étude de leur effet dans les systèmes vitreux étant difficile, nous avons étudié des modèles simples reliés au problème de la transition vitreuse dans lesquels l'effet des fluctuations peut être analysé en détail.Concernant les verres structuraux, nous étudions tout d'abord le retour à la convexité de l’énergie libre d'un système unidimensionnel où les fluctuations sont contraintes par la taille finie du système. Ensuite, nous étudions le rôle des fluctuations de "courte" et de "longue" portée dans un système vitreux appelé ``modèle de plaquette'' en comparant les propriétés thermodynamiques du système connues sur réseaux Euclidiens à celles que nous avons obtenues sur un réseau "en arbre". Enfin, nous étudions l'existence de fluctuations spatio-temporelles au sein d'un modèle de systèmes à dynamique activée couplés via un bain thermal à faible température.Concernant les verres de spins, nous construisons une approche du groupe de renormalisation non-perturbatif afin de décrire l'effet des fluctuations critiques sur les propriétés critiques du verre de spin d'Ising en champ nul en dimensions inférieures à six. / When the temperature diminishes, glassy systems present a very sluggish dynamics and at low enough temperature can finish in some arrested disordered state. This thesis deals about the case of structural glasses, to which category supercooled liquids belong to, and spin glasses.In these two cases the physical scenarios issued from the mean-field theories are known and could be fragile to the introduction of fluctuations that are present in finite-dimensional systems. Since the study of the effect of fluctuations in glassy systems is a daunting task, the aim of this thesis is to study simple related problems in which the effect of fluctuations can be thoroughly investigated.For the structural-glass case, we study first the return to convexity of the free energy of a uni-dimensional finite-size system where fluctuations are restricted by the finite size of the system. Then, we study the role of "short"- and "long"-range fluctuations in a glass-former model called ``plaquette model'' in comparing the thermodynamic properties of the system which are known on Euclidean lattices with the ones we obtained on a "tree" lattice. Finally, we study the existence of space-time fluctuations in a model made of activated-dynamics systems coupled via a thermal bath at low temperature.For the spin-glass case, we construct a scheme for the nonperturbative renormalization group to describe the effect of critical fluctuations on the critical properties of the Ising spin glass in zero field in dimensions lower than six.

L'objectif de ce travail est une construction perturbative rigoureuse de la théorie de la Yang-Mills SU(2) dans l'espace euclidien à quatre dimensions. La technique d'intégration fonctionnelle donne une basemathématique pour établir les équations de flot différentielles du groupe de renormalisation pour l'action efficace. Si l'introduction de régulateurs dans l'espace de moments permet de donner une définition mathématique des fonctions de Schwinger, la difficulté importante de l'approche est le fait que cesrégulateurs brisent l'invariance de jauge. Ainsi, le travail principal est alors de prouver à tous les ordres en perturbation l'existence de ces fonctions de correlation et la validité des identités de Slavnov-Taylor pour la théorie renormalisée. / The goal of this work is a rigorous perturbative construction of the SU(2) Yang-Mills theory in four dimensional Euclidean space. The functional integration technique gives a mathematical basis for establishing the differential Flow Equations of the renormalization group for the effective action. While the introduction of momentum space regulators permits to give a mathematical definition of the Schwinger functions, the important difficulty of the approach is the fact that these regulators break gauge invariance. Thus the main part of the work is to prove at all loop orders the existence of the vertex functions and the restoration of the Slavnov-Taylor identities in the renormalised theory.

L'origine des déviations observées aux basses températures sur la conductivité des matériaux organiques quasi-1D reste à ce jour contreversée. Il est établi pour ces matériaux que les fluctuations magnétiques y sont présentes. L'objectif visé par notre travail est d'évaluer l'influence des fluctuations supraconductrices induites par l'antiferromagnétisme dans les conducteurs quasi-1D. Il ressort de nos calculs que la paraconductivité à un canal (Cooper), calculée à partir du courant de paires coïncide à celle d'Aslamazov-Larkin. Pour une dimension spatiale donnée, plus l'anisotropie est prononcée plus les fluctuations deviennent importantes. Dans le cas quasi-1D avec mélange des canaux de Cooper et de Peierls, on retrouve le résultat d'Aslamazov-Larkin à une constante près. Nos résultats s'accordent qualitativement aux données expérimentales avec un paramètre d'anisotropie fortement influencé par la pression. De même, on remarque que la pression lorsqu'elle augmente diminue les fluctuations supraconductrices. En outre l'interférence des canaux augmente la conductivité des conducteurs organiques quasi-1D de manière significative.

Nous étudions l’influence du champ magnétique aléatoire et des interactions à longue portée sur le comportement critique du modèle d’Ising ; notre approche est basée sur une version non perturbative et fonctionnelle du groupe de renormalisation. Les concepts du groupe de renormalisation non perturbatif sont tout d’abord introduits, puis illustrés dans le cadre simple d’une théorie classique d’un champ scalaire. Nous discutons ensuite les propriétés critiques de cette dernière en présence d’un champ magnétique aléatoire gelé qui traduit le désordre dans le système. Celui-ci est distribué comme un bruit blanc gaussien dans l’espace. Nous insistons principalement sur la propriété de réduction dimensionnelle qui prédit un comportement critique identique pour le modèle en champ aléatoire à d dimensions et le modèle pur (c’est à dire sans champ aléatoire) en dimension d − 2. Bien que cette propriété soit démontrée à tous les ordres par la théorie de perturba- tion, on montre que celle-ci est brisée en dessous d’une dimension critique dDR = 5.13. La réduction dimensionnelle et sa brisure sont alors reliées aux caractéristiques d’échelle des grandes avalanches intervenant dans le système à température nulle. Nous considérons, dans un second temps, une généralisation du modèle d’Ising dans laquelle l’interaction ferromagnétique décroit désormais à longue portée comme r^−(d+σ) avec σ > 0 (d désigne toujours la dimension de l’espace). Dans un tel système, il est possible de travailler en dimension fixée (incluant la dimension d = 1) et de varier l’exposant σ afin de parcourir une gamme de comportements critiques similaire à celle obtenue entre les dimensions critiques inférieure et supérieure de la version à courte portée du modèle. Nous avons caractérisé la transition de phase dans le plan (σ, d), et notamment calculé les exposants critiques en fonction du paramètre σ pour les dimensions physiquement intéressantes d = 1, 2 et 3. Finalement, on s’intéresse aussi à la théorie en présence d’un champ magnétique aléatoire dont les corrélations décroissent à grande distance comme r^−d+ρ avec ρ > −d. Dans le cas particulier où ρ = 2 − σ, on montre que la propriété de réduction dimensionnelle est vérifiée lorsque σ est suffisamment petit, mais brisée à grand σ (en dimension inférieure à dDR ). En particulier, concernant le modèle tridimensionnel, nos résultats prédisent une brisure de réduction dimensionnelle lorsque σ > σDR = 0.71 / We study the influence of the presence of a random magnetic field and of long-ranged interactions on the critical behavior of the Ising model. Our approach is based on a nonperturbative and functional version of the renormalization group. The bases of the nonperturbative renormalization group are introduced first and then illustrated in the simple case of the classical scalar field theory. We next discuss the critical properties of the latter in the presence of a random magnetic field, which is associated with frozen disorder in the system. The distribution of the random field in space is taken as that of a gaussian white noise. We focus on the property of dimensional reduction that predicts identical critical behavior for the random-field model in dimension $d$ and the pure model, \textit{i.e.} in the absence of random field, in dimension d-2. Although this property is found at all orders of the perturbation theory, it is violated below a critical dimension $d_{DR} \approx 5.13$. We show that the dimensional reduction and its breakdown are related to the large-scale properties of the avalanches that are present in the system at zero temperature. We next consider a generalization of the Ising model in which the ferromagnetic interaction varies at large distance like $r^{-(d+\sigma)}$ with $\sigma > 0$ ($d$ being the spatial dimension). In this system, it is possible to obtain a range of critical behavior similar to that encountered in the short-ranged version of the model between the lower and the upper critical dimensions by varying the exponent $\sigma$ while keeping the dimension $d$ fixed (including the case $d=1$).We have characterized the phase transition of this long-ranged model in the plane $(\sigma,d)$ and computed the critical exponents as a function of the parameter $\sigma$ for the physically interesting dimensions, $d=1,2$ and $3$. Finally, we have also studied the long-ranged random-field Ising model when the correlations of the random magnetic field decrease at large distance as $r^{-d+\rho}$ with $\rho > -d$. In the special case where $\rho=2-\sigma$, we have shown that the dimensional-reduction property is satisfied when $\sigma$ is small enough but breaks down above a critical value (when the spatial dimension $d$ is less than $d_{DR}$). In particular, for $d=3$, we predict a breakdown of dimensional reduction for $\sigma_{DR}\approx 0.71$.

Cette thèse est consacrée à l'étude des systèmes critiques possédant des symétries discrètes, en deux dimensions. Les théories conformes jouent un rôle central dans la compréhension des phénomènes critiques des systèmes bidimensionnels, et la symétrie discrète additionnelle donne lieu aux théories dites parafermioniques. Dans une première partie, nous étudions les flots du groupe de renormalisation sous l'effet de perturbations faiblement pertinentes pour ces théories parafermioniques . En utilisant les techniques issues du Gaz de Coulomb et de la représentation coset de ces théories conformes, nous avons obtenu perturbativement les équations du groupe de renormalisation. Nous avons ainsi mis en évidence des flots non massifs entre différentes théories parafermioniques. Dans une deuxiéme partie, nous étudions les applications des théories conformes parafermioniques à l'effet Hall quantique fractionnaire. Nous montrons, en calculant les fonctions de corrélation correspondantes, que les théories parafermioniques unitaires fournissent des candidats interessants pour décrire certains états non-abéliens, en particulier elles permettent de corriger les problèmes de non-unitarité. Enfin nous prouvons une conjecture reliant les polynômes de Jack aux théories W.

Cette thèse se propose d'étudier la thermodynamique de la matière nucléaire qui constitue l'écorce des proto-étoiles et étoiles à neutrons. Une connaissance détaillée des propriétés thermodynamiques de la matière d'étoile est nécessaire afin d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques impliqués dans le refroidissement des proto-étoiles, et dans la formation de supernovae de type II. L'un des objectifs fondamentaux est d'extraire le diagramme des phase de la matière d'étoile afin de déterminer si celui-ci présente des instabilités et/ou des points critiques. Le travail présenté ici se divise en deux parties, une première portant sur des approches classiques, et une seconde sur une approche quantique. Les approches classiques sont basées sur le modèle d'Ising et le groupe de renormalisation. Elles vont nous permettre d'obtenir des informations qualitatives sur la phénoménologie des transitions de phase de la matière d'étoile, et de discuter l'influence de la frustration Coulombienne sur le diagramme des phases. L'approche quantique est basée sur un modèle de dynamique moléculaire fermionique que nous avons dérivé à partir du formalisme de la fonctionnelle de la densité, et implémenté numériquement avec des forces de Skyrme optimisée pour la matière riche en neutrons. Le travail de cette thèse montre des premières applications à l'étude thermodynamique de systèmes finis, et à des calculs de structure nucléaire pour des noyaux légers. Nous proposerons également une ébauche du formalisme qui permettra à terme de traiter numériquement le problème quantique de la matière infinie d'étoile à l'aide du modèle de dynamique moléculaire.