Comment la vie est-elle apparue sur la Terre ? Quelle chimie prébiotique1 a permis l'émergence d'une biochimie sur la Terre ? Des processus identiques ont-ils été, ou sont-ils encore, à l'oeuvre<br />ailleurs dans le Système solaire ? D'autres voies sont-elles possibles dans des environnements différents de ceux de la Terre primitive ? Quel est le degré de complexité chimique atteint dans<br />les différents environnements planétaires du Système solaire ?<br />Ces questions fondamentales servent de moteur à l'ensemble des travaux de recherche sur lesquels je travaille depuis le doctorat. En résumé, mes travaux sont orientés par des questions liées à<br />l'origine de la matière organique et aux processus qui participent à sa complexification dans les atmosphères et à la surface des corps du Système solaire. Mon outil d'investigation privilégié est la modélisation mais je m'intéresse aussi à l'observation des planètes et à l'analyse des molécules organiques dans la matière extraterrestre.

Ce travail se décompose en trois parties : dans un premier temps, nous présentons de nouveaux résultats dans le cadre du projet ULTIMA. Ce projet vise à utilliser des bolomètres d'3He superfluide pour un détecteur de matière noire. Nous démontrons l'importance de couvrir de deux monocouches d'4He les parois des cellules bolométriques . Nous étudions de même l'influence du champ magnétique sur la calibration du bolomètre. L'observation la plus importante est que la forme des pulses enregistrés varie selon la nature de la particule incidente. Une étude détaillée de ce phénomène est présentée et nous discutons son application à la discrimination d'évènements dans un futur détecteur. Dans une deuxième partie, nous utilisons le même dispositif expérimental pour étudier les propriétés fondamentales de l'3He. Premièrement, nous mesurons la chaleur spécifique des couches adsorbés d'3He à ultra basses températures en présence d'un champs magnétique. Deuxièmement, la transition rapide de la phase normale vers la phase superfluide est étudiée et interprétée dans le cadre du scénario de Kibble-Zurek de création de vortex. Dans la troisième partie, nous étudions l'influence du confinement de l'3He dans un aérogel anisotrope sur les états superfluides. Au moyen de techniques RMN, nous testons la prédiction de l'apparition d'une nouvelle phase nommée “phase polaire” et nous mettons en évidence l'existence d'un nouveau mode de précession.

La chaîne du Tianshan s'étend sur ~2800 km en longitude et sépare deux bassins désertiques d'Asie Centrale, le Tarim au sud et le Junggar au nord. Ses reliefs élevés (>7000 m) sont issus d'une réactivation cénozoïque due à la collision<br />Inde-Asie. Cette chaîne forme ainsi une barrière naturelle aux courants atmosphériques d'Asie Centrale et sa surrection a dû avoir un impact sur l'évolution climatique durant le Néogène. Son évolution morphologique est contrôlée par la tectonique et le climat, à plusieurs échelles de temps et d'espace. Le Tianshan est donc un objet naturel pour l'étude des interactions Orogenèse-Climat-Erosion. Le piedmont nord du Tianshan est formé de plis d'avant-pays incisés par des rivières, mettant à l'affleurement des séries fluvio-lacustres cénozoïques des bassins de piedmont, issues de l'érosion de<br />la chaîne. Une étude sédimentologique (faciès, matière organique-MO et minéraux lourds-ML) a été menée trois sites Jingou He, Kuitun He et Ebi Nor, afin de reconstituer les paléoenvironnements depuis 25 Ma. Il a été montré que la composition organique des sédiments n'est pas liée aux environnements sédimentaires. De plus, les palynofaciès exposent des variations climatiques globales, comme les périodes d'aridification connues en Asie Centrale à ~15, 8 et 3 Ma, ainsi que des variations régionales sur le piedmont nord. La confrontation des résultats avec ceux de l'étude du magnétisme des roches permet d'apporter des informations supplémentaires : les variations climatiques sur le piedmont nord seraient dues soit à la tectonique (~20,5; 15,5; 11,5 et 4,5 Ma), soit au climat (~20,5; ~17,5; ~13,8; ~9-8,8; ~4,5 et ~1,2 Ma).<br />L'étude sédimentaire des séries néogènes du bassin du Junggar révèle que 1) les palynofaciès permettent de décrire l'évolution des environnements, en terme de degré d'humidité/aridité, cela malgré les faibles contenus organiques, 2) la confrontation avec d'autres paramètres permet de proposer une origine tectonique ou climatique aux changements environnementaux, 3) la corrélation entre les 3 sites d'étude montre que ces variations sont au moins d'échelle régionale.

En l'absence d'évidence expérimentale directe de superpartenaires, il est essentiel de contraindre l'espace des paramètres du Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) aux échelles de la brisure de la Supersymétrie et électrofaible. <br />Après une brève introduction à la Supersymétrie (SUSY), nous présentons une analyse extensive des contraintes électrofaible, de basse énergie et cosmologiques dans des modèles de supergravité minimale (mSUGRA) et de brisure de Supersymétrie par médiation de jauge (GMSB). Nous incluons la possibilité de violation non-minimale de la saveur (NMFV) et définissons des scénarios ``benchmark'' basés sur des ``scans'' détaillés de l'espace des paramètres. <br />Ensuite, nous considérons l'annihilation d'une paire de neutralinos en une paire de quark-antiquark qui domine dans de larges régions de l'espace des paramètres dans les modèles mSUGRA. Nous présentons le calcul complet incluant des corrections à une boucle en QCD et SUSY-QCD de ces processus et montrons numériquement que les diagrammes à une boucle ont un impact non négligeable sur la section efficace d'annihilation. En conséquence, la prédiction de densité relique de matière noire reçoit des corrections importantes, ce qui résulte en une modification de la région cosmologiquement favorisée dans l'espace des paramètres.<br />Finalement, nous présentons des expressions analytiques et des prédictions numériques pour des sections efficaces de production de squarks, jauginos et gravitinos au LHC dans les modèles GMSB avec NMFV. Nous discutons également la phénoménologie du mélange de saveur et les implications cosmologiques sur la masse du gravitino dans ce contexte.

Dans une première partie nous considérons le système {YSZ || (0001)_alpha-Al2O3} ({couche||substrat}) obtenu par voie sol-gel pour lequel des traitements thermiques induisent la formation d'îlots YSZ épitaxiés plats (interfaces (1) et (2); substrat plan) ou bombés (interface (3); substrat rugueux). Nous proposons un modèle physique à l'échelle atomique et une approche de simulation ab initio pour calculer l'énergie et comparer la stabilité de chaque interface observée expérimentalement.<br />La deuxième partie introduit un modèle physique à l'échelle nanométrique couplé à un algorithme Monte-Carlo classique pour simuler la mise en îlots, au cours d'un traitement thermique, de films minces synthétisés par voie sol-gel. Cette partie complète l'étude précédente en justifiant la plus grande stabilité de l'interface (3) vis à vis des interfaces (1) et (2) sur un substrat rugueux. Nous proposons ensuite une démarche de simulation analogue et un modèle décrivant les processus de formation d'îlots pour des couches synthétisées par des procédés de type PVD-CVD illustrés par le système {Ge||Si}.<br />Finalement, un modèle physique et un algorithme de dynamique moléculaire classique sont associés pour simuler l'auto-organisation de particules de diamant micrométriques immergées dans un film liquide horizontal en évaporation sur un substrat. Les particules sont soumises à des forces capillaires attractives et des forces de friction avec le substrat qui est plan ou rayé. L'expérience démontre une agglomération préférentielle des particules sur les zones de forte rugosité d'un substrat rayé; le modèle démontre l'importance des frottements dans l'interprétation de ce phénomène.

Cette thèse présente quelques applications des théories alternatives de la gravitation relativiste. Nous étudions en particulier le mouvement à deux corps dans une théorie purement scalaire de la gravitation et la production d'ondes gravitationnelles par les systèmes binaires. Nous obtenons nombre de résultats analytiques et numériques relatifs à ce problème. Nous étudions également en détail la théorie MOND (pour \textit{Modified Newtonian Dynamics}) qui cherche à expliquer, en particulier, les courbes de rotation des galaxies en terme d'une modification des lois de la gravitation, et non à l'aide d'un surplus de matière inconnue et invisible, la matière noire. Cela nécessite de recourir à une théorie qui diffère de la relativité générale au moins dans le régime non-relativiste et des champs faibles, ie. qui ne se réduise pas à la théorie de Newton dans cette limite. La construction d'une telle théorie est l'objet d'une partie de cette thèse. Nous présentons quelques modèles alternatifs à la relativité générale susceptibles de rendre compte de la phénoménologie souhaitée, en proposons de nouveaux, et les analysons en détail à la lumière des contraintes les plus importantes que doit satisfaire toute théorie raisonnable : accord avec l'expérience, stabilité, causalité, localité, en plus d'être naturelle. Nous montrons que des problèmes théoriques imposent de modifier significativement la phénoménologie usuelle de MOND, au moins dans les cadres formels les plus usités. Nous proposons également un modèle de l'anomalie Pioneer, et montrons enfin comment expliquer la vitesse d'échappement à la galaxie sans recours à un quelconque halo de matière noire.

La marge Sud-Est Atlantique a été le siège d'une accumulation très importante de carbone organique durant les<br />derniers cycles climatiques : les teneurs y sont parmi les plus élevées du monde pour des sédiments océaniques<br />(de 5 à 18-20% à 1000 m de profondeur, de 0,5% à 8% à 3500 m). Ces accumulations sont liées à l'intense<br />activité des cellules d'upwelling associées au système du Courant du Benguela, elles-mêmes fonctions de<br />l'intensité des alizés circulant le long de la côte.<br />Une étude a été réalisée sur des carottes réparties le long de la marge, entre le Dernier Maximum Glaciaire<br />(DMG) et l'Optimum Climatique Holocène (OCH), dans le but de comprendre et contraindre les différents<br />facteurs à l'origine de cette importante sédimentation organique profonde. Les résultats acquis par différentes<br />méthodes (pyrolyse Rock-Eval, spectrométrie Infra Rouge à Transformée de Fourier, observation de lames de<br />palynofaciès...) montrent un enrichissement général du contenu organique des sédiments au DMG par rapport à<br />l'OCH. Cet enrichissement n'est pas homogène, et présente des valeurs maximales à l'aplomb des cellules<br />d'upwelling les plus actives (Lüderitz et Walvis Bay). Il existe une corrélation négative entre le pourcentage de<br />carbone organique total et celui des carbonates, due d'une part à la dilution de la matière organique par la<br />fraction minérale, et d'autre part à la dissolution des carbonates lors de la biodégradation de la matière<br />organique. La distribution de la silice biogène répond plus aux variations de facteurs externes plutôt qu'à la<br />productivité différentielle des cellules d'upwelling.<br />Les études optiques des constituants organiques ont permis l'identification de deux types de matière organique<br />amorphe : un type granulaire, floconneux, et un type gélifié. Le type gélifié est associé aux cellules les plus<br />actives (Lüderitz et Walvis Bay) et caractérisé par un processus de préservation par sulfuration naturelle, le type<br />granulaire, associé à un processus d'adsorption sur des particules argileuses, se rencontre au niveau des cellules<br />relativement moins actives.<br />Ces différents résultats mettent en évidence des modulations de l'enregistrement organique durant la transition<br />DMG/OCH, contrôlées par des processus internes et externes au système d'upwelling. Les deux paramètres<br />majeurs étant la variabilité de l'intensité de la productivité se développant dans la zone photique, et la migration<br />des dépôts lors de la transgression marine associée au réchauffement global. Les processus externes sont<br />principalement liés aux différents apports de masses d'eaux via le Nord (Courant d'Angola) et le Sud (Courant<br />des Aiguilles, Courant Antarctique Intermédiaire).<br />La détermination du potentiel pétrolier de ces sédiments montre que la zone de haute productivité de Lüderitz<br />peut potentiellement être à l'origine du dépôt de roches mères d'hydrocarbures parmi les plus productives au<br />monde.<br />Une comparaison avec un cycle de même nature mais plus ancien (Pléistocène) a été faite après l'étude d'une<br />carotte du leg ODP 175-1084. Les résultats acquis, complétés par des données sur les biomarqueurs, nous ont<br />permis de supposer un type de fonctionnement très différent de celui mis en évidence au Quaternaire terminal.<br />Celui-ci est associé au rôle prépondérant des apports détritiques dans la sédimentation organique et inorganique sur le site de Lüderitz au Pléistocène basal, ainsi qu'à l'existence d'un changement climatique majeur, caractérisé par un pic de productivité associé à des organismes siliceux (diatomées) puis carbonaté (coccolithes).

L'objectif de cette étude multimarqueurs est de fournir une meilleure compréhension du rôle joué par le système d'upwellings du Benguela vis à vis de la séquestration du carbone au cours des deux derniers cycles climatiques.<br />Les sédiments de la pente continentale namibienne sont riches en matière organique (MO) bien que les processus sédimentaires soient exclusivement hémipélagiques. La première partie de ce travail consiste en la détermination des mécanismes de préservation qui ont participé à la fossilisation de la MO dans la colonne d'eau et le sédiment et leur distribution du haut en bas de pente, au large de Lüderitz (25°6S). Les analyses moléculaires, spectroscopiques, pétrographiques et les pyrolyses révèlent que l'enfouissement de carbone organique était plus efficace pendant les périodes glaciaires du fait de flux de MO accrus vers le sédiment. Ces flux agissent positivement sur l'initiation de mécanismes de fossilisation tels que la sulfuration naturelle. Par ailleurs, des associations organo-minérales dans la colonne d'eau ont probablement été responsables de la protection pendant le transport d'une quantité non négligeable de MO, et assuré son accumulation sur la pente inférieure.<br />Les teneurs en carbone organique varient au rythme des cycles glaciaires-interglaciaires. La deuxième étape de l'étude est donc consacrée à l'estimation des effets des variations climatiques sur la paleoproductivité et les flux exportés. L'étude des signaux d15N, de la taille des particules lithogéniques et des contenus terrigènes et biogènes des sédiments montre que la productivité, soutenue par l'apport de nitrate en surface, n'est que partiellement controllée par la force des alizés. Les advections de masses d'eaux Angolaises, Indiennes et l'utilisation des nutriments en Antarctique conditionnent l'alimentation en nitrate et silicium, le rendement et la nature de la production primaire de l'upwelling à l'échelle des cycles climatiques.

L'importance de la matière organique dans les milieux aquatiques naturels est évaluée et modélisée de différentes manières, depuis le milieu océanique côtier aux rejets urbains en eau douce.

L'étude visait principalement à caractériser le Cénomano-turonien du bassin sénégalais et d'aires voisines (Tarfaya, Maroc). L'approche mise en jeu, principalement fondée sur l'analyse de la matière organique par diverses méthodes géochimiques et pétrographiques, a permis de réaliser une reconstitution paléoenvironnementale de la zone d'étude. Celle-ci se singularise avant tout par un fort détritisme et de mauvaises conditions de production et de préservation d'une matière organique marine et continentale. <br /> <br />Les conditions de genèse et d'accumulation des hydrocarbures ont fait l'objet d'une modélisation 2D. La genèse a débuté vers la fin du Crétacé et l'expulsion à l'Eocène. La tectonique post-rift a permis le développement de structures en "Rollover". Des hydrocarbures ont pu s'y piéger après migration suivant les failles normales.