Les mousses liquides soumises à du cisaillement présentent une très grande viscosité, mais l'origine locale de la dissipation se produisant pendant cette déformation est encore mal comprise. Dans le but d'apporter quelques éléments de réponses à cette importante question ouverte, notre travail décrit le comportement observé sur quelques films connectés lorsqu'une déformation leur est appliquée. Nous avons créé un montage permettant de fabriquer un pattern élémentaire de mousse, et de modifier la taille de chaque film en contrôlant la géométrie du cadre qui le supporte. Ce montage original, auquel s'ajoute une combinaison d'appareils optiques, nous permet de révéler les processus se produisant dans le film, notamment la compétition entre son allongement ou compression, et l'extraction d'un nouveau film depuis les ménisques raccordant les films. Nous montrons de plus que cette compétition dynamique dans un film donné est affectée par la déformation de ses premiers et seconds films voisins. La géométrie particulière du montage nous a également permis de découvrir et de décrire pour la première fois une instabilité gravitationnelle se produisant lorsqu'un film épais se situe au-dessus d'un film plus mince. Nous avons mesuré la longueur d'onde de l'instabilité et l'avons comparée à des prédictions théoriques en régime linéaire. Ces différents écoulements affectent la distribution d'épaisseur dans le film, et peuvent ainsi jouer un rôle important sur la viscosité ou sur la stabilité des mousses 3D. Finalement, le montage utilisé pourra s'avérer utile à l'avenir comme rhéomètre de films liquides. / Liquid foams under shearing exhibit a large effective viscosity, and the understanding of the local origin of the dissipation occurring during deformation is unknown. In the aim to contribute to this important open problem, we tried to describe the behavior of a few connected films under deformation. We created a setup allowing to make an elementary foam sample and to modify each film size by controlling the shape of the deformable frame supporting the films. This original setup together with a combination of optical devices allowed us to reveal processes happening in the film, and especially the competition between film stretch or compression, and extraction of a new film from the menisci connecting the films. Importantly, we show that this dynamical competition in a given film is affected by the deformation of its first and even second neighbors. The unique geometry of the setup gave us the opportunity to discover and describe for the first time a gravitational instability which takes place when a thicker film is on top of a thinner one. We measured the wavelength and compared it to theoretical predictions in the linear regime. These different flows affect the thickness distribution, and may thus play an important role in the viscosity or in the stability of 3D foams. As a perspective, the designed setup could prove to be useful as a liquid film rheometer.

Dans ce travail, nous étudions l'écoulement au sein d'un canal symétrique avec une expansion et une contraction soudaines. Cette configuration peut être considérée comme constituée de deux cavités face à face, deux cavités en miroir, que nous dénommons "double cavité". Le sujet est traité expérimentalement, numériquement et analytiquement, en faisant varier la vitesse d'entrée et de la distance entre cavités, mais en restant à des nombres de Reynolds modérés. L'accent est mis sur l'interaction entre les deux couches de cisaillement et sur le mécanisme de rétroaction intracavitaire dans la limite des écoulements incompressibles. Expérimentalement, on mesure la vitesse par Vélocimétrie par Images de Particules non résolue en temps (PIV 2D2C) dans un plan longitudinal permettent de quanti er le champ de vitesse en moyenne temporelle. Par ailleurs, des mesures par Vélocimétrie Laser à effet Doppler (LDV) et des mesures résolues en temps par PIV 2D2C permettent d'accéder à la composition spectrale des fluctuations de vitesse dans la direction de l'écoulement. L'écoulement est caractérisé à partir des séries temporelles, enregistrées dans les couches de cisaillement d'une des deux cavités, pour une large gamme de vitesses d'entrée et des distances entre cavités. Des simulations numériques directes 2D et 3D, permettent d'étudier le mécanisme hydrodynamique de rétroaction intracavitaire, à partir des champs de vitesse complet. Le champ de vorticité issu des simulations numériques 2D montre l'importance de la rotation d'ensemble au sein de la cavité qui transporte les injections de vorticité induites par les oscillations de la couche de mélange conduisant à une structure de type "carrousel" elle-même à l'origine du mécanisme de rétroaction responsable des oscillations auto-entretenues de la couche de cisaillement. La quanti cation des temps caractéristiques de cette rotation permet d'identifier le régime dans lequel se trouve l'écoulement. Une analyse de stabilité en temps seul, ainsi qu'en temps et espace est réalisée pour des écoulements non visqueux, en prenant un écoulement de base unidimensionnel pour chacun des cas: cavité simple ou double. Pour prendre en compte l'extension finie du système, dans le cas de l'analyse de stabilité linéaire spatio-temporel, on ajoute la condition dite de Kulikowskii, qui permet de prendre en compte la réflexion des ondes d'instabilité hydrodynamique aux bornes du domaine de la cavité. Ce mécanisme de rétroaction produit un ensemble discret de fréquences non-harmoniques, dont certaines correspondent effectivement aux données expérimentales. / This work investigates the flow in a symmetric channel with a sudden expansion and contraction, creating two facing cavities, a so called double cavity. Double cavity flow at moderate Reynolds numbers is studied experimentally, numerically and analytically, as the inflow velocity and the distance between the cavities are varied. The focus is put on the interaction of the two shear layers and the intracavitary hydrodynamic feedback in the incompressible limit.Experimentally, standard 2D2C particle image velocimetry (PIV) measurements in a given spanwise plane provide information on the instantaneous and mean velocity flow fields. Laser Doppler velocimetry and time resolved 2D2C PIV measurements reveal the richness of the streamwise fluctuating velocity spectra. The flow is characterized based on times series, recorded in one of the cavity's shear layers, for a wide range of inflow velocities and cavity distances.Two dimensional and three dimensional direct numerical simulations, which give easy access to the entire flow field, are used to study the intracavitary hydrodynamic feedback mechanism. Vorticity fields, obtained from 2D numerical simulations, show the importance of the recirculating intracavitary back flow. Vorticity packages, injected by the oscillating and impinging shear layer at the downstream cavity edge, are advected upstream in the recirculation region, creating a ``carousel-like'' pattern. The interaction of this vortex carousel with the oscillating shear layer is found to be responsible for the self-sustained oscillations observed experimentally in single and double cavity flow. The quantification of three characteristic time scales of the rotation allows to identify in which regime the flow resides.Temporal and spatio-temporal inviscid linear stability analyses are applied to a one dimensional base flow of single and double cavity flows. To account for the finite extent of the system, the spatio-temporal linear stability analysis is conditioned by a so called Kulikowskii condition, which allows the reflection of hydrodynamic instability waves within the cavity domain. This feedback mechanism yields a set of discrete, non-harmonic frequencies, some of which compare well with experimental results.

TET2 et P53, deux suppresseurs de tumeurs, jouent un rôle important dans l’homéostasie des cellules souches hématopoïétiques et sont trouvés mutés dans les hémopathies malignes. Ils sont aussi impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et les mécanismes de réparation des dommages de l’ADN, notamment la voie de réparation par excision de base (BER). Dans la première partie de ce travail, nous avons montré que la surexpression de TET2 et l’augmentation consécutive des 5hmC, ralentit la progression du cycle cellulaire et la transition G1/S et induit une instabilité centrosomique associée à une instabilité chromosomique dans un modèle cellulaire Ba/F3. De plus, la surexpression de TET2 induit l’augmentation de la mutagenèse particulièrement des transitions C->T dans les sites CpG dans un contexte déficient en thymidine DNA glycosylase (TDG), une protéine initiatrice du BER. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons montré que l’activation de P53, par des antagonistes de MDM2, a un effet délétère sur tous les progéniteurs hématopoïétiques. Ces antagonistes induisent aussi une cytotoxicité non seulement dans les stades précoces de la mégacaryopoïèse mais surtout dans les stades tardifs. Cette cytotoxicité n’est pas réversible, contrairement à ce qui est observé en clinique, et ne peut pas être restaurée par des doses croissantes de thrombopoïétine. Au total, TET2 et P53 doivent être strictement régulés pour assurer l’homéostasie et la stabilité génétique des cellules hématopoïétiques. / Two tumor suppresors, TET2 and P53, play an important role in the homeostasis of hematopoietic stem cells and have been found mutated in hematological malignancies. They are also involved in cell cycle control and DNA repair mechanisms, including the base excision repair pathway (BER). In the first part of this work, we showed that TET2 overexpression and the consequent increase of 5hmC, inhibit cell cycle progression particularly G1/S transition and induces centrosome instability associated with chromosomal instability in Ba/F3 cellular model. In addition, overexpression of TET2 induces increased mutagenesis particularly transitions C->T at CpG sites in a context deficient in thymidine DNA glycosylase (TDG), a protein initiating BER. In the second part of this work, we have shown that p53 activation by MDM2 antagonists has deleterious effect on all haematopoietic progenitors. These antagonists also induce cytotoxicity not only in the early stages of megakaryopoiesis but also mainly in the late stages. This cytotoxicity is not reversible, in contrast to what is observed in clinic, and can not be restored by increasing doses thrombopoietin. To conclude, TET2 and P53 must be strictly controlled to ensure homeostasis and genetic stability of the hematopoietic cells.

Ce travail porte sur l’étude du processus d’instabilité de modulation dans les fibres optiques et notamment son étape nonlinéraire. Ce processus peut induire une dynamique complexe de couplage entre une onde de pompe et des bandes latérales avec notamment un, voire de multiples, retour à l’état initial s’il est amorcé activement. Ce phénomène est connu sous le nom de récurrences de Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou. Dans cette thèse, nous décrivons la mise en place d’un montage expérimental se basant sur la détection hétérodyne d’un signal rétrodiffusé et une compensation active des pertes. Il permet une caractérisation distribuée rapide et non-invasive tout le long d’une fibre de l’amplitude et la phase des principales composantes spectrales d’une impulsion. En outre, nous détaillons une méthode de post-traitement qui nous permet de retrouver l’évolution du champ complexe dans le domaine temporel. Mettant en oeuvre ces outils, nous avons rapporté l’observation de deux récurrences de Fermi-Padta-Ulam-Tsingou et leur brisure de symétrie, à la fois dans les domaines fréquentiel et temporel. Suite à cela, nous avons quantitativement examiné l’influence des conditions initiales des trois ondes envoyées dans la fibre sur la position des récurrences, en comparaison avec de récentes prédictions théoriques. Finalement, nous avons étudié la dynamique de structures nonlinéraies d’ordre supérieur, à savoir les breathers du deuxième ordre. / This work deals with the investigation of the modulation instability process in optical fibres and in particular its nonlinear stage. This process can induce a complex coupling dynamic between the pump and sidebands waves, with a single or multiple returns to the initial state if it is seeded. This phenomenon is referred as Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou recurrences. In this thesis, we describe the implementation of a novel experimental technique based on heterodyne optical time-domain reflectometry and active compensation of losses. It allows fast and non-invasive distributed characterisation along a fibre of the amplitude and phase of the main frequency components of a pulse. Furthermore, we detail a simple post-processing method which enable us to retrieve the complex field evolution in the time domain. Using these tools, we reported the observation of two Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou recurrences and their symmetry-breaking nature, both in the frequency and time domain. Then, we quantitatively studied the influence of the initial three-wave input conditions on the recurrence positions, in regards with recent theoretical predictions. Finally, we investigated the dynamics of higher-order nonlinear structures, namely second-order breathers.

Le cannibalisme d’une cellule vivante par une autre cellule vivante représente une nouvelle modalité de mort cellulaire non autonome. Mes travaux de thèse ont permis d’identifier et de caractériser les acteurs impliqués et d’apprécier l’influence de ce processus sur le devenir de la cellule cannibale. Nous avons ainsi révélé que l’activation d’une signalisation cellulaire impliquée dans la régulation du cycle cellulaire va causer une libération d’ATP qui stimulera les récepteurs purinergiques P2Y2 de la cellule de manière autocrine. Cette étape sera suivie d’une augmentation de l’exposition de la protéine d’adhérence E-cadhérine à la membrane plasmique et de réarrangements du cytosquelettes médiés par la kinase ROCK, et permettra ainsi à une cellule vivante de cannibaliser une autre cellule vivante. Ce phénomène aussi connu sous le nom de « cellule dans une cellule » est fréquemment observé dans les biopsies tumorales. De plus, nous révélons au cours de ces travaux la capacité des cellules internalisées à être éliminées par un processus qui implique la protéine de l’autophagie ATG5 et les protéines pro-apoptotiques BAK et BAX. Ce processus est associé au déclenchement d’une instabilité génétique et d’un stress oxydatif au niveau des cellules cannibales et va déclencher la sénescence de ces cellules que nous avons appelé « entescence ». Cette nouvelle modalité d’induction de la sénescence participe à la suppression des tumeurs in vivo et semble prédire la réponse des patients aux traitements néoadjuvants anticancéreux. À l’opposé, l’échappement à l’entescence favorise la progression tumorale et est associé à une mauvaise réponse des patients aux traitements. L’ensemble de ces travaux met en lumière l’existence d’une nouvelle modalité d’induction de la sénescence cellulaire qui survient à la suite du cannibalisme cellulaire. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans son déclenchement et son exécution pourrait selon nous participer au développement de nouvelles approches thérapeutiques afin de lutter contre le cancer. / Cannibalism of live cells by other live cells is a new modality of non-autonomous cell death. This investigation led to the characterization of the molecular mechanisms implicated as well as the identification of the consequences of this process on the fate of the cannibal cell.We revealed that the activation of a signaling pathway involved in the regulation of the cell cycle can trigger a release of ATP that will stimulate the activity of the P2Y2 purinergic receptor in an autocrine manner. These events will lead to the increase of E-cadherin membrane exposition and change the organisation of the cytoskeleton in a ROCK-dependent manner, allowing this live cell to eat another live cell. This process called "cell in cell structure" is frequently observed in tumoral biopsies. Then, we revealed that the internalized cell will be eliminated by a process dependent on the autophagy protein ATG5 and the pro-apoptotic proteins BAX and BAK. These events are associated to the triggering of genomic instability and an oxidative stress in the cannibal cell leading these cells to a new senescence program that we called "entescence".This new senescence program seems to be a tumor suppressor mechanisms in vivo and is correlated to a better response of patient to neoadjuvant anticancer treatments. Moreover, escaping entescence seems to favor tumor growth and is associated to a bad response to anticancer treatments.Taken together, these results highlight the existence of a new senescence program that is initiated by cellular cannibalism. A better understanding of the molecular mechanisms regulating its initiation and its execution may lead to develop new innovative anticancer therapeutical approaches.

Les tourbillons de sillage d’avion sont sources de problèmes économiques, environnementaux et de sécurité, et par conséquent ont fait l’objet de très nombreuses recherches depuis plusieurs dizaines d’années. Le sillage est composé d’une paire de tourbillons contrarotatifs qui perdurent longtemps après le passage de l’avion. Dans cette thèse la dynamique non linéaire de ces tourbillons desillage est examinée par Simulation Numérique Directe. L’objectif est d’étudier les comportements non linéaires des tourbillons de sillage et d’évaluer le potentiel de destruction anticipée des tourbillons par la perturbation optimale. Dans un premier temps, le potentiel destructeur de la perturbation optimale linéaire est estimé en l’appliquant aux tourbillons avec une amplitude initiale croissante et en observant la réponse non linéaire de l’écoulement. Une amplitude raisonnable suffit pour que la perturbation optimale linéaire réduise de moitié la durée de vie des tourbillons en accélérant une perte de cohérence des structures après l’étape de reconnexion. Par la suite, l’outil d’optimisation non linéaire développé au cours de la thèse est validé par la reproduction de résultats existants concernant un écoulement simple: un toubillon 2D isolé. De nouveaux résultats d’optimisation non linéaire sont obtenus et analysés. En particulier, la perturbation optimale non linéaire 2D d’un tourbillon isolé peut générer une croissance transitoire bien plus élevée que la perturbation optimale linéaire. Dans certains cas la perturbation optimale non linéaire provoque une transition vers un état non axisymétrique quasi-stationnaire,contournant ainsi le processus naturel d’axisymétrisation. De plus, l’effet de la distribution de vorticité dans le coeur du tourbillon sur les perturbations optimales est étudié. Les tourbillons ayant un profil plus raide que les tourbillons Gaussiens subissent une croissance transitoire linéaire plus élevée mais une croissance non linéaire plus faible. Enfin, l’analyse de perturbation optimale non linéaire est étendue aux perturbations 3D. Bien que les perturbations optimales non linéaires 3D produisent moins d’amplification, des transitions vers des états énergétiques et persistants sont observées. / Aircraft wakes have been the subject of extensive research for several decades as it poses economic, safety and environmental issues. The wake is composed of powerful counter-rotating vortices that persist long after the aircraft has passed. In this thesis, the nonlinear dynamics of aircraft wake vortices is investigated through Direct Numerical Simulation. The aim is to explore the nonlinear effects on wake vortex behaviour and evaluate the potential for the anticipated destruction of the vortices through optimal perturbation. First the disruptive potential of the linear optimal perturbation of the flow is evaluated by applying it with increasing initial amplitude and observing the nonlinear response of the flow. With sufficient yet reasonable initial amplitude the linear optimal perturbation halves the life-span of the vortex pair by accelerating the loss of coherence of the vortices after the linking phase. Next the nonlinear gradient-based optimisation tool that was developed during the thesis is validated by reproducing existing results concerning a simple vortical flow: an isolated two-dimensional vortex. In doing so new nonlinear optimisation results are obtained and analysed. In particular it is shown that the 2D nonlinear optimal perturbation of an isolated vortex can induce considerably greater transient growth than the linear optimal. In some cases the nonlinear optimal causes a transition to a quasisteady asymmetric state, bypassing the natural axisymmetrisation process. The effect of the vortex vorticity profile on the optimal perturbations is also studied. Vortices with sharper profiles experiencefar greater linear perturbation growth, however the nonlinear growth is significantly inferior. Finally the nonlinear optimal perturbation analysis of the isolated vortex is extended to three dimensions. Although the 3D nonlinear optimals produce less growth than their linear counterparts, they can lead to quasi-permanent high energy states.

Ces dernières décennies, la mécanique des solides est allée au-delà de ses problématiques originelles ayant trait aux propriétés mécaniques des matériaux et des structures pour embrasser des questions issues d'autres champs scientifiques et en particulier de la physique. Les semi-conducteurs, matériaux de base de tous les dispositifs électroniques, sont un bon exemple où des solides cristallins présentent des couplages multiphysiques. En effet, la mécanique y joue un rôle important, à la fois dans le processus de fabrication et dans l'utilisation des dispositifs électroniques. Dans ce travail, nous examinons ces deux aspects en étudiant dans une première partie les couplages entre les phénomènes de transport électronique et les déformations mécaniques et dans une seconde partie les instabilités morphologiques qui apparaissent lors de la croissance épitaxiale des semi-conducteurs.Premièrement, en développant une théorie entièrement couplée des semi-conducteurs déformables qui inclut les champs mécaniques, électrique et électroniques, nous montrons, pour la première fois, l'existence d'une contribution électronique à la contrainte mécanique. Alors que pour les semi-conducteurs cristallins cette contribution est faible, l'effet des déformations sur le transport électronique demeure important par les modifications qu'elles induisent sur les niveaux d'énergie de bandes, les densités d'états et la mobilité des électrons et des trous. Compte tenu de l'avènement de nouvelles technologies d'électronique flexible, nous mettons en pratique la théorie générale pour calculer, au moyen de développements asymptotiques, l'effet de la flexion - qui entraîne des déformations non uniformes - sur la caractéristique courant-tension d'une jonction p-n, la brique élémentaire des cellules solaires. Pour compléter ce tableau, nous mesurons les changements induits par des contraintes uniaxiales sur la caractéristique électronique de cellules solaires silicium à hétérojonction.Dans la deuxième partie de ce travail, en descendant à l'échelle atomique, nous étudions le phénomène de la croissance épitaxiale sur des surfaces vicinales. Sur ces surfaces, le cristal croît par propagation de marches atomiques, qui peuvent développer de la mise en paquets, une instabilité par laquelle l'espacement régulier entre marches est brisé, donnant lieu à un motif alternant entre de larges terrasses atomiques et des paquets de marches. Au travers d'une analyse de stabilité linéaire exhaustive des équations de la dynamique des marches, nous discutons de l'influence de chaque mécanisme physique sur l'instabilité de la mise en paquets. En particulier, nous clarifions l'incidence sur la stabilité de la dynamique, de l'effet de saut d'adatomes ainsi que de l'élasticité, au-delà de l'hypothèse d'interactions de plus proches voisins. De plus, nous montrons que nos résultats généraux de stabilité, c'est-à-dire obtenus sans négliger les termes dynamiques, sont significativement différents de ceux obtenus avec l'approximation quasi-statique, et ce, même dans les régimes de déposition ou d'évaporation lentes où cette dernière était considérée comme suffisante. Non seulement intéressants d'un point de vue théorique, ces nouveaux résultats fournissent des explications possibles pour certains cas de mise en paquets observés sur le silicium et l'arséniure de gallium. Compte tenu de ces nouveaux aspects, nous réexaminons le phénomène de la mise en paquets sous électromigration et montrons que les effets de saut d'adatomes et de la dynamique n'affectent pas la dépendance de la stabilité à la direction du courant d'électromigration.Enfin, nous étudions les propriétés mécaniques, à l'échelle atomique, d'un autre matériau cristallin aux propriétés semi-conductrices, le graphène polycristallin. En utilisant des simulations de dynamique moléculaire, nous développons un modèle de zone cohésive pour la rupture le long des joints de grains. / In the last decades, solid mechanics has gone beyond its original issues of mechanical properties of materials and structures to embrace problems coming from other scientific fields and in particular physics. Semiconductors, the base materials of all electronic devices, are a prime example where crystalline solids show multiphysics couplings. Indeed, mechanics plays there an important role both in the fabrication process and in the operation of electronic devices. In this work, we examine these two aspects by studying first the couplings between electronic transport phenomena and mechanical deformations and second the morphological instabilities that develop in semiconductor epitaxial growth.First, developing a fully-coupled theory of deformable semiconductors that includes mechanical, electrical and electronic fields, we show for the first time the existence of an electronic contribution to mechanical stress. While for crystalline semiconductors this contribution is weak, the effect of strains on electronic transport remains significant through their modification on band energy levels, density of states and mobility of electrons and holes. Considering the advent of new technologies of flexible electronics, we apply the general theory to compute through asymptotic expansions, the effect of bending -causing non-uniform strains- on the current-voltage characteristic of a p-n junction, the basic device of solar cells. To complete this picture, we measure the changes induced by uniaxial stresses on the electronic characteristic of a silicon heterojunction solar cell.In the second part of this work, going down to the atomic scale, we consider the problem of epitaxial growth on vicinal surfaces. On these surfaces, the crystal grows through the propagation of the atomic steps, which may develop step bunching, an instability whereby the regular step spacing breaks down, resulting in an alternating pattern of wide atomic terraces and step bunches. Through a comprehensive linear stability analysis of the step dynamics governing equations, we discuss the influence of each physical mechanism on the step bunching instability. In particular, we clarify the impact on stability of the dynamics, of the recently pointed out adatom jump effect, and of elasticity, beyond the assumption of nearest-neighbor interactions. In addition, we show that our general stability results, i.e., obtained without neglecting the dynamics terms, are significantly different from those derived with the quasistatic approximation, even in regimes of slow deposition or evaporation where the latter was considered sufficient. Not only valuable from a theoretical prospective, these new results provide possible explanations for some cases of step bunching observed in silicon and gallium arsenide. In view of these new aspects, we reexamine the problem of step bunching under electromigration and show that the adatom jump and dynamics effects do not affect the stability dependence on the direction of the electromigration current.Finally, we investigate the mechanical properties at the atomic scale of another crystalline material with semiconducting properties, polycrystalline graphene. Using molecular dynamic simulation, we develop a cohesive zone model for fracture along grain boundaries.

L'origine de champs magnétiques observés dans les plasmas de laboratoire et d'astrophysique est l'un des problèmes récurrents en physique des plasmas. À cet égard, les instabilités de type Weibel sont considérées d'une grande importance. Ces instabilités ont pour origine une anisotropie de température (instabilité de Weibel) et des moments des électrons (instabilité de filamentation de courant). L'objectif principal de cette thèse est l'étude théorique et numérique de ces instabilités dans un plasma non collisionnel en régime relativiste. Le premier aspect de ce travail est l'étude du régime non-linéaire de ces instabilités et du rôle des effets cinétiques et relativistes sur la structure des champs électromagnétiques auto-cohérents. Dans ce cadre, un problème essentiel pour les applications et la théorie, concerne l'identification et l'analyse des structures cohérentes développées spontanément dans le régime non-linéaire sur des échelles cinétiques. Un deuxième aspect du travail est le développement de techniques analytiques et numériques pour l'étude des plasmas non collisionnels. Le modèle mathématique de référence, à la base des études des plasmas chauds, est le modèle Vlasov-Maxwell, où l'équation de Vlasov (théorie des champs moyens) est couplée aux équations de Maxwell de façon auto-cohérente. Un modèle unidimensionnel, le modèle multi-faisceaux, a également été introduit durant cette thèse. Basé sur une technique de réduction en dimension, il est à la fois un modèle analytique "simple" présentant l'avantage de pouvoir résoudre une équation de Vlasov 1D pour chaque faisceau de particules, et un modèle numérique moins coûteux qu'un modèle complet / The origin of magnetic fields observed in laboratory and astrophysical plasmas is one ofthe most challenging problems in plasma physics. In this respect, the Weibel type instabilities are considered of key importance. These instabilities are caused by a temperature anisotropy (Weibel instability) and electron momentum (current filamentation instability). The main objective of this thesis is the theoretical and numerical study of these instabilities in a collisionless plasma in the relativistic regime. The first aspect of this work is to study the nonlinear regime of these instabilities and the role of kinetic and relativistic effects on the structure of self-consistent electromagnetic fields. In this context, a key problem for the theory and applications, is the identification and analysis of coherent structures developed spontaneously in the nonlinear regime of kinetic scales. A second aspect of the work is the development of analytical and numerical techniques for the study of collisionless plasmas. A mathematical model of reference is the Vlasov-Maxwell model, where the Vlasov equation (mean field theory) is coupled to the Maxwell equations in a self-consistent way. A one-dimensional model, the multi-stream model, is also introduced. Based on a dimensional reduction technique, it is both an analytical model "simple" having the advantage of being able to solve a 1D Vlasov equation for each particle beam, and a numerical model less expensive than a complete model

Cette thèse a porté sur l'étude théorique et expérimentale d'instabilités spatiales transverses liées à l'interaction non linéaire d'ondes électromagnétiques cohérentes avec un milieu de Kerr homogène et isotrope en configuration guidée planaire — c'est-à-dire une configuration unidimensionnelle transverse ou (1+1)D. L'objectif a été d'améliorer la compréhension de certains phénomènes lumineux liés à la propagation solitonique en milieux de Kerr. En outre, notre recherche s'est inscrite dans une perspective tout autant appliquée que fondamentale, étant donné le fort potentiel de ces guides d'ondes auto-induits et reconfigurables que sont les solitons Kerr en traitement tout-optique et ultrarapide de l'information. La majeure partie de notre travail a été consacrée au processus d'instabilité de modulation spatiale en régime impulsionnel picoseconde. Intrinsèquement liée à une variation non linéaire de l'indice de réfraction via l'effet Kerr optique, cette instabilité est maîtrisable en propagation dans un guide plan et permet de créer des réseaux périodiques de faisceaux quasi-solitons, reconfigurables optiquement. Chaque soliton du réseau constitue alors un guide d'onde à gradient d'indice, dynamique et auto-induit. Ce travail a porté à la fois sur la génération et sur la stabilisation en propagation de tels réseaux, en vue d'applications au traitement parallèle optique ultrarapide de l'information. Une étude phénoménologique complète de l'instabilité de modulation spontanée (démarrant à partir du bruit spatial superposé à l'onde incidente) ou induite (par une modulation interférentielle de faible contraste) a été réalisée dans un guide plan de disulfure de carbone (CS2) à la longueur d'onde de 532 nm. Nous y avons montré pour la première fois la génération et le contrôle de réseaux de solitons spatiaux, dont la stabilité à la fois transverse et en propagation, bien que non prévue par les modèles théoriques usuels, a pu être assurée par l'inertie temporelle de la réorientation moléculaire responsable de l'effet Kerr optique dans le CS2. Par ailleurs, cette inertie de la réponse non linéaire provoque une dynamique spatio-temporelle nouvelle, responsable de l'apparition, le long de l'impulsion, d'un réseau secondaire intercalé spatialement. Quelques applications de tels réseaux de solitons, comme le guidage multiple et l'adressage, ont enfin été discutées. Le deuxième volet de cette thèse a été effectué dans le cadre d'une collaboration avec le Service d'optique et acoustique de l'université libre de Bruxelles. En utilisant une disposition particulière de la polarisation et des profils individuels d'une paire de faisceaux solitons, nous avons démontré pour la première fois expérimentalement, tout d'abord la propagation d'un état lié de ces solitons puis sa déstabilisation brutale et aléatoire par une instabilité de brisure de symétrie. Nous avons pu confirmer que l'instabilité est initiée par les fluctuations incontrôlables de l'amplitude de bruit de la source laser utilisée. Cette instabilité provient de la forte intermodulation de phase subie par la paire de solitons dans le guide CS2. Au-delà du caractère universel d'une telle instabilité, cette étude préliminaire permet d'envisager une possible application de commutation tout-optique et ultrarapide à puissance de commande arbitrairement faible.

Les différents dimensionnements et expériences de Fusion par Confinement Inertiel (FCI) en attaque directe comme indirecte montrent qu'une des principales limites à l'atteinte de l'ignition est l'instabilité de Rayleigh-Taylor (IRT) qui cause la rupture de la coquille de la cible en vol et potentiellement le mélange du combustible chaud du coeur avec celui, froid, de la coquille. La connaissance, la compréhension et la maîtrise des conditions initiales de ce mécanisme sont donc d'un grand intérêt. Nous présentons ainsi une étude expérimentale et théorique des conditions initiales de l'IRT ablative en attaque directe au travers de deux campagnes expérimentales réalisées sur le laser OMEGA (LLE, Rochester). La première campagne concerne l'étude de l'instabilité de Richtmyer-Meshkov (IRM) ablative imprimée par laser ; cette instabilité commence à se développer au début de l'irradiation laser et fixe l'ensemencement de l'IRT. Nous avons mis en place une configuration expérimentale qui a permis de mesurer l'évolution temporelle de l'IRM ablative imprimée par laser pour la première fois. Nous présentons ensuite une interprétation des résultats de cette expérience par des simulations hydrodynamiques réalisées avec le code CHIC, ainsi que par un modèle théorique de l'IRM ablative imprimée par laser. Nous montrons que le moyen le plus direct de contrôler cette instabilité est de réduire l'amplitude des défauts d'intensité laser. Ceci peut être accompli en utilisant des cibles couvertes par une couche de mousse de basse densité. Ainsi, lors de la deuxième campagne, nous avons étudié pour la première fois l'effet de mousses sous-denses sur la croissance de l'IRT ablative. Au cours de ces expériences, des feuilles de plastique recouvertes d'une couche de mousse ont été irradiées par un faisceau laser portant une perturbation d'intensité destinée à imprimer des modulations sur la cible. Différentes données expérimentales sont présentes : rétrodiffusion de l'énergie laser, dynamique de la cible obtenue par mesure de côté d'auto-émission et radiographies de face faisant apparaître l'effet des mousses sur les modulations de densité surfacique des cibles. Ces données ont ensuite été interprétées à l'aide de simulations CHIC et du code d'interaction laser-plasma PARAX. Nous montrons qu'une des mousses réduit l'amplitude des modulations de l'intensité laser d'un facteur 2. Par conséquent, cette thèse a donné lieu au développement de configurations expérimentales et d'un ensemble d'outils de dépouillement numériques pour l'étude approfondie des instabilités hydrodynamiques en FCI. / Numerous designs and experiments in the domain of Inertial Confinement Fusion (ICF) show that, in both direct and indirect drive approaches, one of the main limitations to reach the ignition is the Rayleigh-Taylor instability (RTI). It may lead to shell disruption and performance degradation of spherically imploding targets. Thus, the understanding and the control of the initial conditions of the RTI is of crucial importance for the ICF program. In this thesis, we present an experimental and theoretical study of the initial conditions of the ablative RTI in direct drive, by means of two experimental campaigns performed on the OMEGA laser facility (LLE, Rochester). The first campaign consisted in studying the laser-imprinted ablative Richtmyer-Meshkov instability (RMI) which starts at the beginning of the interaction and seeds the ablative RTI.We set up an experimental configuration that allowed to measure for the first time the temporal evolution of the laser-imprinted ablative RMI. The experimental results have been interpreted by a theoretical model and numerical simulations performed with the hydrodynamic code CHIC. We show that the best way to control the ablative RMI is to reduce the laser intensity inhomogeneities. This can be achieved with targets covered by a layer of a low density foam. Thus, in the second campaign, we studied for the first time the effect of underdense foams on the growth of the ablative RTI. A layer of low density foam was placed in front of a plastic foil, and the perturbation was imprinted by an intensity modulated laser beam. Experimental data are presented : backscattered laser energy, target dynamic obtained by side-on selfemission measurement, and face-on radiographs showing the effect of the foams on the target areal density modulations. These data were interpreted using the CHIC code and the laser-plasma interaction code PARAX. We show that the foams noticeably reduce the amplitude of the laser intensity inhomogeneities and the level of the subsequent imprinted ablation front modulations. In conclusion, this thesis allowed us to develop an experimental platform and a suite of numerical tools for future, more detailed studies of hydrodynamic instabilities for ICFapplications.