Initialement émis lors des essais nucléaires atmosphériques, le tritium (3H) est l’un des principaux radionucléides rejetés par les installations nucléaires. Il est présent dans toutes les composantes environnementales sous différentes formes, libres (HT, HTO, CH3T) ou liée à la matière organique (TOL). Le tritium suit les mêmes dynamiques d’incorporation et de dégradation dans les organismes que l’hydrogène et se met rapidement à l’équilibre avec le milieu ambiant. Des études ont montré un déséquilibre TOL/HTO dans différents compartiments et matrices environnementales. Ce travail vise à expliquer la variabilité des concentrations en 3H et l’origine des déséquilibres observés en se basant sur l’hypothèse de la rémanence. Une approche multi-échelles axée sur le rôle du transfert différé de la matière organique entre les compartiments environnementaux a été menée. Les résultats acquis ont permis d’établir des gammes de concentrations en HTO dans des cours d’eau non influencés par des rejets tritiés et d’identifier les principaux paramètres liés à la variabilité observée. Les résultats ont aussi permis de comprendre l’origine du TOL à partir d’analyses statistiques, qui tendent à confirmer que des zones de rémanence en TOL issus des essais nucléaires, peuvent conduire à des déséquilibres significatifs entre formes libre et liée. De plus, l’étude d’une archive sédimentaire a montré l’existence d’un pic de concentrations en TOL en profondeur, provenant vraisemblablement des retombées de ces essais. Enfin, l’instrumentation d’un site atelier, à proximité d’installations nucléaires, a permis de confirmer l’existence d’un marquage de la matière organique et la rémanence du TOL. / Initially emitted in the environment by atmospheric nuclear weapons tests, tritium (3H) is one of the main radionuclide released by nuclear facilities. It is present in all environmental media in several different forms, bound to organic matter (OBT) or in free forms (HT, HTO, CH3T). Furthermore, 3H follows the same dynamics of incorporation and degradation in living organisms as the hydrogen and is quickly balanced with the surrounding environment. Numerous studies have shown disequilibrium of OBT/HTO in different environmental compartments and matrices. This research work aims to explain the variability of 3H concentrations and the origin of disequilibrium of OBT/HTO based on the persistence hypothesis. In this study, a multi-scale approach was used, focusing on the role of delayed transfer of organic matter between natural compartments. The main results have established the ranges of HTO concentrations in several rivers that are not influenced by atmospheric releases from nuclear facilities, and also identified key environmental parameters linked to the observed variability. The results also made it possible to understand the origin of OBT using statistical analyses. The results tend to confirm that atmospheric nuclear tests led to areas of persistence of OBT, and can lead to significant disequilibrium between bound and free forms. Moreover, the study of a sediment core has shown a peak of OBT at depth, in all likelihood from the global fallout associated with atmospheric nuclear weapons tests. Also, a study site impacted by industrial releases of tritium for the last fifty years has confirmed the persistence of OBT in organic matter, especially in abiotic matrices.

Identifier la nature de la matière sombre est l'un des plus grands problèmes de la physique contemporaine. Si la matière sombre est constituée de particules, on peut espérer la détecter, directement ou indirectement, grâce à des expériences terrestres ou spatiales. Prédire les résultats de ces expériences, ou les interpréter en cas de détection, nécessite une compréhension profonde de la structuration de la matière sombre dans notre Galaxie. En partant de considérations issues de la physique des particules et de la cosmologie, je construits un modèle du halo de matière sombre Galactique contraint dynamiquement qui incorpore une description détaillée des ses inhomogénéités. L'impact des ces inhomogénéités sur les recherches utilisant le rayonnement cosmique est ensuite analysé en détails. J'étudie également une méthode permettant de prédire la distribution dans l'espace des phases des particules de matière sombre, et discute sa possible application aux recherches de matière sombre. Cet outil est ensuite appliqué aux recherches utilisant les électrons et positrons cosmiques, et de nouvelles contraintes très fortes sont obtenues sur les modèles microscopiques de matière sombre. / Understanding the nature of dark matter is one of the greatest challenges of modern physics. If dark matter is made of particles, we can hope to detect it, directly or indirectly, using Earth-based or spatial experiments. Make predictions for the outcome of these experiments, or interpret the results in case of a detection, requires a deep understanding of the structuring of dark matter in our Galaxy. Starting from particle physics and cosmological considerations, I built a dynamically constrained model of the Galactic dark halo including a detailed description of its inhomogeneities. The impact of these inhomogeneities on searches with cosmic rays is then analysed in details. I also study a method allowing to predict the phase-space distribution of dark matter particles, and discuss its possible application to dark matter searches. This method is then applied to searches with cosmic-ray electrons and positrons, and new very stringent constraints are obtained on microscopic models of dark matter.

L'étude des petits corps de système solaire (astéroïdes et comètes), qui se sont formés il y a 4.567 milliards d'années, nous renseigne sur les matériaux initialement présents dans la nébuleuse solaire et sur les processus opérants dans le système solaire primitif. Cette étude peut être notamment menée par l'analyse de cosmomatériaux dits primitifs, telles que des météorites (principalement les chondrites), des poussières interplanétaires (IDPs) ou encore des micrométéorites.Ce travail de thèse consiste en une multi-analyse d'une série de 58 micrométéorites antarctiques (AMMs) provenant de la collection CONCORDIA 2006 et 2016. Parmi elles, différents types texturaux reflétant les différents degrés de chauffage subi durant l'entrée atmosphérique sont représentés: 40 particules non fondues à grains fins (Fgs), 12 particules intermédiaires partiellement fondues (Fg-Scs), 1 particule partiellement fondue scoriacée (Sc) et 5 sphérules cosmiques complètement fondues (CSs). Les échantillons ont été étudiés par différentes méthodes analytiques: i) par spectroscopie Raman, permettant ici d'étudier la structure de la matière organique polyaromatique; ii) par spectroscopie IR, permettant ici d'étudier la matière organique essentiellement aliphatique ainsi que l'état d'hydratation et la minéralogie des échantillons; et 3) par spectrométrie de masse à ionisation secondaire (NanoSIMS), utilisée ici pour mesurer la composition isotopique du carbone et de l'azote de la matière organique contenue dans les AMMs. Dans le but de contraindre la diversité des corps parents échantillonnés par les cosmomatériaux, des chondrites carbonées de types 1 et 2 CM, CR et CI sont également étudiées.La combinaison des caractérisations Raman et IR a permi de mettre en évidence des différences entre les AMMs, en terme d'abondance, de structure et de composition chimique de la matière organique, de minéralogie et d'état d'hydratation. En particulier, 7 Fgs se distinguent des autres AMMs de part: i) une minéralogie hydratée avec phyllosilicates, ii) une richesse en matière organique polyaromatique et aliphatique, iii) une structure de la matière organique polyaromatique différente. Des expériences de chauffage, mises en place dans le présent travail, sur des grains de matrice de chondrites carbonées CM, CR, CI montrent que la traversée atmosphérique peut induire: la déshydratation des échantillons, une diminution de l'abondance en matière organique et une modification structurale de la matière organique polyaromatique. L'identification de 17 Fgs non hydratées montre que malgré une texture à grains fins, certaines Fgs peuvent avoir subi un chauffage significatif durant l'entrée atmosphérique. Les 7 Fgs identifiées apparaissent alors comme celles ayant été le moins modifiées par la traversée atmosphérique et sont donc les plus primitives de notre série. De plus, cette étude montre que l'état d'hydratation, la minéralogie et la matière organique sont des traceurs encore plus sensibles au chauffage subi lors de la traversée atmosphérique que la texture des micrométéorites.Des différences propres, ne s'expliquant pas par le chauffage atmosphérique, sont révélées entre les 7 Fgs hydratées et les chondrites carbonées CM, CR, CI étudiées. Ces différences sont: i) une signature spectrale spécifique des silicates en IR, ii) une richesse en matière organique aliphatique et iii) des caractérisques différentes de la matière organique aliphatique. De plus, l'analyse des compositions isotopiques du carbone et de l'azote montre une grande variabilité des rapports isotopiques parmi les AMMs contrairement aux observations dans les chondrites carbonées. Ces différences propres sont ici interprétées par l'échantillonnage de corps parents différents entre AMMs et chondrites carbonées. / The study of the Solar System's small bodies (asteroids and comets), formed 4.567 billions years ago, gives us an insight on the materials initially present in the solar nebula and on the mechanisms operating in the primitive Solar System. This study can be performed via the analysis of the so-called primitive cosmomaterials, as meteorites (mainly chondrites), interplanetary dust particles (IDPs) or even micrometeorites.This PhD thesis consists of a multi-analysis of a series of 58 Antarctic micrometeorites (AMMs) from the CONCORDIA 2006 and 2016 collections. This set of AMMs provides a large range of textural types reflecting different intensities of heating experienced during the entry in the atmosphere : 40 unmelted fine-grained particles (Fgs), 12 particles intermediate partially melted (Fg-Scs), 1 partially melted scoriaceous particle (Sc) and 5 completely melted cosmic spherules (CSs). To study these samples, I used different analytical methods : i) Raman spectroscopy, to study the structure of the polyaromatic organic matter; ii) infrared (IR) spectroscopy, to analyze the aliphatic organic matter as well as the hydration state and the mineralogy of these samples; and iii) nanoscale secondary ion mass spectroscopy (NanoSIMS) to measure the isotopic composition of carbon and nitrogen of the organic matter contained in the AMMs. In order to constrain the diversity of parent bodies sampled by cosmomaterials, I also studied type 1 and 2 CM, CR and CI carbonaceous chondrites.The combination of Raman and IR techniques reveals differences among AMMs in terms of abundance, structure and chemical composition of the organic matter, mineralogy and hydration state. In particular, 7 Fgs distinguishing themselves from others AMMs as they show : i) a hydrated mineralogy with phyllosilicates, ii) an abundance in polyaromatic and aliphatic organic matter and iii) structural differences in the polyaromatic organic matter. Heating laboratory experiments, on CM, CR and CI carbonaceous chondrite matrices show that the atmospheric entry can induce : a dehydration of the samples, a drop in the abundance of organic material and a structural modification of polyaromatic organic matter. The identification of 17 non-hydrated Fgs reveals that, in spite of their fined-grained texture, some Fgsmay have experienced significant heating during their entry in the atmosphere. The 7 identified Fgs then appears as the ones that were the least affected by the atmospheric entry and thus the most primitive of our series. Moreover, this study shows that the hydration state, the mineralogy and the organic matter are more sensitive tracers to heating experienced during the atmospheric entry than the texture of micrometeorites.Intrinsic differences, which cannot be explained by the atmospheric entry, are also revealed between the 7 hydrated Fgs and CM, CR and CI chondrites. These differences are : i) a specific spectral signature of silicates in IR, ii) an abundance in organic and aliphatic material and iii) different characteristics of the aliphatic organic matter. Moreover, the analysis of the isotopic composition of carbon and nitrogen shows large variabilities among AMMs, in opposition with observations among carbonaceous chondrites. These intrinsic differences are explained here as AMMs and carbonaceous chondrites sampling distinct parent bodies.

Le bouchon en liège aggloméré joue un rôle clé dans la conservation des vins effervescents car c’est de lui que dépendent les échanges de gaz (CO2 et O2) entre le vin et le milieu extérieur. L’objectif de cette thèse est de déterminer les propriétés mécaniques et barrières des bouchons en liège aggloméré afin d’identifier les paramètres de formulation pouvant impacter ces propriétés et mettre en avant des points critiques, qu’il est nécessaire de contrôler au cours de la fabrication.La caractérisation de la structure du liège aggloméré a permis de mettre en évidence une porosité intergranulaire importante, qui est fortement réduite lorsque l’on utilise des granulés de liège de plus petite taille et lorsque le bouchon est comprimé dans le goulot.L’étude des propriétés mécaniques du liège aggloméré montre que l’élasticité du matériau augmente avec le taux d’hydratation du matériau, l’utilisation de granulés de liège de petites tailles et l’emploi d’un polymère adhésif dont la proportion de phase cristalline est faible. En revanche, la teneur en adhésif au sein du liège aggloméré semble ne pas avoir d’impact sur les propriétés mécaniques.Concernant les propriétés de transfert des bouchons pour vins effervescent de type A2R, les coefficients de diffusion du CO2 ont été mesurés, pour la première fois, dans les différents composants du bouchon (manche, film de colle, rondelle de liège). Le transfert est essentiellement régit par un mécanisme de diffusion de surface au travers du réseau d’adhésif. Plus le réseau d’adhésif est homogène au sein du corps aggloméré et entre les deux rondelles, plus les propriétés barrières seront élevées. La compression du bouchon dans le goulot augmente fortement les propriétés barrières.Enfin, il semblerait que les propriétés mécaniques et de transfert du liège aggloméré soient peu impactés par le vieillissement à condition toutefois que le réseau de colle polyuréthane ne soit pas en contact direct avec un milieu très concentré en éthanol car dans ce cas des phénomènes de solvolyse entrainent une forte dégradation des propriétés barrières et mécaniques du matériau.Mots clés : Liège naturel, liège aggloméré, structure, propriétés mécaniques, transfert de gaz, diffusion de surface, vieillissement. / The agglomerated cork stopper plays a key role in the preservation of sparkling wines because the gas exchanges (CO2 and O2) between the wine and the external environment depend on the stopper. The objective of this work is to determine the mechanical and barrier properties of agglomerated cork stoppers in order to identify the formulation parameters that can impact these properties, and highlight several critical points, which must be controlled during the process.The characterization of the agglomerated cork structure has revealed a large intergranular porosity, which is greatly reduced when smaller cork granules are used and when the cork is compressed in the bottleneck.The study of the mechanical properties of agglomerated cork shows that the elasticity of the material increases with the hydration of the material, the use of small cork granules and adhesive polymer with a low proportion of crystalline phase. On the other hand, the adhesive content within the agglomerated cork does not seem to have an impact on the mechanical properties.Concerning the transfer properties of agglomerated cork stoppers for sparkling wines, the CO2 diffusion coefficients were measured, for the first time, in the various parts of the stopper (agglomerated body, adhesive film, cork disc). The diffusion is essentially governed by a surface diffusion mechanism through the adhesive network. The more the adhesive network is homogeneous within the agglomerated body and between the two washers, the higher the barrier properties will be. Compression of the cork in the bottleneck greatly increases the barrier properties.Finally, it seems that the mechanical and transfer properties of agglomerated cork are slightly impacted by the aging provided that the network of polyurethane glue is not in contact with a highly concentrated ethanol medium, due to solvolysis phenomena that can occur and thus cause a strong degradation of the barrier and mechanical properties of the material.Keyword: Natural cork, agglomerated cork, structure, mechanical properties, gas transfer, surface diffusion, aging

Neutrino oscillations, the baryon asymmetry and dark matter are important evidences of new physics beyond the Standard Model. Neutrino oscillations imply neutrino masses and a lepton mixing matrix that can contribute to flavour violating processes and CP violation at low energies, accessible to next experiments, and to the CP violation necessary for baryogenesis. Among the most interesting implications, is flavour violation in the lepton sector, but it has only been observed in neutrino oscillations. By analogy with quarks, it is then possible to deduce a principle of minimal flavour violation for leptons. Since such formulation is not straightforward in the lepton sector, we discuss dierent possibilities. Then we propose a definition which could be applied to various models and could help us in selecting between the possible neutrino mass generating mechanisms. Furthermore, if the seesaw mechanism describes neutrino masses, we can have a natural explanation to the baryon asymmetry of the universe with leptogenesis. In the context of leptogenesis including flavour effects, we demonstrate that the baryon asymmetry of the universe is insensitive to the low energy CP violating phases. This study is performed in the minimal extension of the Standard Model, with the introduction of 3 right-handed neutrinos and type-1 seesaw, only, and it is extended, in a following study, to the supersymmetric case. Since the seesaw parameter space is quite large, the numerical study is developed with the Markov Chain Monte Carlo method. In relation to dark matter, we study a scenario with very weakly coupled candidates and their production through the decay of a charged long-lived scalar particle. We compute the scalar particle number density, evaluating its gauge interactions, and compare it with Big-Bang Nucleosynthesis bounds. Then, we apply our results to the Minimal Supersymmetric Standard Model scenario with axino or gravitino as Lightest Supersymmetric Particle and stau or stop as Next to Lightest Supersymmetric Particle.

L'objectif de ce travail est de réaliser un outil de mesure de l'élasticité des milieux biologiques. L'idée est d'employer les ultrasons pour détecter des ondes de cisaillement générées par un « coup » acoustique de basse fréquence (10-500 Hz) au moyen d'un piston. Cette onde contient des informations sur la nature viscoélastique du solide dans lequel elle se propage. Si les ultrasons dans les milieux biologiques sont bien maîtrisés, ce n'est pas le cas des ondes de cisaillements. Par conséquent la réalisation de cet outil nécessite une meilleure compréhension des ondes de basse fréquence. Dans ce manuscrit, nous montrons que les mesures effectuées par les méthodes ultrasonores actuelles fondées sur le même principe (sonoélasticité), subissent des effets de réflexions d'ondes aux frontières, de diffraction et d'interférence avec une onde longitudinale de basse fréquence. Afin de nous affranchir de ces phénomènes, nous avons élaboré une méthode appelée « élastographie impulsionnelle ». Appliquée à un fantôme d'agar-gélatine, à un muscle et à un produit laitier, elle permet de détecter des ondes de cisaillement se propageant aux vitesses respectives de 2.7, 5.3 et 0.5 m.s-1. L'élasticité de cisaillement et la viscosité de cisaillement sont déduites des mesures de vitesse et d'atténuation de l'onde. Nous montrons enfin que les ondes de basse fréquence sont détectées en champ proche ou en champ intermédiaire. Les diagrammes de directivité de Miller et Pursey en champ lointain sont moins aptes à rendre compte du champ de déplacement que les fonctions de Green dans les solides. L'ensemble des résultats contenus dans ce mémoire autorise à penser que l'élastographie impulsionnelle puissent devenir un outil utile en rhéologie et en médecine.

Avant de commencer le bilan de mes travaux et les principaux résultats obtenus j'aimerais faire une introduction, un peu à la marge des préoccupations scientifiques ou presque, mais qui permet de positionner cette HdR. « Rappeler l'histoire c'est gérer efficacement le présent et mieux s'armer pour réussir le futur » : C'est avec cette phrase que j'ai envie de situer ce mémoire. Tracer le cheminement de mes connaissances aura un double écho. Le premier, important, c'est de mieux placer mon expérience de recherche dans le contexte de cette vaste discipline qui est la géologie de la MO. Le deuxième impact, peut être subsidiaire, c'est de confronter mes acquis dans ce domaine et peut être rejoindre mes collègues habilités à diriger des recherches, étape considérée comme importante aux yeux de la plupart des collègues étape qui reste plus administrative que scientifique pour d'autres. Pour ma part j'ai tranché, il faut concilier ces deux mondes : je le fais. Il est vrai que l'exercice ne doit pas être uniquement considéré comme une obligation académique mais également comme une nécessité scientifique qui permet de présenter l'état des lieux des recherches dans mon domaine. Généralement cet exercice est profitable pour le futur habilité, mais doit également l'être par un nécessaire recul scientifique en présentant une vision la plus globale possible au service de notre communauté scientifique. Pour cela, je vais essayer de faire passer comme même un message, ne serait ce que pour les idées que je défends les leçons tirées de notre manière de faire la SCIENCE et les orientations que je souhaite voir émerger pour le futur de notre discipline puis à une échelle plus modeste les projets que je désire développer. Le baromètre d'un chercheur scientifique comme chacun le sait se mesure essentiellement par le nombre de publications. Qu'en est-t-il d'un l'habilité à diriger des recherches. Pour moi, en plus de ces considérations comptables pour tout chercheur, un habilité à diriger des recherches doit l'être par ses compétences à la fois techniques et scientifiques, c'est quelqu'un qui s'investit énormément dans la formation par la recherche des masters et de thésard, c'est un entraineur, un meneur de troupes. Ce n'est pas un acteur de la recherche, c'est plutôt l'auteur et le metteur en scène. En posant cette définition je place la barre très haute et rends difficile ma tache dans le sujet qui nous concerne notamment dans l'élaboration de ce mémoire.

La dynamique des systèmes gravitationnels s'appuie traditionnellement sur la physique de Newton. Appliquée à l'échelle des galaxies, la gravitation newtonienne impose l'existence d'une certaine matière, actuellement invisible : la matière noire. Si ce modèle ($\Lambda$ Cold Dark Matter) rencontre des succès à grande échelle, des difficultés apparaissent à l'échelle des galaxies. Dans ma thèse, j'explore par des simulations numériques une alternative de la gravitation newtonienne : MOND (Modified Newtonian Dynamics), où la loi newtonienne de la gravité est modifiée selon une échelle d'accélération, sans l'intervention de la matière noire.<br />Cette expression de la gravitation est non-linéaire et impose une méthode différente de celle utilisée dans les systèmes avec matière noire. J'ai écrit un code permettant la résolution des deux modèles de gravité, ce qui a permis de les comparer. J'ai testé ainsi l'évolution de galaxies spirales isolées puis en interaction. Ces simulations modélisent aussi la dissipation du gaz froid et la formation d'étoiles. Celles-ci ont montré que les galaxies sont moins stables en gravitation modifiée qu'en gravitation newtonienne, elles forment des barres plus rapidement. Ces simulations ont aussi révélé des différences importantes sur les transferts de moment angulaire lors des formations des barres et sur les effets de friction dynamique qui ralentissent les barres. Ce travail a permis de réaliser, pour la première fois en gravité modifiée, des simulations de galaxies en interaction du type des Antennes. Là encore, les effets de friction dynamique ont un rôle majeur sur la durée du temps de fusion, plus long en gravitation modifiée. Ceci ouvre des horizons vers des simulations cosmologiques qui pourraient valoriser un modèle en analysant la formation hiérarchique des structures à partir des fluctuations de densité primordiales. Par ailleurs, la modélisation de la cinématique des galaxies (naines, spirales et elliptiques) est aussi approfondie. En particulier, l'analyse des courbes de rotation des galaxies spirales montre que celles-ci peuvent contenir un composant de gaz moléculaire froid deux fois plus massif que le composant atomique.

NIL

L'importance de la dissipation nucléaire dans les noyaux à forte énergie d'excitation, mise en évidence il y a une quinzaine d'années, conduit à une évolution du noyau vers la fission plus lente que ce que prévoit le modèle statistique de Bohr et Wheeler, et impose une description dynamique du processus de fission à ces températures. Mesurer des temps de fission constitue alors une véritable sonde des effets de dissipation nucléaire.<br> Nous avons effectué une expérience au GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) avec le détecteur de neutron 4 Pi ORION, en utilisant un faisceau de plomb, accéléré à 29 MeV/u, incident sur une cible monocristalline de silicium (expérience en cinématique inverse). Les temps de fission des quasi-projectiles de plomb ont été mesurés, en fonction de leur énergie d'excitation initiale, par la méthode du blocage cristallin. Cette méthode, fondée sur la mesure directe de la répulsion des fragments de fission par une rangée d'atomes du cristal-cible, donne accès à la proportion de temps longs (supérieurs à 10-19s dans nos expériences) dans la distribution du temps de fission. Les creux de blocage de l'axe <110> et des plans (001) et (110) ont été interprétés à l'aide d'un programme de simulation de type Monte-Carlo dans lequel, et pour la première fois de façon poussée, l'émission de particules par les fragments de fission excités a été prise en compte.