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.

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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.

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Ce travail de thèse concerne l'étude de la structure de noyaux riches en protons en mettant à profit la désintégration béta. La technique du guide d'ions adaptée aux réactions de fusion-évaporation induites par faisceaux d'ions lourds (HIGISOL) est un moyen très approprié à la séparation en ligne d'isotopes à vie brêve dans le cas d'éléments très réfractaires. Dans la première partie de ce mémoire, les expériences réalisées grâce au cyclotron K=130 de l'Université de Jyväskylä, et dédiées à la désintégration béta du 125Ce, ont permis d'obtenir des données originales sur le schéma de niveaux du 125La, et en particulier, de découvrir un nouvel isomère de 390 ms. La comparaison avec différents modèles théoriques est également présentée pour les noyaux de transition de la région. Dans une seconde partie, nous avons étudié l'émission différée béta de 1 et 2 protons du 27S, produit au GANIL, par fragmentation d'un faisceau de 36Ar à 95MeV/u sur une cible de carbone, et séparé à l'aide du spectromètre LISE.

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Ce travail de thèse porte sur l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions de rotation. Grâce aux multidétecteurs $\gamma$ tels que EUROGAM puis EUROBALL, nous avons étudié deux régions de noyaux à haut spin en détectant leurs transitions $\gamma$ de désexcitation. L'influence de la force de Coriolis au niveau microscopique est mise en évidence. Les isotopes de cadmium $^{113-116}$Cd ont été peuplés par réaction de fission induite par ions lourds ($^{28}$Si+$^{176}$Yb à 145 MeV). Des bandes découplées ont été identifiées dans les noyaux impairs atteints pour la première fois à haut spin. Considérées comme l'archétype des noyaux vibrateurs lorsqu'ils étaient étudiés par radioactivités, ils présentent à haut spin une faible déformation axiale allongée, confirmée par nos calculs microscopiques de type champ moyen réalisées sur les noyaux pairs-pairs. Le noyau superdéformé impair de plomb $^{197}$Pb a ensuite été atteint par réaction de fusion-évaporation ($^{18}O+^{186}$W à 117 MeV). Nous avons identifié les transitions inter-bandes reliant ses deux bandes superdéformées partenaires en signature. La mesure expérimentale du rapport d'embranchement B(M1)/B(E2) permet d'extraire les propriétés magnétiques de la matière superdéformée, confirmant l'absence de réduction du facteur gyromagnétique de spin neutron $g_{sn}$. La force de Coriolis qui découple le neutron célibataire dans les isotopes de cadmium est moins influente dans les noyaux superdéformés de plomb. Une esquisse de synthèse sur l'action de cette force de Coriolis a été présentée dans le cadre de cette étude.

Ce document synthétise l'ensemble de mes activités de recherche depuis mon doctorat à l'Institut National Agronomique Paris-Grignon (actuellement AgroParisTech), obtenu en 2001, jusqu'à mes travaux les plus récents et en cours effectués au Laboratoire Environnement Eau et Systèmes Urbains (LEESU) où je suis maître de conférences depuis mon recrutement en 2002. Le LEESU est un laboratoire commun à l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC), l'Ecole des Ponts Paris Tech, l'Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEMLV) et AgroParisTech. L'ensemble de mes recherches s'inscrit dans un contexte scientifique cohérent puisque mes activités ont toujours traité de la biogéochimie des éléments traces métalliques dans l'environnement. J'ai abordé la problématique des métaux dans les sols pollués durant mon travail de doctorat. Depuis mon recrutement au LEESU, je travaille sur les métaux dans les systèmes aquatiques et, notamment, leurs sources et leur spéciation dans le milieu récepteur. Ce manuscrit comporte classiquement trois parties. En premier lieu, je décris le contexte scientifique correspondant à mes thèmes de recherche. Dans un second temps, j'expose mes différentes activités et les principaux résultats obtenus. Pour finir, je présente mes perspectives de recherche pour les années qui viennent.

Les matrices d'excitation et d'émission de fluorescence (MEEF) sont utilisées pour caractériser la matière organique naturelle (MON). Afin de mieux exploiter ces informations, un algorithme trilinéaire, PARAFAC, est employé. Après l'élimination des diffusions Rayleigh et Raman et la correction de l'effet d'écran, cette méthode permet de séparer les composants spectraux présents dans les MEEF.Ce travail présente deux études : la qualification et la quantification de la MON selon son origine environnementale et le calcul des constantes de complexation de la MON et du cuivre sous forme ionique.Les composants spectraux et leurs intensités relatives sont calculés par PARAFAC à partir 1146 échantillons regroupés suivant les missions, leur type de milieu, ou le niveau de salinité. Pour étudier ces composants, une nouvelle représentation spectrale est proposée afin de mettre en évidence leur variabilité spectrale. Les résultats montrent que le regroupement d'échantillons d'origine diverse conserve le recouvrement spectral global et les intensités relatives. Sur l'ensemble du domaine spectral, les zones correspondant aux substances humiques sont peu variables, comparées à la zone protéinique.La complexation des métaux par la MON est analysée par une technique combinant quatre outils : l'ajout logarithmique d'ions métalliques, la mesure de MEEF, la méthode PARAFAC et l'algorithme PROSECE. La mesure du quenching de fluorescence ne se limite pas seulement à la modélisation d'une intensité de fluorescence mais à celle de l'intensité relative de chaque composant PARAFAC surpassant ainsi les méthodes utilisées jusqu'à présent. Finalement, l'application de cette technique originale permet de quantifier les propriétés de complexation de la MON à l'aide d'un modèle de complexation utilisant 2 sites de complexation par composant en utilisant la totalité du signal de fluorescence.

Les micrométéorites antarctiques (MMAs) échantillonnent le matériel présent lors des premiers instants de la formation du système solaire. Deux nouvelles familles de MMAs, bien préservées de l'altération terrestre ont été identifiées dans la collection CONCORDIA 2006: (i) les MMAs à grain fin (FgF ¬- Fine-grained Fluffy), et (ii) les MMAs ultracarbonées (UCAMMs - Ultracarbonaceous Antarctic Micrometeorites). Les FgF présentent des caractéristiques similaires à celles des particules de poussières interplanétaires (IDPs). Les UCAMMs ont une composition exceptionnellement riche en carbone (50 à 90 vol%). Les caractéristiques des MMAs ont été comparées aux résultats récents obtenus par la mission de retour d'échantillons cométaires STARDUST. Les MMAs ont été caractérisées par des observations spectroscopiques, minéralogiques, pétrographiques et isotopiques. Le degré d'ordre structural de la matière carbonée des MMAs a été analysé par spectroscopie Raman. Les résultats montrent qu'environ 65% des MMAs contiennent une matière carbonée présentant un fort degré de désordre. Le radical nitrile a été identifié dans une UCAMM. La minéralogie des UCAMMs a été décrite par microscopie électronique à transmission, afin de mieux comprendre leur processus de formation et d'évolution. Les minéraux principaux (olivines, pyroxènes et sulfures de fer) sont généralement présents sous forme d'agrégats, rarement sous forme de minéraux isolés ou dans des objets présentant une texture ignée. Des objets similaires aux Glass with Embedded Metal and Sulphides des IDPs ont été identifiés dans une UCAMM. La matière carbonée de ces UCAMMs est très enrichie en deutérium, jusqu'à 30 fois la valeur terrestre. L'association d'une matière carbonée avec une composante minérale formée à haute température confirme la présence d'un mécanisme de transport dans le disque protoplanétaire. Les MMAs offrent une opportunité unique d'étudier le continuum astéroïde-comète.