In studies of the ocean it has become conventional to retain only the component of the Coriolis force associated with the radial component of the Earth’s rotation vector, the so-called “traditional approximation”. We investigate the role of the “non-traditional” component of the Coriolis force, corresponding to the non-radial component of the rotation vector, in transporting abyssal waters across the equator. We first derive a non-traditional generalisation of the multi-layer shallow water equations, which describe the flow of multiple superposed layers of inviscid, incompressible fluid with constant densities over prescribed topography in a rotating frame. We derive these equations both by averaging the three-dimensional governing equations over each layer, and via Hamilton’s principle. The latter derivation guarantees that conservation laws for mass, momentum, energy and potential vorticity are preserved. Within geophysically realistic parameters, including the complete Coriolis force modifies the domain of hyperbolicity of the multi-layer equations by no more than 5%. By contrast, long linear plane waves exhibit dramatic structural changes due to reconnection of the surface and internal wave modes in the long-wave limit. We use our non-traditional shallow water equations as an idealised model of an abyssal current flowing beneath a less dense upper ocean. We focus on the Antarctic Bottom Water, which crosses the equator in the western Atlantic ocean, where the bathymetry forms an almost-westward channel. Cross-equatorial flow is strongly constrained by potential vorticity conservation, which requires fluid to acquire a large relative vorticity in order to move between hemispheres. Including the complete Coriolis force accounts for the fact that fluid crossing the equator in an eastward/westward channel experiences a smaller change in angular momentum, and therefore acquires less relative vorticity. Our analytical and numerical solutions for shallow water flow over idealised channel topography show that the non-traditional component of the Coriolis force facilitates cross-equatorial flow through an almost-westward channel.

Ce mémoire porte sur quelques éléments de la théorie des fibrés symplectiques et leurs usages en étudiant la géométrie hoferienne sur le groupe de difféomorphismes hamiltoniens. En particulier en assumant un certain confort avec les notions de base de la géométrie différentielle et de la topologie algébrique on développe dans le premier chapitre les rudiments nécessaires de la théorie des G-fibrés et, dans la deuxième, tous les faits nécessaires de la topologie symplectique et les difféomorphismes hamiltoniens pour comprendre la théorie de base des fibrés symplectiques, à voir le morphisme de flux et ses liens aux isotopies hamiltoniennes. Le troisième chapitre présente les fondements des fibrés symplectiques se conclu en construisant la forme de couplage dans un langage invariant et en présentant la caractérisation des fibrés symplectiques, dont le groupe de structure réduit au groupe hamiltonien. Le mémoire se termine en présentant quelques applications des fibrés hamiltoniens à la géométrie de Hofer, en particulier une caractérisation de la partie positive de la norme de Hofer d'un lacet hamiltonien en termes du K-aire du fibré au-dessus de la sphère associé et une démonstration de la non-dégénérescence de la norme de Hofer pour des variétés symplectiques fermées. / This thesis presents a reasonably complete account of the elements theory of symplectic and Hamiltonian fibrations. We assume a familiarity and comfort with the basic notions of differential geometry and algebraic topology but little else. Proceeding from this, the first chapter develops the necessary notions from the theory of fiber bundles and G-fiber bundles, while the second chapter develops all the notions and theorems required to understand the later theory of symplectic fibrations. Most notably the second chapter includes a detailed account of the classical relationship between the flux homomorphism and Hamiltonian isotopies. The third chapter is where we develop the theory of symplectic and locally Hamiltonian fiber bundles, and in particular give an invariant construction of the coupling form on a symplectic fibration admitting an extension class. the third chapter ends with a proof of a structure theorem characterizing those symplectic fibrations for which the structure group reduces to the Hamiltonian group. In the final chapter, we present some applications of the theory of Hamiltonian fibrations by the way of characterizing the positive part of the Hofer norm of a Hamiltonian loop as the K-area of its associated Hamiltonian bundle over the sphere, and we finish by giving a proof of the non-degeneracy of the Hofer norm for closed symplectic manifolds.

The future fusion power plants that are based on magnetic confinement will deal with plasmas that inevitably contain energetic (non-thermal) particles. These particles come, for instance, from fusion reactions or from external heating of the plasma. Ensembles of energetic ions can excite eigenmodes in the Alfvén frequency range to such an extent that the resulting wave fields redistribute the energetic ions, and potentially eject them from the plasma. The redistribution of ions may cause a substantial reduction of heating efficiency. Understanding the dynamics of such instabilities is necessary to optimise the operation of fusion experiments and of future fusion power plants. Two models have been developed to simulate the interaction between energetic ions and Alfvén eigenmodes. One is a bump-on-tail model, of which two versions have been developed: one fully nonlinear and one quasilinear. The quasilinear version has a lower dimensionality of particle phase space than the nonlinear one. Unlike previous similar studies, the bump-on-tail model contains a decorrelation of the wave-particle phase in order to model stochasticity of the system. When the characteristic time scale for macroscopic phase decorrelation is similar to or shorter than the time scale of nonlinear wave-particle dynamics, the nonlinear and the quasilinear descriptions quantitatively agree. A finite phase decorrelation changes the growth rate and the saturation amplitude of the wave mode in systems with an inverted energy distribution around the wave-particle resonance. Analytical expressions for the correction of the growth rate and the saturation amplitude have been derived, which agree well with numerical simulations. A relatively weak phase decorrelation also diminishes frequency chirping events of the eigenmode. The second model is called FOXTAIL, and it has a wider regime of validity than the bump-on-tail model. FOXTAIL is able to simulate systems with multiple eigenmodes, and it includes effects of different individual particle orbits relative to the wave fields. Simulations with FOXTAIL and the nonlinear bump-on-tail model have been compared in order to determine the regimes of validity of the bump-on-tail model quantitatively. Studies of two-mode scenarios confirmed the expected consequences of a fulfillment of the Chirikov criterion for resonance overlap. The influence of ICRH on the eigenmode-energetic ion system has also been studied, showing qualitatively similar effects as seen by the presence of phase decorrelation. Another model, describing the efficiency of fast wave current drive, has been developed in order to study the influence of passive components close to the antenna, in which currents can be induced by the antenna generated wave field. It was found that the directivity of the launched wave, averaged over model parameters, was lowered by the presence of passive components in general, except for low values of the single pass damping of the wave, where the directivity was slightly increased, but reversed in the toroidal direction. / De framtida fusionskraftverken baserade på magnetisk inneslutning kommer att hantera plasmor som oundvikligen innehåller energetiska (icke-termiska) partiklar. Dessa partiklar kommer exempelvis från fusionsreaktioner eller från externa uppvärmningsmekanismer av plasmat. Ensembler av energetiska joner kan excitera egenmoder i Alfvén-frekvensområdet i en sådan utsträckning att de resulterande vågfälten omfördelar de energetiska jonerna i rummet, och potentiellt slungar ut jonerna ur plasmat. Omfördelningen av joner kan orsaka en väsentligen minskad uppvärmningseffekt. Det är nödvändigt att förstå dynamiken hos denna typ av instabilitet för att kunna optimera verkningsgraden hos experiment och hos framtida fusionskraftverk. Två modeller har utvecklats för att simulera interaktionen mellan energetiska joner och Alfvén-egenmoder. Den första är en bump-on-tail-modell, av vilken två versioner har utvecklats: en fullt icke-linjär och en kvasi-linjär. I den kvasi-linjära versionen har partiklarnas fasrum en lägre dimensionalitet än i den icke-linjära versionen. Till skillnad från tidigare liknande studier innehåller denna bump-on-tail-modell en dekorrelation av våg-partikelfasen för att modellera stokasticitet hos systemet. När den karakteristiska tidsskalan för makroskopisk fasdekorrelation är ungefär samma som eller kortare än tidsskalan för icke-linjär våg-partikeldynamik så stämmer den icke-linjära och den kvasi-linjära beskrivningen överens kvantitativt. En ändlig fasdekorrelation förändrar vågmodens tillväxthastighet och satureringsamplitud i system med en inverterad energifördelning omkring våg-partikelresonansen. Analytiska uttryck för korrektionen av tillväxthastigheten och satureringsamplituden har härletts, vilka stämmer väl överens med numeriska simuleringar. En relativt svag fasdekorrelation försvagar även "frequency chirping events" (snabba frekvensskiftningar i korttids-Fourier-transformen av egenmodens amplitudutveckling) hos egenmoden. Den andra modellen, kallad FOXTAIL, har ett mycket bredare giltighetsområde än bump-on-tail-modellen. FOXTAIL kan simulera system med flera egenmoder, och den inkluderar effekter av olika enskilda partikelbanor relativt vågfälten. Simuleringar med FOXTAIL och med bump-on-tail-modellen har jämförts för att kvantitativt bestämma bump-on-tail-modellens giltighetsområde. Studier av scenarier med två egenmoder bekräftar de förväntade effekterna av när Chirikov-kriteriet för resonansöverlapp uppfylls. Även inflytandet av ICRH på dynamiken mellan egenmoder och energetiska joner har studerats, vilket har visat kvalitativt liknande effekter som har observerats i närvaron av fasdekorrelation. En annan modell, vilken beskriver effektiviteten hos "fast wave current drive" (strömdrivning med snabba magnetosoniska vågor), har utvecklats för att studera inflytandet av passiva komponenter nära antennen, i vilka strömmar kan induceras av vågfälten som genereras av antennen. Det visades att den utskickade vågens direktivitet, medelvärdesbildat över modellparametrar, generellt sett minskade vid närvaron av passiva komponenter, förutom vid låg "sinlge pass damping" (dämpning av vågen vid propagering genom hela plasmat), då direktiviteten istället ökade något, men bytte tecken i toroidal riktning. / <p>QC 20160927</p>

Ce mémoire porte sur quelques notions appropriées d'actions de groupe sur les variétés symplectiques, à savoir en ordre décroissant de généralité : les actions symplectiques, les actions faiblement hamiltoniennes et les actions hamiltoniennes. Une connaissance des actions de groupes et de la géométrie symplectique étant prérequise, deux chapitres sont consacrés à des présentations élémentaires de ces sujets. Le cas des actions hamiltoniennes est étudié en détail au quatrième chapitre : l'importante application moment y est définie et plusieurs résultats concernant les orbites de la représentation coadjointe, tels que les théorèmes de Kirillov et de Kostant-Souriau, y sont démontrés. Le dernier chapitre se concentre sur les actions hamiltoniennes des tores, l'objectif étant de démontrer le théorème de convexité d'Atiyha-Guillemin-Sternberg. Une discussion d'un théorème de classification de Delzant-Laudenbach est aussi donnée. La présentation se voulant une introduction assez exhaustive à la théorie des actions hamiltoniennes, presque tous les résultats énoncés sont accompagnés de preuves complètes. Divers exemples sont étudiés afin d'aider à bien comprendre les aspects plus subtils qui sont considérés. Plusieurs sujets connexes sont abordés, dont la préquantification géométrique et la réduction de Marsden-Weinstein. / This Master thesis is concerned with some natural notions of group actions on symplectic manifolds, which are in decreasing order of generality : symplectic actions, weakly hamiltonian actions and hamiltonian actions. A knowledge of group actions and of symplectic geometry is a prerequisite ; two chapters are devoted to a coverage of the basics of these subjects. The case of hamiltonian actions is studied in detail in the fourth chapter : the important moment map is introduced and several results on the orbits of the coadjoint representation are proved, such as Kirillov's and Kostant-Souriau's theorems. The last chapter concentrates on hamiltonian actions by tori, the main result being a proof of Atiyah-Guillemin-Sternberg's convexity theorem. A classification theorem by Delzant and Laudenbach is also discussed. The presentation is intended to be a rather exhaustive introduction to the theory of hamiltonian actions, with complete proofs to almost all the results. Many examples help for a better understanding of the most tricky concepts. Several connected topics are mentioned, for instance geometric prequantization and Marsden-Weinstein reduction.

Dans cette thèse nous étudions différents problèmes de graphes et multigraphes arêtes-coloriés tels que la connexité propre, la coloration forte d'arêtes et les chaînes et cycles hamiltoniens propres. Enfin, nous améliorons l'algorithme connu $O(n^4)$ pour décider du comportement d'un graphe sous opérateur biclique, en étudiant les bicliques dans les graphes sans faux jumeaux. Plus précisément, 1) Nous étudions d'abord le nombre $k$-connexité-propre des graphes, noté $pc_k(G)$, ç'est à dire le nombre minimum de couleurs nécessaires pour colorer les arêtes d'un graphe de façon à ce qu'entre chaque paire de sommets, ils existent $k$ chemins intérieurement sommet-disjoints. Nous prouvons plusieurs bornes supérieures pour $pc_k(G)$. Nous énonçons quelques conjectures pour les graphes généraux et bipartis et nous les prouvons dans le cas où $k = 1$. 2) Nous étudions l'existence de chaînes et de cycles hamiltoniens propres dans les multigraphes arêtes-coloriés. Nous établissons des conditions suffisantes, en fonction de plusieurs paramètres tels que le nombre d'arêtes, le degré arc-en-ciel, la connexité, etc. 3) Nous montrons que l'indice chromatique fort est linéaire au degré maximum pour tout graphe $k$-dégénéré où, $k$ est fixe. En corollaire, notre résultat conduit à une amélioration des constantes et donne également un algorithme plus simple et plus efficace pour cette famille de graphes. De plus, nous considérons les graphes planaires extérieurs. Nous donnons une formule pour trouver l'indice chromatique fort exact pour les graphes bipartis planaires extérieurs. Nous améliorons également la borne supérieure pour les graphes planaires extérieurs généraux. 4) Enfin, nous étudions les bicliques dans les graphes sans faux jumeaux et nous présentons ensuite un algorithme $O(n+m)$ pour reconnaître les graphes convergents et divergents en améliorant l'algorithme $O(n^4)$. / In this thesis, we study different problems in edge-colored graphs and edge-colored multigraphs, such as proper connection, strong edge colorings, and proper hamiltonian paths and cycles. Finally, we improve the known $O(n^4)$ algorithm to decide the behavior of a graph under the biclique operator, by studying bicliques in graphs withoutfalse-twin vertices. In particular: 1) We first study the $k$-proper-connection number of graphs, this is, the minimum number of colors needed to color the edges of a graph such that between any pair of vertices there exist $k$ internally vertex-disjoint paths. We denote this number $pc_k(G)$. We prove several upper bounds for $pc_k(G)$. We state some conjectures for general and bipartite graphs, and we prove all of them for the case $k=1$. 2) Then, we study the existence of proper hamiltonian paths and proper hamiltonian cycles in edge-colored multigraphs. We establish sufficient conditions, depending on several parameters such as the number of edges, the rainbow degree, the connectivity, etc. 3) Later, we showthat the strong chromatic index is linear in the maximum degree for any $k$-degenerate graph where $k$ is fixed. As a corollary, our result leads to considerable improvement of the constants and also gives an easier and more efficient algorithm for this familly of graphs. Next, we consider outerplanar graphs. We give a formula to find exact strong chromatic index for bipartite outerplanar graphs. We also improve the upper bound for general outerplanar graphs from the $3\Delta-3$ bound. 4) Finally, we study bicliques in graphs without false-twin vertices and then we present an $O(n+m)$ algorithm to recognize convergent and divergent graphs improving the $O(n^4)$ known algorithm.

This theoretical thesis presents detailed study of negatively charged excitons - trions - confined in single quantum well in presence of perpendicular magnetic field. Complex valence band of GaAs/GaAlAs compound is described within Luttinger Hamiltonian framework. Singlet and triplet states of negative trion are introduced. Advanced theoretical analysis of Zeeman effect for different states of trion is performed. Landau gauge of magnetic field and unusual wavefunctions basis is chosen and its accuracy is tested. Evolution of ground state energy and photoluminescence spectra with magnetic field is evaluated for different values of Landé g-factors. Probability of occurrence of electrons with respect to the hole position and their spatial correlation function are investigated.

Dans une première partie, nous avons étudié quelques propriétés de molécules magnétiques impliquant des radicaux organiques (seuls ou conjointement avec des terres rares). Nous avons ainsi pu interpréter l'évolution de la susceptibilité magnétique et de l'aimantation en fonction de la température en évaluant par des approches ab initio fonctions d'onde les constantes d'échange ou le tenseur g au sein de ces matériaux. De plus, nous avons chercher à définir les conditions pour que des matériaux à base de radicaux organiques présentent simultanément des propriétés magnétiques et conductrices. Nous avons ainsi examiné différentes familles de composés et l'influence de la structure géométrique et chimique des radicaux organiques utilisés. Pour cette partie, nous avons extrait les intégrales physiques pertinentes par la méthode des Hamiltoniens effectifs.Dans une deuxième partie, nous avons utilisés ces quantités physiques (intégrale de saut, répulsion sur site, échange) pour décrire le phénomène de transport dans des jonctions pour lesquelles les effets de la corrélation électronique ne peuvent être écartés. Munis de ces paramètres ab initio, nous avons développé un modèle phénoménologique permettant de décrire la conduction moléculaire à l'aide d'un jeu d'équations maîtresses. Nous avons ainsi cherché à mettre en évidence l'intérêt des approches post Hartree-Fock empruntant une fonction d'onde corrélée et de spin adapté dans la description du transport électronique. Que ce soit dans le cas de transport polarisé en spin ou non, l'approche utilisée (mono ou multi-déterminentale) conditionne qualitativement et quantitativement la caractéristique courant/tension. / In a first part, we studied the magnetic properties of organic radicals (coupled with rare earth or between each other). We calculated the magnetic exchange and the g-tensor of these compounds to understand their magnetic susceptibility and thei magnetization curves via ab initio calculations based on the wave-function. We studied how the chemistry and the crystal stacking affect meaningful parameters linked to magnetism and conduction. Those parameters were extracted with the thory of effective Hamiltonians fo various families of organic radicals. From the observed trends for the different parameters, we predicted some ways to obtain multifunctional compounds. In a second part, we used the same parameters (hoping integral, coulombic repulsion, magnetic exchange) to describe transport properties through highly correlated molecular junctions. From the ab initio parameters, we developed a phenomenological model based on master equations to describe the electronic transport. We stressed the importance of a multiconfigurational description to reproduce properly the transport properties for spin unpolarized and spin polarized situations. In both cases, the mono- or multi-configurational description affects qualitatively and quantitatively the predicted conductance curve.

Dans l'optique de produire de l'énergie à travers les réactions de fusion, nous sommes amenés à étudier des phénomènes physiques qui ont lieux dans les tokamaks. Les instabilités qui existent dans les tokamaks peuvent fortement dégrader le confinement et ont un impacte sur le fonctionnement de futurs réactions à fusion. Des mesures révèlent un fort transport radial. Même si ce transport radial est en partie est une conséquence des collisions, l'instabilité d'interchange est la source dominante à ce transport puisque le type de plasmas nous intéressant sont faiblement collisionnels. Dans la limite non collisionnelle, la description hamiltonienne permet de décrire le système dynamique des particules du plasmas dans un champ électromagnétique. Nous donnons de l'importance à cette description afin de pouvoir accéder aux outils hamiltoniens.Nous travaillons sur la modélisation et le contrôle hamiltonien du transport radial. Après avoir écrit le modèle hamiltonien des particules d'un plasma magnétisé, nous introduisons les réductions de ce modèle lagrangien en modèles eulériens réduits afin de s'adapter à certains calculs numériques et théoriques. Ces réductions donnent lieux aux équations fluides hamiltonien. Cependant, nous montrons que ces réductions peuvent faire perdre la propriété hamiltonienne. En particulier pour obtenir un modèle ayant la température des ions (puisqu'elle n'est pas négligeable au centre du plasma), nous montrons la procédure conservant la propriété hamiltonienne à partir du modèle sans température des ions.Quant à l'étude du transport radial, nous appliquons une des propriétés hamiltoniennes (le contrôle) afin de créer une barrière de transport par des perturbations du système. Nous étudions de manière idéale l'effet du contrôle à travers la dynamique lagrangienne des traceurs appelés particules test. Nous faisons particulièrement des efforts dans la prise en compte des contraintes numériques et expérimentales. Nous montrons notamment la robustesse du contrôle lors de l'application des perturbations par des sondes de Langmuir.Finalement, nous étudions l'application du contrôle dans un modèle eulérien décrivant la rétroaction du plasmas (à travers la densité et le potentiel électrique) lorsque nous appliquons les perturbations. Cette étape permet de prendre en compte le couplage du système plasma-perturbations. En utilisant un code fluide permettant de décrire le plasma de bord lors de perturbations générées par des sondes de Langmuir. Nous développons un algorithme permettant de calculer le contrôle en tout temps en fonction du potentiel électrique. Nous montrons alors que la valeur moyenne du potentiel électrique joue un rôle important pour l'application du contrôle dans un modèle fluide. / In order to produce energy through fusion reactions, we are led to study of physical phenomena that occur in tokamaks. The instabilities that exist in tokamaks can significantly degrade the confinement and have an impact on the operation of future fusion reactors. Measurements reveal a strong radial transport. Although this is partly a consequence of collisions, the interchange instability is the dominant source to transport since the type of plasmas that interest us are weakly collisional. Within non collisional limit, the Hamiltonian description used to describe the dynamical system of charged particles in an electromagnetic field. We give importance to this description in order to access the Hamiltonian tools.We are working on modeling and control Hamiltonian of radial transport. After writing the Hamiltonian model of particles in a magnetized plasma, we introduced some reductions from Lagrangian models to Eulerian reduced models in order to accommodate some theoretical and numerical calculations. These places give the Hamiltonian fluid equations. However, we show that these reductions may lose the Hamiltonian property. In particular for a model with the ion temperature (not neglected at the center of the plasma), we show the procedure preserving the Hamiltonian property from the model without ion temperature.As for the study of radial transport, we apply one of the Hamiltonian properties (the control) to create a transport barrier by perturbations of the system. We are looking ideally the effect of control through the Lagrangian dynamics of tracers called test particles. We make particular efforts in the consideration of numerical and experimental constraints. We show the robustness of control when applying perturbations by Langmuir probes.Finally, we study the application of control in an Eulerian model describing the feedback of plasma (through the density and the electric potential) when we apply the perturbations. This step allows to take into account the coupling of the system plasma-perturbations. We use a numerical code to describe the plasma at the edge during perturbations generated by Langmuir probes. We develop an algorithm to calculate the control at all times depending on the electric potential. Finally we show that the average value of electric potential plays an important role in the implementation of control in a fluid model.

Quantum computers are appealing for their ability to solve some tasks much faster than their classical counterparts. In fact, they have a potential to perform the full configuration interaction (FCI) energy calculations with a polynomial scaling only. This is in contrast to con- ventional computers where FCI scales exponentially. We provide a detailed description of the quantum version of the FCI method and the results of numerical simulations of the ground and excited state energy calculations of the methylene molecule. We further generalize this method to the relativistic four component regime and show how to efficiently solve the eigenproblem of the Dirac-Coulomb(-Breit) Hamiltonian on a quantum computer. We demonstrate the func- tionality of the proposed procedure by numerical simulations of computations of the spin-orbit splitting in the SbH molecule. Finally, we propose quantum circuits with 3 qubits and 9 or 10 CNOTs, which implement a proof-of-principle relativistic quantum chemical calculation for this molecule and might be suitable for an experimental realization. 1

Ce travail porte sur le problème des partitions minimales, à l'interface entre théorie spectrale et optimisation de forme. Une introduction générale précise le problème et présente des résultats, principalement dûs à B. Helffer, T. Hoffmann-Ostenhof et S. Terracini, qui sont utilisés dans le reste de la thèse.Le premier chapitre est une étude spectrale asymptotique du laplacien de Dirichlet sur une famille de domaines en dimension deux qui tend vers un segment. L'objectif est d'obtenir une localisation des lignes nodales dans la limite des domaines minces. En appliquant les résultats de Helffer, Hoffmann-Ostenhof et Terracini, on montre ainsi que les domaines nodaux des premières fonctions propres forment des partitions minimales.Le deuxième chapitre étudie les valeurs propres de certains opérateurs de Schrödinger sur un domaine plan avec condition au bord de Dirichlet. On considère des opérateurs qui ont un potentiel électrique nul et un potentiel magnétique d'un type particulier, dit d'Aharonov-Bohm, avec des singularités en un nombre fini de points appelés pôles. On démontre que les valeurs propres dépendent continuement des pôles. Dans le cas de pôles distincts et éloignés du bord, on prouve que cette dépendance est analytique lorsque la valeur propre est simple. On exprime de plus une condition suffisante pour que la fonction qui aux pôles associe une valeur propre présente un point critique. On utilise alors la caractérisation magnétique des partitions minimales pour montrer que l'énergie minimale est une valeur critique d'une de ces fonctions.Le troisième chapitre est un article écrit en collaboration avec Virginie Bonnaillie-Noël. Il porte sur une famille d'exemples, les secteurs angulaires de rayon unité et d'ouverture variable, dont on tente de déterminer les partitions minimales. On applique pour cela les théorèmes généraux rappelés dans l'introduction afin de déterminer les partitions nodales qui sont minimales. On s'intéresse plus particulièrement aux partitions minimales en trois domaines. En appliquant les idées du deuxième chapitre, on montre que pour certaines valeur de l'angle, il n'existe aucune partition minimale qui soit symétrique par rapport à la bissectrice du domaine. D'un point de vue quantitatif, on obtient des encadrements précis de l'énergie minimale.Le quatrième chapitre consiste en l'étude des partitions minimales de tores plats dont on fait varier le rapport entre longueur et largeur. On utilise une méthode numérique très différente de celle du troisième chapitre, basée sur un article de B. Bourdin, D. Bucur et É. Oudet. Elle consiste en une relaxation suivie d'une optimisation par un algorithme de gradient projeté. On peut ainsi tester des résultats théoriques antérieurs. Les résultats présentés suggèrent de plus la construction explicite de familles de partitions (en liaison avec des pavages du tore) qui donnent une nouvelle majoration de l'énergie minimale.Un dernier chapitre de perspectives présente plusieurs applications possibles des méthodes décrites dans la thèse. / This work is concerned with the problem of minimal partitions, at the interface between spectral theory and shape optimization. A general introduction gives a precise statement of the problem and recall results, mainly due to B. Helffer, T. Hoffmann-Ostenhof and S.Terracini, that are used in the rest of the thesis.The first chapter is an asymptotic spectral study of the Dirichlet Laplacian on a familly of two-dimensional domains converging to a line segment. The aim is to localize the nodal lines when the domains become very thin. With the help of the results of Helffer, Hoffmann-Ostenhof, and Terracini, we then show that the nodal domains of the first eigenfunctions give minimal partitions.The second chapter studies the eigenvalues of some Schrödinger operators on a domain with Dirichlet boundary conditions. We consider operators that have no electric potential and a so-called Aharonov-Bohm magnetic potential, which has singularities at a finite number of points called poles. We prove that the eigenvalues are continuous functions of the poles. When the poles are distinct and far from the boundary, we prove that this function is analytic, assuming the eigenvalue is simple. We also give a sufficient condition for the function to have a critical point. Using the magnetic characterization of minimal partitions, we show that the minimal enery is a critical value for one of these functions.The third chapter in an article written in collaboration with Virginie Bonnaillie-Noël. It studies minimal partitions for sectors of unit radius with a variable angular opening. We apply the general results presented in the introduction, together with numerical computations, to determine nodal partitions that are minimal. We focus on partitions into three domains. Using ideas from the second chapter, we show that, for some values of the angle, there is no minimal partition that is symmetric with respect to the bisector. Form a quantitative point of view, we obtain precise bounds on the minimal energy.The fourth chapter studies the minimal partitions of flat tori in function of the ratio between width and length. We use a numerical method that is quite different from chapter three, and is based on an article by B. Bourdin, D. Bucur, and É. Oudet. It consists in a relaxation of the problem, followed by optimization with the help of a projected gradient algorithm. The results shown here additionally suggest explicit families of partitions, which consist in tilings of tori by polygons, that give upper bounds on the minimal energy. In the last chapter we consider several possible applications of the methods described in the thesis.