Nous étudions expérimentalement diverses configurations d'entraînement et de drai- nage visqueux. Dans un premier temps, nous montrons que la rugosité modifie les lois de l'enduction par trempage : l'épaisseur est égale à la taille de la texture jusqu' à un nombre capillaire critique, à partir duquel elle augmente pour rejoindre la loi obtenue sur surface lisse lorsque'elle devient largement supérieure à la rugosité. Le drainage gravitaire est également modifié, et présente en particulier une marche d'épaisseur. Un modèle à deux couches permet de rendre quantitativement compte de toutes ces observations. Nous étudions ensuite le dépôt à l'aide d'une membrane flexible. Dans le cas où le racloir est juste tangent à la surface de dépôt, un modèle décrit les expériences à un facteur près. Cette déviation est en partie due à des effets de bords. Nous montrons ensuite que la loi de dépôt est très différente avec un racloir rigide, et peut être comprise en considérant l'écoulement dans un coin. Cette étude nous permet d'insister sur l'importance de la forme de la membrane dans détermination de la loi d'entraînement. Enfin, nous nous intéressons à l'entraînement vertical par un cylindre d'un filament visqueux, dont la taille résulte alors d'un équilibre entre viscosité et gravité. Le drainage de ces objets est très différent selon les dimensions du cylindre. Cette différence de com- portement en fonction de la géométrie se retrouve dans l'évolution d'un filament horizontal soumis à la gravité. Nous expliquons pourquoi un "gros" filament conserve une forme de chaînette tout au long de sa chute, tandis qu'un "petit" évolue sous l'effet de la capillarité vers une forme de "U".

L'objectif de ce travail est de développer les applications du palpeur acoustique, dédié à la mesure d'élasticité des tissus biologiques. La validation de cet outil dans des matériaux d'études étant établie, deux applications in vivo de cet outil sont présentées. Tout d'abord sur les muscles, où la relation linéaire entre l'activité électrique du biceps et son module élastique est démontré. Puis sur la peau, où la grande différence d'élasticité entre le derme et l'hypoderme est observée. Ensuite, cette méthode, connue sous le nom « d'élastographie impulsionnelle », est adaptée selon une approche théorique et expérimentale, à l'estimation de nouveaux paramètres tels, l'anisotropie ou la non linéarité. Ainsi nous montrons que le coefficient d'anisotropie peut atteindre un facteur 16 sur les muscles in vivo et que la grande différence d'ordre de grandeur observée entre les coefficients élastiques du second ordre (m<

<p class="MsoNormal" style="margin: 0cm 0cm 0pt;"><span style="mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US"><span style="font-size: small;"><span style="font-family: Times New Roman;">This thesis consists of two different parts, related to two different fields in mathematical physics: wave propagation and kinetic theory of gases. Various mathematical and computational problems for equations from these areas are treated.</span></span></span></p><p class="MsoNormal" style="margin: 0cm 0cm 0pt;"><span style="mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US"><span style="font-size: small; font-family: Times New Roman;"> </span></span></p><p class="MsoNormal" style="margin: 0cm 0cm 0pt;"><span style="mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US"><span style="font-size: small;"><span style="font-family: Times New Roman;">The first part is devoted to high order finite difference methods for the Helmholtz equation and the wave equation. Compact schemes with high order accuracy are obtained from an investigation of the function derivatives in the truncation error. With the help of the equation itself, it is possible to transfer high order derivatives to lower order or to transfer time derivatives to space derivatives. For the Helmholtz equation, a compact scheme based on this principle is compared to standard schemes and to deferred correction schemes, and the characteristics of the errors for the different methods are demonstrated and discussed. For the wave equation, a finite difference scheme with fourth order accuracy in both space and time is constructed and applied to a problem in discontinuous media.</span></span></span></p><p class="MsoNormal" style="margin: 0cm 0cm 0pt;"><span style="mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US"><span style="font-size: small; font-family: Times New Roman;"> </span></span></p><p class="MsoNormal" style="margin: 0cm 0cm 0pt;"><span style="mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US"><span style="font-size: small;"><span style="font-family: Times New Roman;">The second part addresses some problems related to kinetic equations. A direct simulation Monte-Carlo method is constructed for the Landau-Fokker-Planck equation, and numerical tests are performed to verify the accuracy of the algorithm. A formal derivation of the method from the Boltzmann equation with grazing collisions is performed. The linear and linearized Boltzmann collision operators for the hard sphere molecular model are studied using exact reduction of integral equations to ordinary differential equations. It is demonstrated how the eigenvalues of the operators are found from these equations, and numerical values are computed. A proof of existence of non-zero discrete eigenvalues is given. The ordinary diffential equations are also used for investigation of the Chapman-Enskog distribution function with respect to its asymptotic behavior.</span></span></span></p><p class="MsoNormal" style="margin: 0cm 0cm 0pt;"><span style="mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US"><span style="font-size: small; font-family: Times New Roman;"> </span></span></p>

<p>The concept of energy production through the fusion of two light nuclei has been studied since the 1950’s. One of the major problems that fusion scientists have encountered is the confinement of the hot ionised gas, i.e. the plasma, in which the fusion process takes place. The most common way to contain the plasma is by using at magnetic field configuration, in which the plasma takes a doughnut-like shape. Experimental devices of this kind are referred to as tokamaks. For the fusion process to proceed at an adequate rate, the temperature of the plasma must exceed 100,000,000C. Such a high temperature forces the plasma out of thermodynamical equilibrium which plasma tries to regain by exciting a number of turbulent processes. After successfully quenching the lager scale magnetohydrodynamic turbulence that may instantly disrupt the plasma, a smaller scale turbulence revealed itself. As this smaller scale turbulence behaved contrary to the common theory at the time, it was referred to as anomalous. This kind of turbulence does not directly threaten existents of the plasma, but it allows for a leakage of heat and particles which inhibits the fusion reactions. It is thus essential to understand the origin of anomalous turbulence, the transport it generates and most importantly, how to reduce it. Today it is believed that anomalous transport is due to drift-type waves driven by temperature and density inhomogeneities and the theoretical treatment of these waves is the topic of this thesis.</p><p>The first part of the thesis contains a rigorous analytical two-fluid treatment of drift waves driven solely by density inhomogeneities. Effects of the toroidal magnetic field configuration, the Landau resonance, a peaked diamagnetic frequency and a sheared rotation of the plasma have been taken into account. These effects either stabilise or destabilise the drift waves and to determine the net result on the drift waves requires careful analysis. To this end, dispersion relations have been obtained in various limits to determine when to expect the different effects to be dominant. The main result of this part is that with a large enough rotational shear, the drift waves will be quenched.</p><p>In the second part we focus on temperature effects and thus treat reactive drift waves, specifically ion temperature gradient and trapped electron modes. In fusion plasmas the α-particles, created as a by-product of the fusion process, transfer the better part of their energy to the electrons and hence the electron temperature is expected to exceed the ion temperature. In most experiments until today, the ion temperature is greater than the electron temperature and this have been proven to improve the plasma confinement. To predict the performance of future fusion plasmas, where the fusion process is ongoing, a comprehensive study of hot-electron plasmas and external heating effects have been carried out. Especially the stiffness (heat flux vs. inverse temperature length scale) of the plasma has been examined. This work was performed by simulations done with the JETTO code utilising the Weiland model. The outcome of these simulations shows that the plasma response to strong heating is very stiff and that the plasma energy confinement time seems to vary little in the hot-electron mode.</p>

The concept of energy production through the fusion of two light nuclei has been studied since the 1950’s. One of the major problems that fusion scientists have encountered is the confinement of the hot ionised gas, i.e. the plasma, in which the fusion process takes place. The most common way to contain the plasma is by using at magnetic field configuration, in which the plasma takes a doughnut-like shape. Experimental devices of this kind are referred to as tokamaks. For the fusion process to proceed at an adequate rate, the temperature of the plasma must exceed 100,000,000C. Such a high temperature forces the plasma out of thermodynamical equilibrium which plasma tries to regain by exciting a number of turbulent processes. After successfully quenching the lager scale magnetohydrodynamic turbulence that may instantly disrupt the plasma, a smaller scale turbulence revealed itself. As this smaller scale turbulence behaved contrary to the common theory at the time, it was referred to as anomalous. This kind of turbulence does not directly threaten existents of the plasma, but it allows for a leakage of heat and particles which inhibits the fusion reactions. It is thus essential to understand the origin of anomalous turbulence, the transport it generates and most importantly, how to reduce it. Today it is believed that anomalous transport is due to drift-type waves driven by temperature and density inhomogeneities and the theoretical treatment of these waves is the topic of this thesis. The first part of the thesis contains a rigorous analytical two-fluid treatment of drift waves driven solely by density inhomogeneities. Effects of the toroidal magnetic field configuration, the Landau resonance, a peaked diamagnetic frequency and a sheared rotation of the plasma have been taken into account. These effects either stabilise or destabilise the drift waves and to determine the net result on the drift waves requires careful analysis. To this end, dispersion relations have been obtained in various limits to determine when to expect the different effects to be dominant. The main result of this part is that with a large enough rotational shear, the drift waves will be quenched. In the second part we focus on temperature effects and thus treat reactive drift waves, specifically ion temperature gradient and trapped electron modes. In fusion plasmas the α-particles, created as a by-product of the fusion process, transfer the better part of their energy to the electrons and hence the electron temperature is expected to exceed the ion temperature. In most experiments until today, the ion temperature is greater than the electron temperature and this have been proven to improve the plasma confinement. To predict the performance of future fusion plasmas, where the fusion process is ongoing, a comprehensive study of hot-electron plasmas and external heating effects have been carried out. Especially the stiffness (heat flux vs. inverse temperature length scale) of the plasma has been examined. This work was performed by simulations done with the JETTO code utilising the Weiland model. The outcome of these simulations shows that the plasma response to strong heating is very stiff and that the plasma energy confinement time seems to vary little in the hot-electron mode.

Multilayer epitaxial graphene has been shown to contain "massless Dirac fermions" and is believed to provide a possible route to industrial-scale graphene electronics. We used scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) in high magnetic fields to obtain local information on these fermions. A new STS technique was developed to directly measure graphene's energy-momentum relationship and resulted in the highest precision measurement of graphene's Dirac cone. STS spectra similar to ideal graphene were observed, but additional anomalies were also found. Extra peaks and an asymmetry between electron and hole states were shown to be caused by the work function difference between the Iridium STM tip and graphene. This tip effect was extracted using modeled potentials and performing a least square fit using degenerate perturbation theory on graphene's eigenstates solved in the symmetric gauge. Defects on graphene were then investigated and magnetic field effects were shown to be due to a mixture of potential effect from defects and the tip potential. New defect states were observed to localize around specific defects, and are believed to interact with the STM tip by Stark shifting in energy. This Stark shift gives a direct measurement of the capacitive coupling between the tip and graphene and agrees with the modeled results found when extracting the tip potential.

Dans le chapitre 1, nous calculons l'infimum d'une énergie comportant un poids mesurable sur une classe d'applications à valeurs dans S2 ayant des singularités prescrites. Nous montrons qu'une telle quantité induit une distance. Ceci nous permet de calculer dans le chapitre 2, une énergie de type relaxée pour des applications à valeurs dans la sphère. La formule fait intervenir la notion de connexion minimale connectant les singularités topologiques. Dans le chapitre 3, nous étudions le modèle physique d'un condensat de Bose-Einstein bidimensionnel en rotation. Nous estimons la vitesse critique de rotation pour avoir d tourbillons et nous déterminons leur position. Dans le chapitre 4, nous étudions le comportement asymptotique des minimiseurs d'une énergie de Ginzburg-Landau avec un poids dépendant du petit paramètre epsilon. Nous montrons un phénomène d'ancrage des singularités limites. Dans le chapitre 5, nous présentons quelques résutats sur la stabilisation en temps fini de processus mécaniques où un frottement sec coexiste avec d'autres types de forces donnant lieu à des oscillations dans l'absence de frottement.

In dieser Arbeit wird eine Beschreibung von Monte-Carlo-Verfahren zur Lösung komplexer Optimierungsaufgaben mit Hilfe von Markov-Ketten durchgeführt. Nach einer kurzen Einführung werden Lösungsmenge solcher Aufgaben und der physikalische Zustandsraum komplexer Systeme identifiziert. Zunächst wird die Dynamik von Zufallswanderern im Zustandsraum mit Hilfe von Master-Gleichungen modelliert. Durch Einführung von Performanzkriterien können verschiedene Optimierungsstrategien quantitativ miteinander verglichen werden. Insbesondere wird das Verfahren Extremal Optimization vorgestellt, dass ebenfalls als Markov-Prozess verstanden werden kann. Es wird bewiesen, dass eine im Sinne der genannten Kriterien beste Implementierung existiert. Da diese von einem sogenannten Fitness Schedule abhängt, wird dieser für kleine Beispielsysteme explizit berechnet. Daran anschließend wird die Zustandsdichte komplexer Systeme betrachtet. Nach einem kurzen Überblick über vorhandene Methoden folgt eine detaillierte Untersuchung des Verfahrens von Wang und Landau. Numerische und analytische Hinweise werden gegeben, nach denen dieser Algorithmus innerhalb seiner Klasse wahrscheinlich der Optimale ist. Eine neue Methode zur Approximation der Zustandsdichte wird vorgestellt, die insbesondere für die Untersuchung komplexer Systeme geeignet ist. Abschließend wird ein Ausblick auf zukünftige Arbeiten gegeben.

Dans cette thèse, nous initions la démonstration, à échelle réduite, de la faisabilité du photodétachement presque total, par laser, d'un jet d'ions négatifs d'hydrogène en cavité optique Fabry-Perot pour les futurs injecteurs de neutres destinés au chauffage des plasmas des réacteurs de fusion nucléaire.Nous élaborons une nouvelle méthode de mesure d'une section efficace de photodétachement, dont la connaissance à la longueur d'onde d'excitation est requise pour le dimensionnement de la cavité Fabry-Perot, basée sur l'observation de la saturation en régime d'éclairement impulsionnel. Le calcul analytique de l'accroissement du signal de détachement produit lors de l'éclairement d'un jet d'ions par une impulsion laser supposée gaussienne, fait apparaître une contrainte mathématique sur le flux requis pour transiter vers le régime saturé. Cette contrainte est une caractéristique de la transition vers la saturation pour toutes les expériences réalisées en faisceau gaussien et pour tous les processus d'interaction lumière-matière linéaires. Avec cette méthode, nous déduisons une section efficace de photodétachement de H- à 1064 nm - longueur d'onde sélectionnée pour les futurs injecteurs de neutres - en léger désaccord avec les prédictions théoriques.Pour réduire les exigences technologiques sur la cavité et le laser, nous étudions les résonances de Landau qui apparaissent dans le spectre de photodétachement en champ magnétique. S'asservir sur l'une de ces résonances permettrait d'augmenter la probabilité de photodétachement à un flux donné.Par ailleurs, nous présentons nos mesures des affinités électroniques du phosphore, du sélénium et de l'étain, réalisées avec le microscope de photodétachement. L'expérience de microscopie de photodétachement du phosphore est la première où l'atome neutre est laissé dans un terme excité.

Ces travaux de thèse concernent la conception et l'étude d'algorithmes, d'une part pourprédire les quantités thermodynamiques et la structure secondaire des ARN, d'autre part pour l'alignement de séquences.Dans une première partie, nous appliquons un algorithme de Monte-Carlo pour approximer la densité d'états d'énergie des structures secondaires d'une séquence d'ARN, ou d'une hybridation de deux molécules d'ARN données. Nous montrons d'abord que la densité estimée par notre programme est aussi bonne que la densité exacte, et le temps d'exécution de notre programme est beaucoup plus rapide. Nous calculons ensuite la température de dénaturation d'une hybridation de deux molécules d'ARN. Nous montrons que nos températures de dénaturation sont plus proches des valeurs expérimentales que celles des deux autres programmes existants.Puis, dans une deuxième partie, nous implémentons un algorithme de programmation dynamique qui engendre des structures sous-optimales, dédié principalement à la prédiction des deux structures fonctionnelles des riboswitchs. Nous appliquons d'abord notre programme sur un riboswitch TPP dans lequel nous avons réussi à détecter les deux structures fonctionnelles. Nous montrons ensuite que les structures prédites par notre programme sont plus proches de la structure réelle par rapport aux cinq autres programmes existants, sur un échantillon de riboswitch purine.Enfin, dans une troisième partie, nous présentons un algorithme de recherche des alignements sous-optimaux de séquences pour améliorer la qualité d'alignement des séquences. Nous comparons d'abord nos alignement à ceux produits par l'algorithme de Needdleman-Wunsch. Nous prédissons plus d'alignements de référrence par rapport l'algorithme de Needdleman-Wunsch. Nous calculons ensuite les fréquences des paires de bases alignées et les entropies de position spécifique dans nos alignements sous-optimaux. Nous montrons que les entropies calculées à partir de notre programme sont plus corrélées que celles des autres programmes avec les positions des paires de résidus fiablement alignées selon BAliBASE.