Les suspensions colloïdales de particules sphériques présentant des interactions de type sphères dures font partie des systèmes les plus simples et les plus largement étudiés en Matière Molle. Elles peuvent être considérées comme systèmes modèles pour tester des théories plus générales, par exemple en ce qui concerne la cristallisation [1] ou la transition vitreuse [2]. Malgré de nombreux résultats théoriques et expérientaux dans ce domaine, le comportement dynamique des suspensions de sphères dures n'a pas été complètement élucidé.La spectroscopie à corrélation de photons X (XPCS) est une technique de diffusion cohérente équivalente à la Diffusion Quasi-Elastique de la Lumière [3], qui est un des principaux outils d'investigation de la dynamique colloïdale [4]. Comparée à la luière visible, l'utilisation de rayons X procure des rensignements sur les transferts de moment de plus haute énergie, et évite les diffusions multiples - phénomène qui complique sensiblement les études en DQEL pour les échantillons concentrés. De plus, l'utilisation du détecteur 2D compteur de photons (MAXIPIX) disponible sur la ligne ID10 (ESRF) donne des renseignements sur l'évolution de la dynamique de l'échantillon au cours de l'exposition, via les fonctions de corrélation à deux temps.Dans ce travail, nous avons étudié une suspension de spheres colloïdales de PMMA (poly(méthylmétacrylate)) stériquement stabilisées. La distribution en taille des particules et leur concentration ont été obtenues par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS). Les expériences de XPCS effectuées aux plus grandes fractions volumiques en particules (>0.5) mettent en évidence à la fois des temps de diffusion courts et des temps longs autour des pics de Bragg. Une comparaison avec une précédente étude [5] montre, pour une petite gamme de fractions volumiques, une modification drastique de la loi d'échelle entre les temps de relaxation courts et les temps longs qui avait été initialement proposée par Segrè et Pusey [6]. L'analyse des fonctions de corrélation à deux temps révèle un comportement dynamique complexe des échantillons légèrement au-dessus de la transition vitreuse, alors qu'on n'observe aucun signe de modifications structurales via diffusion statique. Utiliser la XPCS sur des suspensions en écoulement dans des canaux cylindriques avait fait ses preuves pour renseigner à la fois sur les propriétés dynamiques et d'écoulement de suspensions diluées [7]. Ici, nous discutons les potentialités et les limites de cette méthode, en étudiant l'interaction entre les propriétés rhéologiques et dynamiques dans ces systèmes complexes modèles que sont les verres colloïdaux.[1] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Nature 320.6060 (Mar. 1986), pp. 340–342 [2] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Phys. Rev. Lett. 59 (18 1987), pp. 2083–2086.[3] V. A. Martinez et al. In: The Journal of Chemical Physics 134.5, 054505 (2011), p. 054505.[4] B. J. Berne and R. Pecora. Dynamic Light Scattering with application to chemistry, biology and physics. Dover Publications, New York, 2000. [5] D. Orsi et al. “Dynamics in dense hard-sphere colloidal suspensions”. In: Phys. Rev. E 85 (1 2012), p. 011402. doi: 10.1103/PhysRevE.85.011402. url: http://link.aps.org/doi/1 0.1103/PhysRevE.85.011402. [6] P. N. Segrè and P. N. Pusey. In: Phys. Rev. Lett. 77.4 (1996), pp. 771–774.[7] A. Fluerasu et al. In: New Journal of Physics 12.3 (2010) / Colloidal suspensions of spherical particles presenting hard-sphere like interactions is one of the simplest and most widely studied systems of soft condensed matter. They can be treated as a model for testing fundamental theories, regarding e.g. crystallization [1] or glass transition [2]. Despite the long history of both theoretical and experimental research, the dynamic behavior of hard sphere suspensions still lacks a complete understanding.X-ray Photon Correlation Spectroscopy (XPCS) is a coherent scattering technique equivalent to Dynamic Light Scattering (DLS) [3], which is one of the main tools used in the study of colloidal dynamics [4]. Comparing to visible light, the use of X-rays provides access to higher momentum transfer vector values and allows to avoid multiple scattering – a phenomena significantly complicating DLS measurements on concentrated samples. Moreover, the use of a fast, single photon counting area detector (MAXIPIX) available at the ID10 beamline at ESRF gives insight into the evolution of sample dynamics during the measurement time by the means of two-time correlation functions.In this work suspensions of sterically stabilized poly(methyl methacrylate) (PMMA) colloidal spheres were used. Particle size, polydispersity and volume fractions of the samples were obtained using the Small-Angle X-ray Scattering (SAXS) technique. XPCS measurements at high volume fractions (>0.5) show both short- and long-time diffusive behaviour for scattering vector values around, but not restricted to the structure factor peak position. A comparison with an earlier study [5] shows a dramatic change in the approximate scaling between the short- and long-time relaxation rates, initially proposed by Segrè and Pusey in [6], over a small range of volume fractions. The analysis of two-time correlation functions reveals complex dynamic behaviour of a sample slightly above the glass transition, while no signs of structural changes are observed in the static scattering patterns. The studies indicate the dynamics being governed by a jamming transition driven by restrictions in free volume rather than a glass transition as know from the mode-coupling theory. A combination of XPCS with flow in a cylindrical channel has demonstrated previously to give both dynamic and flow properties of dilute suspensions [7]. Here we discuss the potential and limitations of this method in the study of the interplay between rheological properties and dynamics in complex systems such as colloidal glasses. [1] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Nature 320.6060 (Mar. 1986), pp. 340–342[2] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Phys. Rev. Lett. 59 (18 1987), pp. 2083–2086.[3] V. A. Martinez et al. In: The Journal of Chemical Physics 134.5, 054505 (2011), p. 054505.[4] B. J. Berne and R. Pecora. Dynamic Light Scattering with application to chemistry, biology and physics. Dover Publications, New York, 2000.[5] D. Orsi et al. “Dynamics in dense hard-sphere colloidal suspensions”. In: Phys. Rev. E 85 (2012), p. 011402.[6] P. N. Segrè and P. N. Pusey. In: Phys. Rev. Lett. 77.4 (1996), pp. 771–774.[7] A. Fluerasu et al. In: New Journal of Physics 12.3 (2010)

Récemment, la qualité de l'air dans la région Rhône-Alpes est devenue un sujet sensible depuis sa mise en demeure par l'Union Européenne pour non respect des normes en vigueurs concernant les taux de particules fines (PM). Effectivement, certaines zones géographiques de la région connaissent de nombreux dépassements en PM10, particulièrement dans les vallées alpines durant la période hivernale. Ces dépassements en particules sont aussi accompagnés de fortes concentrations en composés organiques comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) constituants ces PM. Un accroissement des connaissances sur les sources de pollution atmosphérique particulaire et leurs dynamiques au sein des vallées alpines est alors nécessaire, ceci afin d'améliorer la mise en place des politiques de diminution des émissions grâce à une meilleure connaissance de l'influence des différentes sources au niveau régional. Ces travaux de thèse sont axés autour des émissions des sources industrielles encore mal connues et plus particulièrement l'industrie du carbone très présente dans les bassins industriels de ces fonds de vallées. Les approches classiques par les éléments métalliques n'étant pas spécifiques, l'exploration de la fraction organique a permis de proposer un profil chimique organique complet et d'avancer le benzo(b)naphtho(2,1-d)thiophène (BNT(2,1)), composé particulaire majoritaire de la famille des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques soufrés (HAPS) comme traceur de cette source. Ce composé a été détecté et quantifié sur plusieurs sites en proximité d'activités industrielles confirmant ainsi sa source potentielle. De plus le profil industriel a été introduit comme profil « source » afin d'évaluer sa robustesse dans les méthodologies de type modèle récepteur de bilan de masse comme le « Chemical Mass Balance » (CMB) et statistique comme la « Positive Matrix Factorization » (PMF). Les résultats ont confirmé l'intérêt de l'ajout des composés organiques à ces méthodologies. Ainsi, le profil industriel et les composés organiques HAPS ont permis de mieux tracer la source appelée génériquement « industrie du carbone » (combustions de charbon, de coke et de matériaux graphitiques) dans les vallées alpines mais aussi sur différents sites urbains français. En parallèle, un modèle de régression non linéaire multivarié (MRNL) a été développé pour la quantification des sources de HAP, basé sur l'utilisation de traceurs spécifiques de source (lévoglucosan, hopanes….) et de données météorologiques (gradient thermique). Son application a été validée sur un ensemble de sites alpins des vallées de l'Arve et de la Tarentaise. Un couplage entre ce modèle et les données de mesures optiques du carbone suie (BC) par aéthalomètre, a permis de proposer une solution aux mauvais résultats de corrélation entre les HAP mesurés et modélisés par le modèle MRNL sur le site de la vallée de la Maurienne. Ces faibles corrélations peuvent être liées à une mauvaise représentativité des composés organiques utilisés à tracer correctement les sources d'émission sur certains sites.Enfin, l'inter-comparaison de ces méthodologies pour la détermination des sources de HAP et plus particulièrement de la source industrielle permet de valider cette méthodologie dans une perspective opérationnelle de suivi des sources de HAP sur ces différents sites. Ces travaux réalisés au cours de cette thèse mettent en évidence l'intérêt de la caractérisation de la fraction organique des PM et les biais qui peuvent exister sur l'utilisation des composés organiques pour l'étude des sources d'émissions. Des alternatives y sont proposées afin de soulever ces ambiguïtés et d'améliorer l'étude des sources de HAP par les modèles récepteurs. / Recently, Air quality has become a sensitive topic for Rhône-Alpes region due to the formal notice which was addressed by the European Commission for non-compliance with legislation in force. Indeed, certain geographic areas in the region present a lot of overruns in PM10, especially in Alpine valleys during winter. These overruns particles are also accompanied by high concentrations of organic compounds such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), which constitute these PMs. An increase in khowledge about the sources of particulate air pollution and their dynamics in Alpine valleys is necessary, in order to improve the implementation of policies to reduce emissions through better knowledge of the influence of different sources at regional level. This thesis is focused around emissions from industrial sources still poorly known and particularly of the carbon industry highly present in these industrial areas of the valley bottoms. Traditional approaches by metallic elements being not specific, exploration of the organic fraction allowed to propose a complete organic chemical profile. In addition they led us to evidence the benzo(b)naphtho(2,1-d)thiophene (BNT(2,1)), the most abundant particulate compound of the family of sulfur-containing polycyclic aromatic hydrocarbons (PASHs), as a tracer of this source. This compound was detected and quantified on multiple sites in near industrial activities confirming its potential source. In addition the industrial profile was introduced as profile “source” in order to assess its robustness in methodologies of receptor model like the “Chemical Mass Balance “(CMB) and the “Positive Matrix Factorization” (PMF). The results confirmed the interest of the addition of organic compounds to these methodologies. Thus, the industrial profile and the PASHs compounds have allowed to better trace the source usually called “carbon industry” (coal, coke and graphite materials combustions) in the Alpine valleys but also in different French urban sites. In parallel, a non linear regression model (NLRM) was developed to PAH source apportionment, based on the use of specific molecular markers (levoglucosan, hopanes…) and of meteorological data (altitudinal temperature lapse rate). Its implementation has been validated on a set of sites of the Alpine valleys of Arve and Tarentaise. Coupling between this model and the optical measurements of black carbon (BC) by aethalometer, allowed to propose a solution to the poor performance of correlation between PAHs measured and modeled by NLRM model on this site of the Maurienne valley. These low correlations may be related to poor representativeness of organic compounds used to correctly trace the emission sources at some sites. Finally, the inter-comparison of these methodologies for the determination of PAH sources and especially of industrial source allows to validate this methodology in an operational perspective of monitoring of PAH levels on these sites. The work performed during this thesis highlights the interest of the characterizatin of the organic fraction of PM and the biases that may exist on the use of organic compounds for the study of the emission sources. Some alternatives are suggested to clarify ambiguities and improve the source apportionment of PAHs by receptor models.

La perte de biodiversité due à la destruction des écosystèmes est un des défis majeurs de notre temps. Dans ce cadre, l‘identification des mécanismes régissant l’assemblage des communautés de plantes est une étape cruciale pour comprendre leur fonctionnement. L’étude des caractéristiques morpho-physiologiques des organismes qui influencent leur performance (traits fonctionnels), permet, en théorie, de comprendre et de mesurer l’amplitude des mécanismes qui déterminent la composition des communautés. L’utilisation de méthodes combinant à la fois cette approche fonctionnelle et une autre basée sur les distances phylogénétiques entre espèces connait un succès croissant. Par ailleurs, l’importance de la variabilité des traits au sein des espèces est de plus en plus mise en avant pour expliquer les interactions entre organismes ainsi qu’avec leur environnement. Bien que l’étude des mécanismes d’assemblage des communautés par l’utilisation des traits fonctionnels soit maintenant populaire en écologie, les communautés de plantes se développant sur des sols enrichis en éléments traces métalliques (ETM) restent quasiment inexplorées de ce point de vue. Dans la région du Haut-Katanga (sud-est de la République Démocratique du Congo), une anomalie géologique a produit des collines sur lesquelles des gradients naturels en cuivre et en cobalt ont sélectionné une végétation tout à fait originale. De la base au sommet de ces « collines de cuivre », les teneurs en cuivre varient de 10 à plus de 10 000 mg.kg-1 et celles en cobalt de 10 à plus de 1000 mg.kg-1 dans le sol. On observe le long de ces gradients plusieurs communautés végétales contrastées comprenant plusieurs taxa endémiques. Cependant, ces écosystèmes sont parmi les plus menacés sur la planète, l’exploitation minière du cuivre et du cobalt détruisant totalement leurs végétations. Dans cette thèse, j’étudie l’amplitude de la variation fonctionnelle dans ces communautés, les patterns de diversité fonctionnelle et phylogénétique ainsi que les covariations entre traits, sur base de plusieurs indices uni- et multivariés, le long d’un gradient d’ETM. De plus j’évalue la contribution de la variabilité intraspécifique des traits à la variation fonctionnelle des communautés ainsi que l’importance de la variation populationnelle pour comprendre la variation intraspécifique chez une espèce à large niche. Le long du gradient d’ETM, on remarque une variation de l’importance des mécanismes d’assemblage :sur les sols pauvres en ETM, une grande diversité de stratégies fonctionnelles permet la coexistence des espèces dans des conditions de compétition intense pour les ressources. Sur les sols riches en ETM, un filtre environnemental imposé par les particularités édaphiques sélectionne un sous ensemble de valeurs et des combinaisons de traits fonctionnels permettant la survie dans ces conditions. Bien que la majorité des espèces possède une niche restreinte le long du gradient d’ETM, quelques unes possèdent une large niche réalisée. Celles-ci peuvent montrer des variations importantes de valeurs de traits en réponse au gradient local d’ETM mais également des variations populationnelles. Une part de cette variation intraspécifique pourrait être d’origine génétique, la toxicité du métal représentant un filtre environnemental puissant, même à courte distance. La mise en place d’expériences de transplantation et l’étude de la diversité génétique des populations permettraient de confirmer les hypothèses soulevées par ce travail. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Pendant ces trois ans, nous nous sommes intéressés à quelques sujets choisis en optique et en électrodynamique quantiques. Le fil rouge de nos interrogations est la fonction d’onde du photon. Les expériences d’optique et d’électrodynamique quantique peuvent-elles être décrites de manière simple, dans l’espace des positions, à l’aide d’une fonction d’onde décrivant le ou les photon(s) impliqués dans l’expérience ? Ce n’est pas entièrement évident :la description usuelle des photons se fait dans l’espace réciproque des vecteurs d’onde. Mais ces expériences gagnent à être décrites par la mécanique ondulatoire en représentation position, comme cela est fait dans les manuels de mécanique quantique pour des situations impliquant des particules massives. De surcroît, une expérience récente[1] a conduit à l’observation de trajectoires de photons uniques à travers un interféromètre à deux fentes d’Young.Pour essayer de décrire formellement ces trajectoires, il est naturel de formuler une mécanique ondulatoire pour les photons. Nous avons donc examiné en détail la construction formelle de la fonction d’onde du photon, un objet qui est resté peu étudié jusqu’aux années 1990. Nous avons également étudié les propriétés de la fonction d’onde du photon en présence de sources, et considéré pour ce faire divers systèmes quantiques ouverts (en interaction). Nous avons vu qu’il existe, en principe, une infinité de possibilités pour le choix de la fonction d’onde du photon.Nous avons mis en évidence un certain nombre de critères sur la base desquels il apparaît que seuls trois choix parmi tous ceux possibles sont intéressants, l’un d’entre eux ramenant à un objet introduit par Glauber [2] pour étudier la détection de la lumière et les corrélations du champ électromagnétique. Nous avons également vu qu’en l’absence de sources l’équation quantique de propagation des photons est formellement identique aux équations de Maxwell.À bas nombre de photons, le formalisme de la fonction d’onde peut se révéler très pratique. Nous avons adapté l’approche aux systèmes en interaction, en nous intéressant dans un premier temps à l’électrodynamique quantique1en cavité [3], en particulier aux expériences réalisées par le groupe de Serge Haroche [4]. Nous avons proposé un modèle simple pour la description des photons dans les cavités d’électrodynamique. À l’aide de ce modèle, et de la fonction d’onde du photon, nous avons étudié la propagation des photons s’échappant de la cavité. Nous avons également construit l’équation maîtresse de Lindblad sans introduire de sauts quantiques non unitaires (voir également [5]). Nous nous sommes enfin intéressés à la question de l’évolution spatiotemporelle d’un photon émis lors d’une désexcitation d’un électron atomique. Après avoir étudié soigneusement la dynamique de la désexcitation de l’électron, notamment aux temps très courts [6, 7], nous nous sommes attachés à décrire, aussi rigoureusement que possible, le champ électromagnétique émis. Celui-ci, de manière surprenante, n’évolue pas causalement. Si cela n’est pas entièrement inattendu au vu du théorème de Hegerfeldt, qui stipule [8] que la causalité est exclue pour les systèmes décrits par un Hamiltonien dont le spectre est borné inférieurement, nous avons identifié [9] deux autres sources de non-causalité, l’une, prédite qualitativement par Shirokov [10], et l’autre, entièrement nouvelle à notre connaissance, et dont la compréhension reste à affiner. / During these three years we focused on several topics in quantum otpics and quantum electrodynamics. A central theme in our investigations is that of the photon wave function. Can quantum optics and quantum electrodynamics experiments be described simply, in position space, with the help of a wave function describing the photon(s) featured in the experiment ? The answer to that question is not quite obvious: the usual description of photons takes place in the reciprocal space of wave vectors. But these experiments call for a wave mechanical description in the position representation, as is done in quantum mechanics textbooks in situations featuring massive particles. Moreover, in a recent experiment [1], single photon trajectories through a Young two-slit setup have been observed. In order to try and describe these trajectories formally, it is natural to build a wave mechanical formalism for photons. We therefore studied in detail the formal construction of the photon wave function, an object which was little studied until the 1990s. We also studied the properties of the photon wave function in the presence of sources.To do that, we considered several open (interacting) quantum systems. We saw that there exists in principle an infinite number of possibilities when defining the photon wave function. We emphasised several criteria on the basis of which it appears that only three choices for the wave function are interesting. One of them coincides with an object introduced and used by Glauber [2] to study light detection andthe correlations of the electromagnetic field in the quantum regime. We also saw that, in the absence of sources, the propagation equation for a single photon is formally equivalent to Maxwell’s equations. At low photon numbers, the wave function formalism can be very useful. We adapted it to interacting systems,first, to cavity quantum electrodynamics (QED) [3], in particular to the experiments carried out by Serge Haroche’s group [4]. We proposed a simple model to describe photons in QED cavities. With this model, and with the helpof the photon wave function, we studied the propagation of photons escaping a cavity. We also constructed the Lindblad master equation without introducing nonunitary quantum jumps (also see [5]). We finally investigated the spacetime evolution of a photon which is emitted during the decay of an atomic electron. After having carefully studied the dynamics of the electronic decay, especially at very short times [6, 7], we set out to describe the emitted electromagnetic field as rigorously as possible. This emitted field, surprisingly, does not evolve causally. Though this is not entirely unexpected in view of Hegerfeldt’s theorem, which states [8] that causality is impossible for quantum systems which are described by a Hamiltonian with a spectrum which is bounded by below, we identified [9] two other sources of non causality. One of them was predicted qualitatively by Shirokov [10], while the other one, which is completely new as far as we can tell, is still to be better understood

Cette thèse consiste dans l'analyse des diverses façons d'envisager l'hylémorphisme substantiel, au cours de la deuxième moitié du XIIIe siècle. La recherche a été structurée de manière à rendre compte des rôles joués par la matière, ainsi que des rapports assumés par elle, à l'intérieur de la pensée des philosophes étudiés. Dans la première partie, nous suivons l'engagement de Bonaventure dans la constitution d'un concept métaphysique de la matière indépendant de celui de la forme. Cette problématique mène à trois autres : l'idée divine de matière, la composition des anges et le thème de la création. Dans la deuxième partie, dédiée à la pensée de Thomas d’Aquin, les analyses sur la nature de la matière aboutissent au problème de la connaissance. En effet, l'intelligibilité impliquant nécessairement l'actualité, la matière ne peut être connue de manière directe. Chez Thomas, la matérialité représente le critère négatif de la connaissance. Dans la troisième partie, les sujets sont envisagés selon trois axes : historique, philosophique et doctrinal. Il s’agit de réfléchir fondamentalement à deux questions. D'abord, la détermination, par l’historiographie, de la mise en valeur du rôle de l’individu et des procédures de singularisation, à partir de la fin du XIIe siècle. Ensuite, le problème métaphysique du principe d’individuation avant les condamnations de 1270 et de 1277. Dans ce cadre, nous cherchons à saisir les rôles joués par la matière dans les conceptions de l'individuation, notamment chez Avicenne, Averroès, Bonaventure et Thomas d’Aquin. / The central issue of this thesis is the analysis of the different ways of considering substantial hylemorphism, during the second half of 13th century. The research was structured so as to account for the parts played by matter, as well as the relations assumed by it, in the thought of the studied philosophers. In the first part, we follow Bonaventure’s engagement with the creation of a metaphysical concept of matter, absolutely independent from the concept of form. These problems culminate in three others subjects: the divine idea of matter, the composition of angels and the topic of the Creation. In the second part, dedicated to Thomas of Aquin’s thought, the analysis on the nature of matter results on the problem of knowledge. Indeed, as intelligibility means necessarily an act, matter cannot be known in a direct way. In Thomas' philosophy, materiality represents the negative criterion of knowledge. In the third part of this thesis, the subjects are considered according to three axes: historical, philosophical and doctrinal. It is a question of addressing basically two questions. Initially, the determination, by historiography, of the highlighting of the role of the individual and the procedures of singularisation, since the end of 12th century. Then, the metaphysical problem of the principle of individuation before the condemnations of 1270 and 1277. In this context, we seek to seize the parts played by matter in the theory of individuation, especially in the philosophical thoughts of Avicenna, Averroes, Bonaventure and Thomas of Aquin.

Le but de cette thèse est de construire un modèle décrivant la matière nucléaire symétrique et asymétrique dans une approche relativiste incluant des effets de la chromodynamique quantique, en particulier la symétrie chirale et le confinement. Le système considéré est une assemblée de nucléons en interaction {\it via} l'échange de mésons. L'attraction est assurée par la présence d'un champ scalaire invariant chiral lié aux fluctuations du condensat de quarks. La saturation est obtenue après ajout de la réponse scalaire nucléo- nique liée à la sous-structure en quarks du nucléon. Les paramètres liés au secteur scalaire de l'interaction et au confinement des quarks dans le nucléon sont estimés à partir de données sur réseau. Le reste des paramètres est contraint autant que possible par la phénoménologie hadronique. Le modèle n'est ainsi quasiment pas ajustable, le fait qu'il donne de si bons résultats constitue l'originalité de ce travail de thèse. Dans un premier temps, nous avons choisi de travailler à l'approximation de champ moyen dans le schéma Hartree--Fock. La propagation du champ scalaire dans les termes de Fock conduit à des effets de réarrangement qui permettent de satisfaire le théorème de Hugenhotz--Van Hove. Nous soulignons également le rôle du terme tenseur du $\rho$ dans l'énergie d'asymétrie ainsi que dans la dépendance en isospin de la masse effective de Landau. Enfin, nous donnons l'équation d'état des étoiles à neutrons prédite par ce modèle. Dans un deuxième temps, nous avons décidé d'inclure des effets au-delà du champ moyen en incluant l'énergie de corrélation due aux boucles de pions. Un ingrédient important est l'introduction d'un paramètre de Landau--Migdal contrôlant les interactions à courte portée. L'énergie de corrélation améliore la description des propriétés de la matière nucléaire au niveau du point de saturation. / This work aims at constructing a model for symmetric and asymmetric nuclear matter in a relativistic approach including effects from quantum chromodynamics, in particular chiral symmetry and confinement. We consider an assembly of nucleons interacting via meson exchange. The attraction is due to a chiral invariant scalar field associated with the fluctuations of the chiral condensate. The inclusion of scalar nucleonic effects due to the quark substructure of the nucleon ensures the saturation to occur. The parameters corresponding to the scalar sector of the interaction and to the quarks confinement in the nucleon are obtained from lattice calculations. The rest of the parameters are obtained as much as possible by hadron phenomenology. With such constrained inputs, the results are nevertheless very good: this constitutes the originality of this work. In one part, we chood to work at the mean-field level in the Hartree--Fock scheme. The propagation of the scalar field in the Hartree-Fock terms induce some rearrangement effects which play an essential role in the Hugenhotz--Van hove theorem. We discuss also the role of the tensor part of the $\rho$ interaction in the symmetry energy and the isospin dependance of the Landau effective mass. Then, in the idea to enlarge this work to neutron stars, we give the equation of state predicted by our model. The last step corresponds to the introduction of effects after the mean-field including the correlation energy due to pion loops. An important ingredient is the Landau-Migdal parameter controling short range interactions. The correlation energy enhances the description of the saturation point of nuclear matter

La présence de grandes quantités de matière noire invisible, c'est-à-dire non lumineuse, donc sans couplage avec les photons, autour des galaxies et à l'intérieur de leurs amas, a été confirmée par toute une série d'observations indépendantes au niveau galactique, extragalactique et cosmologique. De quoi cette matière noire est composée représente un des mystères de l'Univers qui intrigue cosmologistes et physiciens des particules. Les modèles supersymétriques proposent des candidats naturels : les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particle). Dans la plupart des cas de figure, l'Univers est suffisamment rempli de WIMPs pour qu'il soit possible de les détecter indirectement ou directement. Pendant mon doctorat, je me suis intéressée à la recherche directe de matière noire au sein de la collaboration EDELWEISS. EDELWEISS est une expérience de recherche directe de matière noire, cette dernière interagissant avec la matière baryonique par diffusion élastique. Dans le but de mesurer les énergies des reculs nucléaires dus à ces rares interactions, EDELWEISS emploie des détecteurs cryogéniques à double composante chaleur et ionisation (de type Ge-NTD). Chacun de ces détecteurs est constitué d'un cristal de Germanium de 320g, refroidi à une température de 20 mK. La mesure simultanée de deux signaux chaleur et ionisation permet la discrimination entre les reculs électroniques et les reculs nucléaires, ces derniers étant principalement induits par des WIMPs ou des neutrons. Le coeur de mon travail de thèse a été l'analyse des données du run 8 de physique comportant 11 bolomètres caractérisés par une très bonne stabilité en termes de résolution ligne de base et correspondant à une exposition fiducielle de 93.5 kg.j. Les différentes étapes de l'analyse sont détaillées ci-dessous. J'ai commencé par l'étalonnage des détecteurs cryogéniques avec des sources gamma 133Ba et neutron Am-Be dans le but d'évaluer leurs performances dans l'environnement du nouveau cryostat EDELWEISS-II et de la nouvelle chaîne d'acquisition. Ensuite j'ai traité l'optimisation des méthodes d'analyse et des paramètres de la chaîne de lecture des données. Enfin les résultats sont interprétés en termes de limite sur la section efficace d'interaction d'un WIMP avec un nucléon en fonction de la valeur de sa masse. Pour un seuil en énergie de recul de 30 keV (choisi a priori), 3 événements ont été enregistrés dans la bande de reculs nucléaires, correspondant à une sensibilité de 5*10^-7 pb pour une masse de WIMP de 80 GeV/c^2. J'ai également mené une étude pour comprendre le bruit de fond radioactif résiduel, regardant avec attention le fond gamma et le fond beta provenant du 210Pb. Pour ce dernier, un bolomètre Ge-NTD a été équipé avec une source de 210Pb. Le fond gamma pour des énergies supérieures à 100 keV montre une réduction globale et uniforme d'un facteur deux par rapport à la première phase de l'expérience, EDELWEISS-I, arrêtée en 2004. [....] Cette étude a permis de prédire le nombre de betas de basse énergie attendus pour le run de physique. Cette prédiction se révèle compatible avec le spectre expérimental de trois événements observés dans la zone des reculs nucléaires. Néanmoins cela n'est pas suffisant pour permettre une soustraction du fond, du fait des grandes incertitudes liées au profil de collection de charge et au profil d'implantation du Pb / One of the greatest mysteries of the universe that, for the present, puzzles the mind of most astronomers, cosmologists and physicists is the question: "What makes up our universe?". This is due to how a certain substance named Dark Matter came under speculation. It is believed this enigmatic substance, of type unknown, accounts for almost three-quarters of the cosmos within the universe, could be the answer to several questions raised by the models of the expanding universe astronomers have created, and even decide the fate of the expansion of the universe. There is strong observational evidence for the dominance of non-baryonic Dark Matter (DM) over baryonic matter in the universe. Such evidence comes from many independent observations over different length scales. The most stringent constraint on the abundance of DM comes from the analysis of the Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies. In particular, the WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) experiment restricts the abundance of matter and the abundance of baryonic matter in good agreement with predictions from Big Bang Nucleosynthesis. It is commonly believed that such a non-baryonic component could consist of new, as yet undiscovered, particles, usually referred to as WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Some extensions of the standard model (SM) of particle physics predict the existence of particles that would be excellent DM candidates. In particular great attention has been dedicated to candidates arising in supersymmetric theories: the Lightest Supersymmetric Particle (LSP). In the most supersymmetric scenarios, the so-called neutralino seems to be a natural candidate, being stable in theories with conservation of R-parity and having masses and cross sections of typical WIMPs. The EDELWEISS collaboration is a direct dark matter search experiment, aiming to detect directly a WIMP interaction in a target material, high purity germanium crystal working at cryogenic temperatures. It relies in the measurement of nuclear recoils that produce measurable effects in the crystal such ionization and heat. My PhD thesis is organized as follows. The first chapter aims to provide an introduction to the theoretical framework and the scientific motivation for the following work. The nature of DM has been one of the most challenging topics in contemporary physics since the first evidences of its existence had been found in the 1930s. Cosmologists and astrophysicists on one side, together with particle theorists on the other have put a lot of effort into this field: I will briefly account for their achievements and for the experimental strategies which can be set in this scenario. Since this thesis work was carried out within the EDELWEISS-II direct dark matter experiment, I will focus the next chapter on this topic, describing the main features. The second chapter is related to the set-up of the EDELWEISS-II, the current stage of the EDELWEISS experiment necessary after a first phase that achieved the best upper limit on the WIMP elastic scattering on nucleon as a function of WIMP mass in 2004. [....]

Les observations de la structure à grande échelle de l'Univers sont précieuses pour établir et tester des théories cosmologiques sur son origine et son évolution. Cette démarche requiert des outils appropriés d'assimilation des données, afin d'établir le contact entre les catalogues de galaxies et les modèles de formation des structures.Dans cette thèse, une nouvelle approche pour l'analyse ab initio et simultanée de la formation et de la morphologie de la toile cosmique est présentée : l'algorithme BORG infère les fluctuations de densité primordiales et produit des reconstructions physiques de la distribution de matière noire, en assimilant les relevés de galaxies dans un modèle cosmologique de formation des structures. La méthode, basée sur la théorie bayésienne des probabilités, fournit un moyen de quantifier précisément les incertitudes.On présente l'application de BORG aux données du Sloan Digital Sky Survey et on décrit la structure de l'Univers dans le volume considéré. On démontre que cette approche a mené à la première inférence quantitative des conditions initiales et du scénario de formation des structures observées. On utilise ces résultats pour plusieurs projets cosmographiques visant à analyser et classifier la toile cosmique. En particulier, on construit un catalogue de vides, décrits au niveau de la matière noire et non des galaxies. On présente des cartes probabilistes détaillées de la dynamique de la toile cosmique et on propose une solution générale pour la classification des structures en présence d'incertitude.Les résultats de cette thèse constituent une précise description chrono-cosmographique des inhomogénéités de la structure cosmique. / Surveys of the cosmic large-scale structure carry opportunities for building and testing cosmological theories about the origin and evolution of the Universe. This endeavor requires appropriate data assimilation tools, for establishing the contact between survey catalogs and models of structure formation.In this thesis, we present an innovative statistical approach for the ab initio simultaneous analysis of the formation history and morphology of the cosmic web: the BORG algorithm infers the primordial density fluctuations and produces physical reconstructions of the dark matter distribution that underlies observed galaxies, by assimilating the survey data into a cosmological structure formation model. The method, based on Bayesian probability theory, provides accurate means of uncertainty quantification.We demonstrate the application of BORG to the Sloan Digital Sky Survey data and describe the primordial and late-time large-scale structure in the observed volume. We show how the approach has led to the first quantitative inference of the cosmological initial conditions and of the formation history of the observed structures. We then use these results for several cosmographic projects aiming at analyzing and classifying the large-scale structure. In particular, we build an enhanced catalog of cosmic voids probed at the level of the dark matter distribution, deeper than with the galaxies. We present detailed probabilistic maps of the dynamic cosmic web, and offer a general solution to the problem of classifying structures in the presence of uncertainty.The results described in this thesis constitute accurate chrono-cosmography of the inhomogeneous cosmic structure.

Élucider le mystère de la matière noire est l’un des plus grands défis de la physique moderne, à l’interface entre l’astrophysique, la cosmologie et la physique des particules. Dans cette thèse, j’aborde différents aspects de la recherche indirecte des particules de matière noire, approche complémentaire à la détection directe et à la production dans des collisionneurs. Nous entrons dans une nouvelle ère grâce à des instruments remarquables et c’était donc le moment opportun pour s’attaquer au problème du profil de densité de matière noire au centre des galaxies par des méthodes originales. C'est la motivation principale de ma thèse. Dans ce travail, je tire parti des avancées technologiques afin d’explorer de nouvelles façons d’étudier la région centrale des halos de matière noire. Je me concentre en particulier sur les pics de matière noire, qui correspondent à des augmentations extrêmement fortes de la densité de matière noire pouvant être induites par les trous noirs supermassifs. Je montre qu’il est possible d’aller au-delà des recherches standards en étudiant les photons émis par des électrons et positrons produits dans les processus d’annihilation des particules de matière noire. Dans ce contexte, je décris une nouvelle technique pour modéliser la propagation des rayons cosmiques pour des profils d'injection très piqués. Je développe des modèles originaux de l’émission diffuse dans les régions centrales des galaxies, pour la Voie Lactée mais également pour d’autres galaxies, ce qui permet d’expliquer certaines observations récentes et de faire des prédictions pour des observations futures. / Unveiling the nature of dark matter is one of the greatest challenges of modern physics, at the interface between astrophysics, cosmology and particle physics. In this thesis, I tackle various aspects of indirect searches for dark matter particles, which provide a complementary approach to direct detection or collider experiments. We are now entering into an era of instruments with outstanding capabilities, so it was timely to tackle the problem of the dark matter density profile at the centers of galaxies with novel methods, which motivated this thesis. Taking advantage of these technological advances, I investigate new ways of probing the very central part of dark matter halos, especially focusing on dark matter spikes, i.e. very strong enhancements of the dark matter density that can form around supermassive black holes. I show that we can go beyond standard dark matter searches by studying photon emission from electrons and positrons produced in dark matter annihilation processes. In this context, I describe a new cosmic-ray propagation technique to account for injection by spiky distributions at the centers of galaxies. I develop novel models of the diffuse emission in the central regions of galaxies, focusing not only on the center of the Milky Way, but on the central regions of other galaxies as well. This allows me to explain recently reported observations and make predictions for future observations.

Les coquilles d’huitres perlières (Pinctada margaritifera) en élevage sont abondamment colonisées par des peuplements épibiontes (ie biofouling). Ces communautés d’épibiontes représentent des contraintes de gestion coûteuses pour les perliculteurs (manutention, traitements). Leur rôle dans le fonctionnement des élevages, à la fois sur les espèces cultivées et sur l'environnement, est cependant encore très mal connu. La majorité des épibiontes sont des organismes filtreurs, potentiels compétiteurs des huitres perlières pour la ressource. Alors qu’une telle compétition pourrait compromettre la production, les interactions trophiques entre les huitres perlières et les épibiontes ont été très peu étudiées en Polynésie française. Plus largement, l’activité des épibiontes, ajoutée à celle des huitres perlières, pourrait également avoir des conséquences sur le fonctionnement de l’écosystème lagonaire. Au cours de ce travail de thèse, le biofouling a été étudié au travers d’une approche globale, considéré simultanément comme une contrainte pour la perliculture et comme un forçage biologique pour l’écosystème. Plusieurs expérimentations ont été réalisées dans 4 lagons de Polynésie française : Ahe, Mangareva, Rangiroa et Tahiti. Les communautés d’épibiontes ont été décrites, leur influence sur les fonctions physiologiques des huitres perlières (nutrition, croissance, reproduction) évaluée et finalement, leur rôle dans les interactions entre les élevages d’huitres perlières et l'environnement a été quantifié. Alors qu’aucun effet négatif du biofouling n’a été décelé sur la production des huitres perlières, son importance dans les processus à l’échelle de l’écosystème a été démontrée. / Reared pearl oysters support a host of epibiont communities (ie biofouling). Biofouling control results in additional costs for farmers (handling, treatment). However, the impact of epibionts on pearl oysters and on environment remains poorly known. Epibiont communities are dominated by filter-feeder organisms, which may compete for food with pearl oysters. Although such competition could alter the commercial production, very few studies have been conducted concerning the trophic interactions between pearl oysters and epibionts in French Polynesia. Otherwise, epibionts could reinforce the influence already induced by pearl oysters on the ecosystem. During this thesis, the problem of biofouling was addressed using a holistic approach, considering it as a constraint for pearl farming and a biological forcing for the ecosystem. Several experiments have been conducted in 4 lagoons of French Polynesia: Ahe, Mangareva, Rangiroa and Tahiti. Biofouling communities have been described, their impact on pearl oysters (feeding, growth, reproduction) assessed and finally we quantified their influence in the interactions between pearl oysters’ rearing and environment. While no negative impact of biofouling was observed on pearl oysters, its importance on the ecosystem processes have been demonstrated.