Le marinage et le saumurage améliorent la durée de conservation, la tendreté et la jutosité de la viande et du poisson. En complément, un malaxage ou « barattage » est souvent appliqué aux pièces de viande préalablement à la cuisson. Le but principal de cette étude était d’évaluer l’impact des conditions de traitement sur les modifications biochimiques et structurales du tissu musculaire ; une grande partie concerne le malaxage. Les essais relatifs au marinage ont permis de fixer le pH et la teneur en NaCl de petits échantillons de Semitendinosus de bœuf respectivement à 6,5, 5,4 ou 4,3 et à 0,9 ou 2 % en masse ; une ANOVA a révélé les effets de ces 2 paramètres sur la taille des cellules et des espaces extracellulaires, l’oxydation des lipides et des protéines et l’hydrophobie de surface de ces dernières. Un simulateur de saumurage-malaxage conçu par le laboratoire a permis d’imposer des successions de déformations contrôlées (nombre de 350 à 2500, taux de compression de 10 à 30%) à des muscles Semimembranosus (SM) ou Rectus femoris (RF) de porc. Des traitements mécaniques semblables à ceux existant dans des barattes industrielles de tailles différentes ont ainsi été reproduits. Les principales conclusions sont : (1) le malaxage augmente nettement la diffusivité apparente du NaCl, d’une part, en altérant la structure tissulaire (+ 20 %), et d’autre part, en induisant une convection s’ajoutant à la diffusion (+200 %) ; (2) le traitement mécanique entraine en lui-même une augmentation de la solubilité des protéines, connue pour moduler les qualités des viandes transformées, de 20 à 50% par rapport à des échantillons non malaxés, qu’ils soient salés ou non ; (3) il entraine aussi une augmentation modérée de l’hydrophobie des protéines ; (4) la dégradation de l’endomysium, servant d’indicateur des modifications structurales, est plus marquée au milieu qu’en périphérie du muscle malaxé et d’autant plus importante que le traitement mécanique est fort et long. / Marinating and brining improve shelf-life, tenderness and juiciness of meat and fish. As a supplement massaging or tumbling is often applied to meat pieces before cooking. The main aim of this study was to assess the impacts of the processing conditions on the biochemical and structural changes in the meat tissue; a great part is focused on massaging. In the marinating trials the pH and NaCl content of thin samples of beef Semimembranosus muscle were set at 6.5, 5.4 or 4.3 and at 0,9 or 2 % (w/w), respectively; an ANOVA have shown the effect of these two parameters on the cells and extra cellular space sizes, the oxidation of lipids and proteins and the protein surface hydrophobicity. A brining-massaging simulator built by the laboratory was used to apply controlled successions of deformations (number from 350 to 2500, compression ratio from 10 to 30 %) to Semimembranosus (SM) ou Rectus femoris (RF) pork muscles. Mechanical treatments similar to those existing in industrial tumblers of various diameters were so reproduced. The main conclusions are: (1) massaging clearly increases the NaCl apparent diffusivity, on the one hand, by a modifying the tissue structure (+20%) and, on the other hand, by adding convection to diffusion (+200%); (2) the mechanical treatment promotes by itself an increase in protein solubility, known to affect processed meat quality, from 20 to 50 % in comparison with salted or unsalted reference samples; (3) it also increases moderately protein hydrophobicity; (4) the endomysium degradation, used as an indicator of structural changes, was more pronounced in the muscle periphery than in the middle and all the more marked than massaging was strong and long.

De nombreuses observations astrophysiques et cosmologiques tendent à montrer que l'essentiel de la matière de notre Univers est constitué de matière sombre. À l'échelle locale, la matière sombre serait rassemblée sous la forme d'un halo statique englobant la Voie Lactée.L'idée de la détection directionnelle est de mesurer la direction de reculs nucléaires produits par l'interaction avec les particules de matière sombre.Cette stratégie de détection pourrait alors mettre en évidence une corrélation entre la distribution angulaire des reculs nucléaires et le mouvement relatif du système solaire par rapport au halo permettant ainsi de découvrir et de contraindre les propriétés de la matière sombre.Dans ce contexte, la collaboration MIMAC a développé un détecteur gazeux permettant la mesure de la trace en 3D de reculs nucléaires.Afin de démontrer le potentiel de ce détecteur, un prototype bi-chambre a été installé au LSM en juin 2012.Cette thèse porte sur l'étude de la détection directionnelle avec le détecteur MIMAC selon quatre axes de recherche.Le premier axe concerne la caractérisation du détecteur avec l'étalonnage en énergie, la mesure du facteur de quenching et de la vitesse de dérive des électrons et la mise en place de la discrimination électron/recul.Le deuxième axe porte sur l'analyse des données expérimentales acquises au LSM. Ces donnés ont permis de réaliser la première mesure de traces en 3D de reculs de noyaux fils issus de la chaine du radon.Le troisième axe concerne la simulation du bruit de fond neutron au LSM avec un modèle de propagation des neutrons dans la caverne.Cela a permis d'estimer le taux d'événements neutron attendu et l'impact de la modélisation du fond neutrons sur la limite expérimentale.Enfin, le quatrième axe porte sur l'étude de l'impact des limites LHC sur la masse des squarks sur l'interaction entre les noyaux et la matière sombre. / A large number of astrophysical and cosmological observations support the fact that the matter component of our Universe is mainly composed by dark matter.At the local scale, a static and dense dark matter halo should surround the Milky Way.The directional detection idea is to measure the direction of nuclear recoils produced by the interaction with dark matter particles.This detection strategy could highlight a correlation between the angular distribution of nuclear recoils and the relative motion of the solar system respect to the galactic halo.Such signature opens the possibility to discriminate such rare events with respect to neutron background allowing the positive direct detection of dark matter.In this context, MIMAC collaboration has developed a detector allowing the measurement of 3D nuclear recoil tracks.Since June 2012, a bi-chamber prototype is installed at the LSM to demonstrate the potential of this detector.This Ph.D. thesis presents a study of dark matter directional detection with the MIMAC detector including four different aspects.The first one consist in the characterization of the detector describing the energy calibration, the measurement of the quenching factor and the electron drift velocity and the electron/recoil discrimination.The second one focuses on the analysis of experimental data acquired at the LSM. This study shows, for the first time, the observation of low energy 3D nuclear recoil tracks from the radon progeny.The third one describes the neutron background simulation at the LSM with a neutron propagation model showingthe expected neutron event rate and the impact on exclusion limits.Finally, the fourth one is related to the study of the impact of squarks masse limits from LHC results on supersymmetric particles interaction with quarks.

Des mouvements collectifs dirigés émergent dans des systèmes très variés, depuis les assemblées synthétiques de grains vibrés jusqu'aux nuées d'oiseaux dans la nature. En essayant de comprendre le caractère générique de ces comportements dynamiques collectifs, les physiciens ont décrit les populations d'individus motiles comme des matériaux ordonnés.Dans cette thèse, nous réalisons expérimentalement des troupeaux synthétiques en laboratoire et nous explorons leurs propriétés hydrodynamiques.Nous tirons avantage du mécanisme d’électro rotation de Quincke pour motoriser des millions de colloïdes. Ces rouleurs de Quincke sont capables de s'auto-organiser pour former un troupeau appelé liquide polaire où toutes les particules se déplacent en moyenne dans la même direction.Nous montrons que la dynamique de ce liquide polaire est très bien décrite par des prédictions théoriques laissées sans preuves expérimentales depuis vingt-cinq ans. En particulier,nous démontrons que deux modes sonores s'y propagent et nous montrons que l’étude de leur spectre fournit une méthode non invasive pour mesurer ses constantes hydrodynamiques.Finalement, nous montrons que le mouvement dirigé peut être supprimé collectivement dans un troupeau dense. Un solide actif peut nucléer et se propager à contre-courant dans le liquide polaire. Nous établissons que cette solidification est une transition du premier ordre et qu'il s'agit de la première démonstration expérimentale complète d'une séparation de phase induite par la motilité des particules actives (aussi appelée MIPS). / Spontaneous collective motion arises in many different systems, from assembly of synthetic shaken grains to living bird flocks. In order to understand the generic features of those collective behaviours, physisicts describe the flocks of motile units as ordered materials. In this thesis we study experimentally the dynamics of synthetic flocks and explore their hydrodynamic properties. We take advantage of the Quincke mechanism to motorize millions of colloids. Those Quincke rollers self-organize into a polar liquid, where all the particles, on average flow in the same direction. We provide the first experimental proof that the dynamics of polar liquids is well described by a theoretical prediction established more than twenty-five years ago. In particular, we demonstrate that two sound modes propagate along all directions of the fluid and we design a non invasive spectroscopic method to measure its hydrodynamics constants.Finally, we show that collective motion can be arrested in a dense flock. An active solid can nucleate, grow and propagate in a polar liquid. We establish that this solidification is a first order phase transition and demonstrate that the formation of this active solid is the first experimental proof of a complete motility induced phase separation of active particles (also known as MIPS).

Les ondes térahertz (THz), situées entre l'infrarouge et les micro-ondes dans le spectre électromagnétique, correspondent aux fréquences caractéristiques de nombreux mouvements moléculaires et permettent ainsi de caractériser des molécules complexes par spectroscopie dans le domaine temporel. Cette thèse a pour objectif d'étudier les champs THz émis par une source constituée d'une impulsion laser à deux couleurs générant un plasma par ionisation de l'air. En raison de l'asymétrie temporelle du champ laser, un courant électronique présentant une composante basse-fréquence dans la gamme THz est formé dans le plasma par conversion non linéaire et produit un champ secondaire comprenant une composante THz. Les effets non linéaires intervenant dans la génération du rayonnement THz sont l'effet Kerr à basse intensité (< 10¹³ W/cm²) et les photocourants à plus haute intensité (> 10¹³ W/cm²), au-dessus du seuil d'ionisation. Ce dernier mécanisme, qui génère le plus de rayonnement THz, est principalement étudié dans ce manuscrit. Si la puissance crête de l'impulsion laser est suffisamment élevée, des filaments de lumière peuvent être formés par combinaison de l'effet Kerr focalisant et de la formation d'un plasma défocalisant. Le phénomène de filamentation laser permet ainsi de créer des ondes THz à distance. En modulant l'impulsion laser, il est aussi possible de modifier les champs et spectres THz associés. En particulier, nous étudions les effets d'une dérive de fréquence et de la combinaison de multi-impulsions sur l'efficacité de conversion laser-THz. Nous consacrons en outre une large part de nos études à l'influence de l'augmentation de la longueur d'onde laser sur le rendement en énergie de l'émission THz. / The terahertz waves (THz), located between the infrared and the microwaves in the electromagnetic spectrum, correspond to the characteristic frequencies of numerous molecular motions and thus make it possible to characterize complex molecules by time-domain spectroscopy. This thesis aims to study the THz fields emitted by a source formed by a two-color laser pulse generating a plasma by air ionization. Due to the time asymmetry of the laser field, an electric current having a low-frequency component in the THz range is formed in the plasma by nonlinear conversion, generating a secondary field including a THz component. The nonlinear effects involved in the generation of THz radiation are the Kerr effect at low intensity (< 10¹³ W/cm²) and the photocurrents at higher intensity (> 10¹³ W/cm²), above the ionization threshold. This latter mechanism, which generates the most THz radiation, is mainly studied in this manuscript. If the peak power of the laser pulse is sufficiently high, light filaments can be created by combining the focusing Kerr effect and the defocusing action of the plasma. So, the filamentation process can produce THz waves remotely. By modulating the laser pulse, it is possible to modify the associated THz fields and spectra. In particular, we study the effects of pulse chirping and multi-pulse combination. We also devote a large part of our studies to the influence of increasing the laser wavelength on the THz energy yield.

L’émission IR de nombreuses lignes de visée dans le milieu interstellaire (ISM) présente des bandes d’émission appelées AIBs, habituellement attribuées aux hydrocarbures aromatiques polycyliques (PAHs). Identifier les porteurs des AIBs permettrait une meilleure compréhension de l’évolution de la matière carbonée dans l’ISM. Le but est ici de pouvoir comparer les AIBs avec des spectres IR théoriques et expérimentaux de nanoparticules hydrocarbonées. Le travail réalisé ici a porté sur l’analyse structurale de ces systèmes. Des systèmes moléculaires désordonnés contenant de 24 à 60 atomes de carbone sont générés par des simulations Monte Carlo par échange de répliques à l’aide du potentiel réactif empirique AIREBO. Après minimisation de leur énergie potentielle, les structures ainsi créées sont caractérisées à l’aide de divers paramètres d’ordre. L’évolution de l’organisation structurale est analysée en fonction de la taille et de la composition chimique (rapport C/H) des systèmes. Les structures obtenues présentent une grande diversité. L’étude statistique des différents paramètres d’ordre permet de mettre en évidence des tendances. La forme globale prise par les agrégats dépend de leur taille. Les atomes d'hydrogène, souvent périphériques sur les structures de type cage, favorisent un degré d'organisation plus fort. Le calcul des spectres IR de ces structures sera réalisé dans le futur. Pour obtenir des spectres expérimentaux de nanoparticules hydrocarbonées en phase gaseuse, le développement du spectromètre en émission IR FIREFLY a été poursuivi et FIREFLY a été couplé avec une source de nanoparticules. Ces développements permettront bientôt de mesurer les spectres expérimentaux des systèmes d’intérêt. / The mid-IR emission of many lines of sight in the Interstellar Medium (ISM) displays Aromatic Infrared Bands (AIBs) commonly attributed to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Identifying AIB carriers would allow for a clearer view of carbon matter evolution in the ISM. We intend to compare AIBs with theoretically derived and expermentally obtained IR spectra of hydrocarbon nanoparticles. The work done here focused on the structural analysis of such systems. Disordered molecular systems containing 24 to 60 C-atoms are generated by multi-tempering Monte Carlo simulations using the empirical potential AIREBO. After quenching the potential energy, the created structures are characterized with various order parameters. The evolution of the structural organization is analyzed as a function size and chemical composition (C/H ratio) of the systems. Generated structures display a great diversity, The statistical study of the order parameters shows tendancies. The global shape of the clusters depends on their size. H-atoms, often found on the edges of cage-like structures, favour a higher degree of organization. The calculation of IR spectra for those structures will be done in the future. To obtain experimental spectra of gas-phase hydrocarbon nanoparticles, the development of the IR emission spectrometer FIREFLY was continued. FIREFLY was coupled with a source of nanoparticles. Thoses developments will soon allow to measure experimental spectra of the molecular systems of interest.

Le but de cette thèse est d'étudier des moodèles simples d'agents "auto-propulsés": capables de générer du mouvement en consommant de l'énergie provenant de leur environnement, sans forçage externe. Deux modèles de ce type ont été étudiés lors de cette thèse:-Dans un premier temps un modèle de type "Vicsek" a été étudié, c'est à dire que les particules représentées par un couple (position,vitesse) ont une évolution régie par des règles simples d'alignement et d'auto-propulsion à vitesse constante. Ici, l'alignement est nématique: les particlules s'alignent selon leur grand axe, au contraire d'un alignement polaire il se fait indiféremment tête à queue ou tête à tête. Par rapport aux précédents modèles de ce type la première nouveauté est l'introduction d'une pseudo répulsion (dans l'esprit Vicsek, modélisée par un terme de type couple) donnant une extension spatiale à ces particules. La seconde nouveauté est la présence d'un "taux de retournement" qui rend compte du temps de persistence de la direction de l'auto-propulsion. Dans cette partie nous décrivons divers diagrammes de phases de ce nouveau modèle qui montrent de nouvelles phases non répertoriées précédemment: les arches mais aussi des bandes "smectiques", quelques propriétés de ces structures ont été mesurées. Des équations hydrodynamiques obtenues via la méthode "Boltzmann-Ginzburg-Landau" ayant par ailleurs été dérivées nous effectuons une comparaison: la plupart des phases ainsi que certaines de leurs propriétés sont retrouvés dans le modèle hydrodynamique.-Dans un second temps, nous étudions la bactérie Neisseria Meningitidis qui présente la particularité de générer des "pili", filaments de plusieurs micromètres de long. En dépolymérisant ces structures, à vitesse constantes (~1 µm/s), elle est capable de en générer des forces gigantesques pour le vivant (~100 pN). Cette bactérie a tendance à former des aggrégats sphériques, présentant toutes les propriétés d'un liquide, pour coloniser l'organisme de l'hôte.Des mesures de viscosité et de tension de surface de ces aggrégats ont montré le rôle crucial du nombre de pili. Fort de ces constats nous avons bati un modèle microscopique dont la particularité est l'introduction de potentiels stochastiquement attractifs, c'est à dire que les particles transitent entre un état attractif et un état diffusif. Cette partie retranscrit l'évolution du modèle au cours du temps. Nous avons pu reproduire certaines propriétés des aggrégats, nous avons notamment mis en évidence une variation de la diffusion entre le centre et le bord des aggrégats qui recoupe les données expérimentales. / This thesis purpose is to study simple "self-propelled" agents models: they are able to generate motion by consumming energy comming from their environment, without external forcing. Two models of that kind have been studied:-In the first part a Vicsek-style model has been studied, that is we particles are modeled by a couple (position,velocity) which evolution is dictated by simple rules of alignment and self-propulsion at constant speed. Here the alignment is nematic particles align along their long axis and alignment is not polar, contrarily to a polar alignment particles don't discriminate between head and tail . Compared to previous models of this type, the first novelty is the introduction of a pseudo-repulsion (in the Vicsek-spirit, modelized by a torque-like term) providing spatial extension to these particles. The second addition is a flipping rate which renders the persistence time of the direction of self-propulsion. In this part we describe several phase diagrams of this new model which show new phases not previously classified: arches but also "smectic" bands, some propreties of these structures have been measured. Hydrodynamic equations from the "Boltzmann-Ginzburg-Landau" method have been also developped, comparisons are performed: the hydrodynamic model recovers most phases and some of their propreties.-In the second part we study Neisseria Meningitidis, a bacteria which particularity is to generate pili: filamentous structures several micrometers long. By depolymerizing these structures at constant speed (~1µm/s), it is able to generate gigantic forces for the living word (~ 100pN). This bacteria has a tendancy to form spherical aggregates, showing all propreties of a liquid, in order to colonize the host organism. Viscosity and surface tension measure of these aggregates have shown the crucial role of the pili number. Using these data we've built a microscopic model which particularity is the presence of a stochastically attractive potential, that is to say that particles are transiting between an attractive state and a diffusive one. This part relates the model evolution in time. We've ben able to reproduce some aggregate propreties, in particular we've highlighted a variation of the diffusion between aggregate center and edges which fits experimental data.

La matière active, désignant les systèmes hors d’équilibre composés de particules étant capable d’utiliser l’énergie présente dans leur environnement afin de se déplacer de façon systématique, a suscité beaucoup d’attention auprès des communautés de mécanique statistique et matière molle ces dernières décennies. Les systèmes actifs couvrent en effet un large panel d’exemples allant de la biologie aux granulaires. Cette thèse se concentre sur l’étude de modèles minimaux de matière active sèche (ceux pour lesquels le fluide dans lequel les particles sont immergées est négligé), tel que le modèle de Vicsek qui considère des particules ponctuelles se déplaçant à vitesse constante tout en alignant leur direction de mouvement avec celles de leurs voisins localement en présence de bruit, et définit une classe d’universalité hors équilibre pour la transition vers le mouvement collectif. Quatre problèmes en suspens ont été abordés : La définition d’une classe d’universalité en matière active sèche qui décrit des systèmes de particles présentant un alignement polaire et un mouvement apolaire. Cette nouvelle classe exhibe une transition continue vers un quasi-ordre polaire doté d’exposants variant continument, et donc analogue au modèle XY à l’équilibre, mais n’appartenant pas à la classe d’universalité Kosterlitz-Thouless. Ensuite, l’étude de la validité des théories cinétiques décrivant les modèles de type Vicsek, qui sont confrontées aux résultats obtenus aux niveaux microscopique et hydrodynamique. Puis une évaluation quantitative de la théorie de Toner et Tu, permettant de mesurer les exposants caractérisant les fluctuations dans la phase ordonnée du modèle de Vicsek, à partir de simulations numériques à grande échelle du modèle microscopique. Enfin, la création d’un formalisme pour la dérivation d’équations hydrodynamiques à partir de modèles de matière active sèche à trois dimensions, ainsi que leur étude au niveau linéaire. / Active matter, i.e. nonequilibrium systems composed of many particles capable of exploiting the energy present in their environment in order to produce systematic motion, has attracted much attention from the statistical mechanics and soft matter communities in the past decades. Active systems indeed cover a large variety of examples that range from biological to granular. This Ph.D. focusses on the study of minimal models of dry active matter (when the fluid surrounding particles is neglected), such as the Vicsek model: point-like particles moving at constant speed and aligning their velocities with those of their neighbors locally in presence of noise, that defines a nonequilibrium universalilty class for the transition to collective motion. Four current issues have been addressed: The definition of a new universality class of dry active matter with polar alignment and apolar motion, showing a continuous transition to quasilong-range polar order with continuously varying exponents, analogous to the equilibrium XY model, but that does not belong to the Kosterlitz-Thouless universality class. Then, the study of the faithfulness of kinetic theories for simple Vicsek-style models and their comparison with results obtained at the microscopic and hydrodynamic levels. Follows a quantitative assessment of Toner and Tu theory, which has allowed to compute the exponents characterizing fluctuations in the flocking phase of the Vicsek model, from large scale numerical simulations of the microscopic dynamics. Finally, the establishment of a formalism allowing for the derivation of hydrodynamic field theories for dry active matter models in three dimensions, and their study at the linear level.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur la recherche de neutrino stérile à l'aide de désintégrations β dans les expériences SOX et TRISTAN. Le neutrino stérile est une particule hypothétique, solidement établi théoriquement, qui ne prendrait part à aucune interaction fondamentale, gravité mise à part. Étant entendu que le neutrino stérile se mélange avec les neutrinos actifs connus, l'existence de ces premiers peut être étudiée directement en laboratoire. L'expérience SOX a été conçue pour explorer l'existence d'un neutrino stérile d'une masse autour de l'électronvolt (eV). Un neutrino stérile avec une telle masse permettrait d'expliquer plusieurs anomalies observées à courte distance de sources (quelques mètres) lors de mesures d'oscillations de neutrinos de basses énergies (quelques MeV). SOX avait pour projet d'utiliser le détecteur de neutrinos solaire déjà existant Borexino, et d'observer un signal d'oscillation vers le stérile à l'intérieur même du volume actif du détecteur. La source radioactive de 5.5 PBq et positionnée à 8.5 m du centre du détecteur, émettrait des antineutrinos électroniques via la désintégration β du ¹⁴⁴Ce et du ¹⁴⁴Pr. Une des clés de l'observation de cette oscillation, est la connaissance précise de l'activité de la source. Une telle activité peut être déterminée en mesurant la chaleur dégagée par la source. C'est la raison pour laquelle l'INFN Genova et la TUM ont développé conjointement un calorimètre dédié. La chaleur dégagée par la radioactivité est alors captée par un échangeur puis transmise à un circuit d'eau étroitement contrôlé. Le calorimètre a été assemblé, optimisé puis étalonné avec succès. La perte de chaleur du circuit fut déterminée lors des mesures d'étalonnage grâce à un chauffage électrique. Des variations des conditions expérimentales et une isolation thermique sophistiquée ont permis d'opérer avec des pertes de chaleur négligeables. Il a ainsi été démontré que la puissance thermique de la source pouvait être estimée, en 5 jours seulement, avec une précision supérieure à 0,2%. Malheureusement, le programme SOX a dû être annulé. Le projet TRISTAN, quant à lui, tend à démontrer l'existence d'un neutrino stérile avec une masse de l'ordre du kilo-électronvolt (keV). Si le neutrino stérile à l'eV tente d'apporter une réponse aux différentes anomalies observées lors de mesures d'oscillation, le neutrino stérile au keV, en tant que potentiel candidat matière noire. Le projet TRISTAN cherche à mesurer l'empreinte de ce nouvel état de masse sur le spectre du tritium dans le cadre de l'expérience KATRIN. Cette dernière vise à déterminer la masse effective du neutrino (actif) en mesurant l'extrémité du spectre de tritium avec une excellente résolution et un faible taux de comptage. Une fois la mesure achevée, le détecteur de KATRIN sera modifié afin d'effectuer une mesure différentielle et intégrale de l'ensemble du spectre en tritium: c'est le projet TRISTAN. Le détecteur actuel sera remplacé par un nouveau détecteur de silicium à dérive (SDD) de 3500 pixels permettant une résolution de 3% à 6 keV et pouvant supporter un taux de comptage montant jusqu'à 10⁸ coups par seconde, activité maximum attendue. Un prototype a été testé avec succès et une première mesure de tritium a été réalisé au spectromètre de masse neutrino Troitsk afin d'étudier les erreurs systématiques et de développer des méthodes d'analyses pertinentes. Un premier ajustement cohérent du spectre tritium différentiel acquis lors de cette installation, a démontré la faisabilité du projet. TRISTAN lui-même est toujours en cours de développement mais les caractérisations du détecteur et les études de systématiques sont plus qu'encourageantes pour la poursuite du projet. La première investigation de neutrino stérile avec le détecteur de TRISTAN sur le site de KATRIN est prévue après la mesure de masse, en cours à Karlsruhe, aux alentours de 2024. / The work presented in this thesis is about the sterile neutrino search with the two experiments SOX and TRISTAN based on the β-decay. Sterile neutrinos are theoretically well motivated particles that do not participate in any fundamental interaction except for the gravitation. With the help of these particles one could elegantly explain the origin of the neutrino mass, dark matter and the matter-antimatter asymmetry in the universe. As sterile neutrinos can mix with the known active neutrinos, they could be discovered in laboratory searches. The SOX experiment was designed to search for a sterile neutrino with a mass in the eV-range. This particular mass range is motivated by several anomalous observations at short-baseline neutrino experiments that could be explained by an additional oscillation with a length in the order of meters that arises from an eV-scale sterile neutrino. For SOX it was planned to use the existing Borexino solar neutrino detector to search for an oscillation signal within the detector volume. The neutrinos are emitted from a 5.5 PBq electron-antineutrino source made of the β-decaying isotopes ¹⁴⁴Ce and ¹⁴⁴Pr, located at 8.5 m distance from the detector center. For the analysis of the signal it is crucial to know the source activity. This parameter is determined by measuring the decay heat of the source with a thermal calorimeter that was developed by TUM and INFN Genova. The decay heat is measured through the temperature increase of a well-defined water flow in a heat exchanger that surrounds the source. The calorimeter was assembled, optimized and characterized. Heat losses were determined through calibration measurements with an electrical heat source. Adjustable measurement conditions and an elaborate thermal insulation allowed an operation with negligible heat losses. It was proven that the power of a decaying source can be measured with <0.2% uncertainty in a single measurement that lasts ~5 days. Unfortunately the SOX experiment was canceled after a technological problem rendered the source production with the required activity and purity impossible. The TRISTAN project is an attempt to discover sterile neutrinos with masses in the order of keV. In contrast to eV-scale sterile neutrinos that are motivated by several anomalies observed in terrestrial experiments, the existence of sterile neutrinos with masses in the keV range could resolve cosmological and astrophysical issues, as they are dark matter candidates. The TRISTAN project is an extension of the KATRIN experiment to search for the signature of keV-scale sterile neutrinos in the tritium β-spectrum. KATRIN itself is attempting to determine the effective neutrino mass by measuring the end point of the tritium spectrum at low counting rates. The KATRIN setup will be modified after the neutrino mass measurements are finished to conduct a differential and integral measurement of the entire tritium spectrum. This project is called TRISTAN. The current detector will be replaced by a novel 3500-pixel silicon drift detector system that has an outstanding energy resolution of a few hundred eV and can handle rates up to 10⁸ counts per second as they occur when the entire spectrum is scanned. Prototype detectors were successfully tested and first tritium data was taken at the Troitsk ν-mass spectrometer to study systematic effects and develop analysis methods. A successful fit of the differential tritium spectrum proved the feasibility of this approach. TRISTAN itself is still at an early stage, but the detector development and systematic studies are well on track and delivered so far encouraging results. The sterile neutrino search is scheduled after the KATRIN neutrino mass program is finished in ~2024.

La découverte récente d’un grand nombre d’exoplanètes et en particulier des planètes potentiellement habitables suscite une grande fascination. Pour modéliser les intérieurs de ces planètes, il est crucial de connaître avec précision les propriétés physiques et les équations d’état des composants planétaires. Ces matériaux se trouvent à des conditions de pressions et températures extrêmes ( 1-100 Mbar, 10^3-10^4 K), correspondantes à celles de la matière dense et tiède ou Warm Dense Matter (WDM). La description théorique de cette matière a progressé grâce aux calculs ab initio, mais reste complexe. Les données expérimentales sont fondamentales dans ce contexte.Ce projet de thèse porte sur l’étude expérimentale de trois matériaux importants pour la géophysique, le MgO, MgSiO3 et Mg2SiO4 dans le domaine ≈ 0.5-10 Mbar. Ces trois matériaux en fait sont les pôles purs magnésiens du (Fe, Mg)SiO3 and (Fe, Mg)2SiO4 qui sont parmi les composantes plus abondantes du manteau terrestre et très probablement des manteaux du Super-Terres et des noyaux des planètes géantes. Pour amener ces matériaux aux conditions typiques des intérieurs planétaires on a utilisé la technique de chocs laser. En particulier, nous avons réalisé trois campagnes expérimentales sur des grandes installations: LULI2000 (Ecole Polytechnique, France), GEKKOXII (Osaka University, Japan), MEC à LCLS (SLAC, USA). Pour chaque campagne, on a utilisé une technique différente. Sur LULI2000 et GEKKOXII nous avons étudié les propriétés de MgO, MgSiO3 et Mg2SiO4 liquide et la fusion avec des chocs décroissants couplés avec des diagnostiques optiques. Sur LULI2000 on a étudié les propriétés électroniques et structurelles du MgO liquide avec la spectroscopie XANES. Sur MEC, on a conduit une expérience de diffraction X pour déterminer les changements structuraux induits par des chocs stationnaires dans le régime solide sur le MgSiO3 et le Mg2SiO4. Dans leur ensemble, les résultats de ces expériences impliquent une révision des diagrammes de phase des matériaux étudiés. En particulier, on a déterminé un nouveau point de fusion pour le MgO (à 470 ± 40 GPa et 9860 ± 810 K), on a résolu une controverse sur la présence d’une transformation liquide-liquide dans le diagramme de phase du MgSiO3 (qui concernait une région autour de ~ 400 GPa sur la Hugoniot) et on a obtenu pour la première fois des évidences de la amorphisation de la Forsterite (Mg2SiO4 cristal) sous choc (à ~ 50 GPa sur la Hugoniot). En plus on a obtenu des informations sur la réflectivité (liée à la conductivité) pour le trois matériaux, et les données de spectroscopie XANES ont permis de comprendre le mécanisme de fermeture du gap (métallisation) du MgO sous effet de la température. / Two decades of exoplanet discoveries brought the physics of planetary interiors among the topics of broad and current interests. To advance in this field, one of the key ingredient is the knowledge of the equation of states and physical properties of planetary constituents. At the extreme conditions of planetary interiors ( 1-100 Mbar, 10^3-10^4 K), matter lies in the Warm Dense Matter (WDM) regime and theoretical descriptions are not trivial. Important progress have been done with ab-initio calculations based on differential functional theories, but such calculations need to be validated by experiments.In this thesis, we experimentally characterized phase diagrams and physical properties of MgO, MgSiO3 and Mg2SiO4 at conditions relevant for planetary science (0.5-10 Mbar). The studied compounds are the Mg end members of (Fe, Mg)SiO3 and (Fe, Mg)2SiO4 that are among the most abundant components of Earth’s mantle and are also thought to be abundant in Super-Earth’s mantle and giant planet cores. To bring these materials to planetary interior conditions we performed laser shock compression experiments at three high power laser facilities: LULI2000 (France), GEKKOXII (Japan), MEC at LCLS(USA). At LULI2000 and GEKKOXII we investigated the liquid properties and melting of MgO, MgSiO3 and Mg2SiO4 using decaying shocks coupled to visible diagnostics. At LULI2000 we studied with XANES spectroscopy MgO in the WDM regime highlighting its metallisation mechanism and structural properties in the liquid phase. Finally, at the MEC end station of LCLS, we used X-ray diffraction to measure shock induced structural changes on MgSiO3 and Mg2SiO4 in the solid region of their phase diagrams. Altogether these works, obtained with different diagnostics, imply a revision of the phase diagrams of the studied compounds. In particular we determined a new experimental melting point for MgO (at 470 ± 40 GPa and 9860 ± 810 K), we ruled out the occurrence of an MgSiO3 liquid-liquid transition (supposed to occur at ~ 400 GPa along the Hugoniot) and we evidenced for the first time the occurrence of an amorphous phase along the Forsterite (Mg2SiO4 crystal) Hugoniot (at ~50 GPa).

Cette thèse présente ma contribution à la mesure de l’échelle d’homogénéité à l’aide de galaxies, avec l’interprétation cosmologique des résultats. En physique, tout modèle est constitué par un ensemble de principes. La plupart des modèles de cosmologie sont basés sur le principe cosmologique, qui indique que l’univers est statistiquement homogène et isotrope à grande échelle. Aujourd’hui, ce principe est considéré comme vrai car il est respecté par ces modèles cosmologiques qui décrivent avec précision les observations. Cependant, l’isotropie de l’univers est maintenant confirmée par de nombreuses expériences, mais ce n’est pas le cas pour l’homogénéité. Pour étudier l’homogénéité cosmique, nous proposons un postulat d’homogénéité cosmique. Depuis 1998, les mesures des distances cosmiques à l’aide de supernovae de type Ia, nous savons que l’univers est maintenant en phase d’expansion accélérée. Ce phénomène s’explique par l’ajout d’une composante énergétique inconnue, appelée énergie sombre. Puisque l’énergie noire est responsable de l’expansion de l’univers, nous pouvons étudier ce fluide mystérieux en mesurant le taux d’expansion de l’univers. L’échelle d’oscillation acoustique Baryon (BAO). En mesurant cette échelle à différents moments de la vie de notre univers, il est alors possible de mesurer le taux d'expansion de l’univers et donc de caractériser cette énergie sombre. Alternativement, nous pouvons utiliser l’échelle d’homogénéité pour étudier cette énergie sombre. L’étude l’échelle de l’homogénéité et l’échelle BAO réclament l’étude statistique du regroupement de la matière de l’univers à grandes échelles, supérieure à plusieurs dizaines de Megaparsecs. Les galaxies et les quasars sont formés dans les vastes surdensités de la matière et ils sont très lumineuses: ces sources tracent la distribution de la matière. En mesurant les spectres d’émission de ces sources en utilisant de larges études spectroscopiques, telles que BOSS et eBOSS, nous pouvons mesurer leurs positions. Il est possible de reconstruire la distribution de la matière en trois dimensions en volumes gigantesques. Nous pouvons ensuite extraire divers observables statistiques pour mesurer l’échelle BAO et l’échelle d’homogénéité de l’univers. En utilisant les catalogues de diffusion de données 12 de la version 12 de données, nous avons obtenu une précision sur l’échelle d’homogénéité réduite de 5 par rapport la mesure de WiggleZ. À grande échelle, l’univers est remarquablement bien décrit en ordre linéaire selon le modèle LCDM, le modèle standard de la cosmologie. En général, il n’est pas nécessaire de prendre en compte les effets non linéaires qui compliquent le modèle à petites échelles. D’autre part, à grande échelle, la mesure de nos observables devient très sensible aux effets systématiques. Ceci est particulièrement vrai pour l’analyse de l’homogénéité cosmique, qui nécessite une méthode d’observation. Afin d’étudier le principe d’homogénéité d’une manière indépendante du modèle, nous explorons une nouvelle façon d’inférer des distances en utilisant des horloges cosmiques et SuperNovae de type Ia. C'est la théorie la plus couramment utilisée dans le domaine des hypothèses astrophysiques / This thesis exposes my contribution to the measurement of homogeneity scale using galaxies, with the cosmological interpretation of results. In physics, any model is characterized by a set of principles. Most models in cosmology are based on the Cosmological Principle, which states that the universe is statistically homogeneous and isotropic on a large scales. Today, this principle is considered to be true since it is respected by those cosmological models that accurately describe the observations. However, while the isotropy of the universe is now confirmed by many experiments, it is not the case for the homogeneity. To study cosmic homogeneity, we propose to not only test a model but to test directly one of the postulates of modern cosmology. Since 1998 the measurements of cosmic distances using type Ia supernovae, we know that the universe is now in a phase of accelerated expansion. This phenomenon can be explained by the addition of an unknown energy component,which is called dark energy. Since dark energy is responsible for the expansion of the universe, we can study this mysterious fluid by measuring the rate of expansion of the universe. Nature does things well: the universe has imprinted in its matter distribution a standard ruler, the Baryon Acoustic Oscillation (BAO) scale. By measuring this scale at different times in the life of our universe, it is then possible to measure the rate of expansion of the universe and thus characterize this dark energy. Alternatively, we can use the homogeneity scale to study this dark energy. Studying the homogeneity and the BAO scale requires the statistical study of the matter distribution of the universe at large scales, superior to tens of Megaparsecs. Galaxies and quasars are formed in the vast overdensities of matter and they are very luminous: these sources trace the distribution of matter. By measuring the emission spectra of these sources using large spectroscopic surveys, such as BOSS and eBOSS, we can measure their positions. It is thus possible to reconstruct the distribution of matter in 3 dimensions in gigantic volumes. We can then extract various statistical observables to measure the BAO scale and the scale of homogeneity of the universe. Using Data Release 12 CMASS galaxy catalogs, we obtained precision on the homogeneity scale reduced by 5 times compared to WiggleZ measurement. At large scales, the universe is remarkably well described in linear order by the ΛCDM-model, the standard model of cosmology. In general, it is not necessary to take into account the nonlinear effects which complicate the model at small scales. On the other hand, at large scales, the measurement of our observables becomes very sensitive to the systematic effects. This is particularly true for the analysis of cosmic homogeneity, which requires an observational method so as not to bias the measurement In order to study the homogeneity principle in a model independent way, we explore a new way to infer distances using cosmic clocks and type Ia SuperNovae. This establishes the Cosmological Principle using only a small number of a priori assumption, i.e. the theory of General Relativity and astrophysical assumptions that are independent from Friedmann Universes and in extend the homogeneity assumption