In this thesis, we have dealt with the description of optical properties of materials, with a particular interest in bulk materials. The state-of-the-art of first principle calculations of optical absorption of solids has been represented, up to recently, by the Bethe-Salpeter equation (BSE) approach. The results one can achieve within BSE are in good agreement with experiments and, moreover, the range of applicability of BSE goes well beyond the solids. Absorption spectra of atoms, molecules, clusters or surfaces are usually well described by the Bethe-Salpeter approach. The heaviness of the calculations involved, however, prevents a large-scale application to more complex systems, that are the systems of great interest in material science like, e.g., quantum dots, multi-wall nanotubes, biological molecules or defects in solids. The most prominent alternative to the Bethe-Salpeter approach is the Time Dependent Density Functional Theory, which is density-based and, therefore, could in principle lead to simpler calculations. A widely used approximation to the TDDFT is the adiabatic local density approximation (ALDA). Despite its (partial) success in finite systems the ALDA has led to poor results in the description of optical absorption of solids. The search for an efficient description of optical spectra of solids in TDDFT has become, hence, one of the major problems related to the optical response of a material. In this thesis new inroads have been made in the comprehension of the optical response of a material. Starting from a joint analysis of the BSE approach and the TDDFT framework, it has been possible to calculate the optical spectra of solids, semiconductors and insulators, with the inclusion of the excitonic effects, without solving the BSE but obtaining results of the same precision. To do so, we have derived, or re-derived in a more general way, the most relevant formulas, and implemented them in existing computer codes.7 In order to increase the efficiency and the stability of the calculations, the codes have also been optimized, and, in particular, a linear solver technique has been implemented to avoid all matrix inversions. A large number of calculations for a detailed analysis of the models used and for all hypotheses made, had then to be performed. Finally we have illustrated our findings for bulk silicon, silicon carbide, and solid argon. More in detail, after the theoretical framework, presented in chapters 1-4, • In chapter 5 we have recalled the fact that TDDFT and BSE have the same mathematical structure, and that the response function in both approaches can be written as S = S0 + S0KS whose solution gives the searched absorption or energy loss spectrum. The link between the response of an independent particle (or quasi-particle) system S0 and the full response S is given by the kernel K in this Dyson-like screening equation. The kernel K contains the Coulomb interaction v, which is common to both TDDFT and BSE, and the exchange-correlation (in TDDFT) or electron-hole (BSE) contribution, which is instead different in the two approaches. • The role of the Coulomb potential v has been elucidated in chapter 6. We have discussed its long-range component v0, which is responsible for the difference between the absorption and the electron energy loss spectra in solids. To further illustrate this result, we have shown, analytically and numerically that, in the limit of an isolated system, where the long-range component of the Coulomb interaction is negligible, the absorption and the electron energy-loss (at vanishing momentum transfer) spectra are the same. The microscopic components of the Coulomb interaction, instead, are responsible for the local field effects. • We have then addressed the second term of the kernel K, namely the exchangecorrelation kernel fxc (in TDDFT). The study made in chapter 7 has allowed us to show that simple static approximations for the exchange-correlation kernel fxc can yield spectra of semiconductors and insulators in qualitative agreement with the experiments. • In chapter 8 we have generalized a previously proposed, but never tested, expression for an exchange-correlation kernel fxc, within the time dependent density functional theory framework, which is fully ab initio and parameter-free. We have also investigated the different contributions to the kernel and found out how and when the generalized kernel 0fxc0 works in principle. • In chapter 9 the kernel here developed is applied and tested for two semiconductors, namely bulk silicon and silicon carbide, while • in chapter 10 the kernel is tested for an insulator, taking solid argon as an example. In both semiconductors and insulators the results of the TDDFT (using the kernel developed in chapter 8) and those of BSE are almost indistinguishable. We have hence contributed to the solution of the long-standing problem of how to calculate the absorption spectra of solids, in the framework of TDDFT, without solving the BSE. To have dealt with this problem, has allowed us to address, answer or simply illustrate several questions: ! classical Coulomb (Hartree) contributions play an important role in electronic spectra, and it is worthwhile to discuss their effects before addressing the problems of exchange and correlation. Their short-range and long-range parts are crucial for understanding the link between absorption and energy loss, and the transition between finite and infinite systems. ! satisfactory optical spectra of semiconductors and insulators can be obtained by using very simple models for the electron-hole interaction (in BSE) or for the exchangecorrelation kernel (in TDDFT); these models, of course, depend on parameters that one has to adjust to fit the experiment. However the computational complexity of these calculations is that of the RPA, and one might try to find ways to determine these parameters from first principles; ! to obtain an exchange-correlation kernel from the BSE is not straightforward. However, apart from some counter examples, discussed in chapter 8, in most cases an approximate mapping from one theory (the BSE) to the other (the TDDFT) is possible. A first consequence of the existing difficulties is that the resulting fxc kernel can suffer of convergence problem (requiring a lot of G-vectors or presenting strong fluctuations in frequency). There can also be several possible approximate mappings: an example is reported in chapter 7 where two exchange-correlations kernels, a long-range and an ultra short-range one, give similar (good) results. These two kernels are derived starting from the same model (the contact exciton model) within the BSE; ! an important finding, following the discussions of chapter 8, is that the key quantity of the theory is not the kernel fxc, but fxc multiplied by a response function; ! finally, we are now able to obtain very good results for the optical spectra of solids, well describing both the continuum and bound excitons, within a parameter-free TDDFT framework. Future Developments The thesis focused on the description of optical spectra of solids, in the appealing framework of TDDFT. However the concepts and approaches here developed have to be ex-tended in order to improve their applicability and “workability”. Concerning the latter, we will have to search for the most convenient algorithm to numerically evaluate the proposed expressions. We also plan to take advantage of the fact that, in our formulation, k-points are simply summed over, instead of being the indices of matrices that have to be inverted or diagonalized. Concerning the applications, a short term perspective is to apply the method to the description of the electron energy loss spectra, for which the resonant and anti-resonant part of the response function have to be taken into account. We also plan to study finite systems. Moreover the introduction of the spin degree of freedom could allow to enlarge the target of our study, towards polarised systems, both finite and infinite, also subject to magnetic fields.

Dans cette thèse, l'interaction de l'hydrogène avec la structure cristalline d'alliages de palladium contenant du cérium et du zirconium a été étudié. Les alliages synthétisés dans un four à arc, dans les compositions Pd0.97Ce0.03; Pd0.97Zr0.03 et Pd0.97Zr0.015Ce0.015, ont été laminés à froid et un échantillon de chaque alliage a été soumis à une oxydation interne par traitement thermique sous différentes conditions.<br />L'oxydation interne promeut la formation de précipités d'oxydes de cérium et zirconium dans les alliages. Ceux-ci ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage et par transmission. Les alliages ont aussi été testés par perméation à l'hydrogène pour caractériser l'influence de la microstructure sur la diffusivité et solubilité de l'hydrogène ainsi que sur la formation d'hydrures dans ces alliages. Les alliages oxydés internement à 1073 K pendant 24 h présentent des valeurs de diffusivité d'hydrogène plus faibles (0,3 x 10-11m^2s^-1 pour l'alliage Pd0,97Zr0,03) et des valeurs de solubilité d'hydrogène plus grands (5672 molHm-3 pour l'alliage Pd0,97Zr0,015Ce0,015) par rapport aux autres échantillons traités dans d'autres conditions, à cause de la formation de précipites nanométriques de CeO2 et ZrO2 provenant de l'oxydation interne. Ces précipités sont cohérents avec la matrice de palladium, distordent beaucoup la matrice et, pour cette raison, interagissent effectivement avec l'hydrogène. Avec l'augmentation de la taille des précipités, l'interaction avec l'hydrogène diminue, les valeurs de diffusivité augmentent et les valeurs de solubilité de l'hydrogène diminuent dans les alliages. En relation à la formation de phase hydrure, les échantillons sans traitement d'oxydation interne présentent une plus grande difficulté à former des hydrures par rapport à ceux oxydés internement, à cause de la présence d'atomes en solution solide et de grandes quantités de dislocations et lacunes dans la matrice de palladium, qui ne permettent pas à la matrice de former une phase hydrure.

Dans cette recherche, on construit un modèle simplifié en basses et moyennes fréquences de complexes insonorisants (habillages) de l'industrie automobile à partir d'un élément élastoacoustique stochastique. Le modèle simplifié moyen est issu d'une extension de la théorie des structures floues et dépend de trois paramètres physiques : densité modale, amortissement et masse participante. Le modèle simplifié stochastique qui prend en compte les incertitudes de modèle et de données est construit en utilisant une approche probabiliste non paramétrique et dépend de trois paramètres de dispersion. Le modèle simplifié de l'habillage est implémenté dans un modèle vibroacoustique stochastique industriel d'automobile. Deux problèmes inverses sont résolus à l'aide d'une base de données expérimentales sur véhicules construite en parallèle et permettent d'identifier les paramètres du modèle complet. L'analyse des résultats permet de valider les développements théoriques et la méthodologie proposée

Ce travail de thèse a été consacré à la simulation numérique des transferts par convection forcée dans des écoulements turbulents pleinement développés. Deux configurations ont été considérées : la conduite cylindrique et l'espace annulaire. Les champs turbulents sont analysés statistiquement en moyennant dans le temps et dans l'espace les champs instantanés de vitesse et de température afin d'en déduire les profils moyens, les écart-types, les flux de chaleur turbulents ainsi que des statistiques d'ordres plus élevés telles que les coefficients de dissymétrie et d'aplatissement. Une approche plus poussée dans l'analyse des écoulements turbulents est aussi utilisée : les fonctions de densité de probabilité (pdf) et les fonctions de densité de probabilité jointes (jpdf). On s'intéressera à l'influence de la diffusivité thermique du fluide sur les transferts thermo-convectifs dans les deux géométries. On étudiera l'effet de la rotation de la paroi sur le transfert de chaleur dans la conduite cylindrique. Dans la géométrie annulaire, l'influence du rapport des flux de chaleur imposés sur les parois est analysée

Les transitions intersousbandes dans les hétérostructures de nitrure d'éléments III ont été intensément étudiées dans le proche infrarouge pour des applications télécoms. L'accordabilité dans le proche infrarouge est rendu possible grâce à la discontinuité de potentiel en bande de conduction qui peut atteindre 1.75 eV pour le système GaN/AlN. Les matériaux nitrures suscitent actuellement un grand intérêt à plus grande longueur d'onde infrarouge. C'est par exemple le développement de détecteurs et d'imageurs rapides à cascade quantique dans la gamme 2-5 µm. C'est aussi l'extension des dispositifs intersousbandes dans le domaine de fréquences THz. Ce travail de thèse porte sur l'étude des transitions intersousbandes dans les puits quantiques GaN/Al(Ga)N épitaxiés par jets moléculaires. Le but est d'accorder ces transitions dans une gamme spectrale très large allant du proche au lointain infrarouge. Je montre que les transitions ISB peuvent être accordées dans la gamme 1-12 µm dans les puits quantiques GaN/AlGaN en phase hexagonale synthétisés selon l'axe polaire c [0001]. Ceci impose l'ingénierie du champ électrique interne, dont la valeur peut atteindre dans le GaN 10 MV/cm. Une solution alternative consiste à utiliser une orientation particulière, dite semipolaire, qui conduit à une réduction du champ électrique interne le long de l'axe de croissance [11-22]. J'ai montré que cette réduction du champ interne permet d'accorder les résonances intersousbandes des puits quantiques GaN/AlN dans le proche infrarouge et j'ai pu estimer le champ en comparant les résultats de spectroscopie et simulations. J'ai d'autre part étudié les propriétés interbandes et intersousbandes des puits quantiques de symétrie cubique, qui par raison de symétrie, ne présentent pas de champ électrique interne. Finalement j'ai mis en évidence les premières transitions intersousbandes aux fréquences THz dans les puits quantiques GaN/AlGaN polaires mais aussi cubiques.

This thesis uses methods and models from non-equilibrium statistical physics to describe intracellular processes. Bidirectional microtubule-based transport within axons is modeled as a quasi-one-dimensional stochastic lattice gas with two particle species moving in opposite directions under mutual exclusion interaction. Generically occurring clusters of particles in current models for intracellular transport can be dissolved by additionally considering the dynamics of the transport lattice, i.e., the microtubule. An idealized model for the lattice dynamics is used to create a phase transition toward a homogenous state with efficient transport in both directions. In the thermodynamic limit, a steady state property of the dynamic lattice limits the maximal size of clusters. Lane formation mechanisms which are due to specific particle-particle interactions turn out to be very sensitive to the model assumptions. Furthermore, even if some particle-particle interaction is considered, taking the lattice dynamics into account almost always improves transport. Thus the lattice dynamics seems to be the key aspect in understanding how nature regulates intracellular traffic. The last part introduces a model for the dynamics of a microtubule which is limited in its growth by the cell boundary. The action of a rescue-enhancing protein which is added to the growing tip of a microtubule and then slowly dissociates leads to interesting aging effects which should be experimentally observable.

Ce travail s'inscrit dans le contexte des microscopies optiques à très haute résolution. Nous proposons un nouveau concept de sonde active pour la microscopie optique en champ proche (SNOM), exploitant les effets de génération de second harmonique (SHG) de molécules. L'idée développée vise à s'affranchir de l'une des principales limitations des sondes actives fluorescentes réalisées jusqu'à présent : l'accrochage des sondes à l'extrémité de la pointe SNOM, étape toujours délicate et souvent peu fiable. Pour ce faire, nous avons mis en œuvre une technique qui consiste à utiliser la localisation du champ électrique au sein d'une jonction pointe métallique-substrat conducteur immergée dans une solution de molécules non-linéaires dipolaires. L'interaction champ-molécules entraine l'orientation locale un nano-volume de ces molécules dont l'excitation par un laser permet ensuite la génération d'un signal de second harmonique. Après avoir validé ce concept dit de " nano-EFISHG " (Electric Field Induced SHG) nous avons conçu un nouveau banc expérimental, dédié à l'imagerie de second harmonique haute résolution : celui-ci a permis d'obtenir les premières images présentant un contraste de second harmonique sur un échantillon structuré à l'échelle micronique.Nous avons ensuite travaillé à l'optimisation de la résolution de l'expérience mise en place : nous avons notamment démontré la possibilité de tirer parti d'effets d'exaltation locale du champ électromagnétique se produisant à l'extrémité de pointes ou de nano-objets métalliques. L'extrapolation des résultats obtenus montre que de telles exaltations devraient permettre d'atteindre des résolutions de l'ordre de 50 nm.

Bakgrund: Cancer är en sjukdom där både behandlingen och sjukdomen kan påverka och begränsa den drabbade personens vardag. Det finns evidens för att regelbunden fysisk aktivitet eller motion har en lindrande effekt på sjukdomens symptom och cancerbehandlingens biverkningar.   Syfte: Syftet med studien är att undersöka hur personer med diagnostiserad cancer upplever sin livskvalitet, fysiska funktion samt om humöret påverkas i samband med adjuvant cancerbehandling. Syftet med studien är även att undersöka dessa patienters möjlighet till träning, vad som kan underlätta och motivera till träning samt vilka svårigheter och hinder till träning och annan fysisk aktivitet som finns.   Metod: Studien är en kvalitativ semistrukturerad intervjustudie av fokusgrupper där cancerdrabbade personer som genomgår eller har genomgått adjuvant behandling blivit intervjuade om deras erfarenheter och upplevelser av vardagliga aktiviteter och träning.   Huvudresultat: De vanligaste upplevelserna som deltagarna uttryckte var: en sorts trötthetskänsla, koncentrationssvårigheter, nedstämdhet, oro samt minskad livskvalitet till följd av bland annat minskad matglädje och sjukdomsinsikt.   Vanliga hinder som deltagarna upplevde var otillräcklig energi, dålig motivation eller risken att känna sig obekväm i en träningsmiljö. Möjligheter och faktorer som underlättade till träning upplevde deltagarna var fasta rutiner, att tycka om träningsformen samt att ha inställningen att träning underlättar vardagen.   Slutsats: För att hjälpa cancerdrabbade personer i deras tillvaro bör det läggas ner mer tid och energi till att motivera personen till en mer positiv vardag. Detta leder då till att denne själv kan inse vilka möjligheter som finns till fysisk aktivitet och att personen inte bara ser problem som kan kännas övermäktiga utan istället fokusera på lösningarna till dessa problem. / Background: Cancer is a disease in which both the treatment and the disease itself, can affect and limit the person's daily life. Evidence shows that regular physical activity or exercise has a diminishing effect on both the symptoms of the disease and the side effects caused by treatment. Purpose: The aim of this study is to investigate how people with diagnosed cancer perceive their quality of life, physical function and mood during adjuvant cancer treatment. It will also find out what may facilitate, motivate but also the possible difficulties for these people to exercise and to do physical activity.   Method: The study is a qualitative semi- structured interview study of focus groups where cancer patients, who are undergoing or have undergone adjuvant treatment, were interviewed about their experiences of everyday living and exercise.   Results: The most common experiences that the participants expressed were: tiredness, concentration difficulties, sadness, anxiety and reduced quality of life due to reduced enjoyment of food and realization of their illness.   Common obstacles for training that participants faced were lack of energy, lack of motivation and the fact that they felt uncomfortable in training environments. Factors that facilitated the possibilities of training were fixed routines, enjoyment of the exercise form and to have an understanding that training could make life with cancer easier.   Conclusion: In order to help cancer patients cope with their situation, there should be more time and energy spent on motivating the person towards a more positive view of life. This would lead to creating a realization of the already existing possibilities for physical activity. The person should also not only look for the problems that may seem overpowering but instead focus on the solutions to these problems. / Phys-Can

La Direction des Applications Militaires du Commissariat à l'Énergie Atomique ayant choisi l'APX4 pour la fabrication d'un sous-ensemble à haute résistance mécanique, cette thèse se développe suivant trois grands axes. Premièrement, elle synthétise les connaissances antérieures concernant cet acier ainsi que des nuances voisines. Par ailleurs, elle établit une caractérisation précise de la matière effectivement utilisée pour la fabrication industrielle. Enfin, ce travail à forte connotation expérimentale s'attache à observer et interpréter les conséquences microstructurales et mécaniques de cycles thermiques appliqués à l'APX4. Les traitements thermiques étudiés sont l'austénitisation, la trempe, le chauffage interrompu à température variable (sans maintien avant refroidissement) et le revenu de durée et température variables. Grâce à des techniques d'analyse in situ (dilatométrie, calorimétrie, diffraction de rayons X...), on a pu enregistrer un certain nombre de signaux révélateurs des phénomènes se produisant pendant les phases de chauffage et de refroidissement des cycles thermiques. D'autre part, après refroidissement, d'autres moyens nous ont permis de caractériser à température ambiante les échantillons traités (essais mécaniques, observations microscopiques, DRX, pouvoir thermoélectrique...). L'interprétation des évolutions complexes de l'APX4 au cours des cycles thermiques s'appuie sur le croisement multi-technique et multi-échelle des informations acquises expérimentalement et tirées de l'analyse bibliographique. Ce mémoire constitue pour le CEA DAM une base de travail solide et étendue, qui servira de point d'ancrage à des études futures, plus ciblées sur des problématiques de fabrication, de fonctionnement et de vieillissement. Bénéficiant d'un large panel de techniques expérimentales, la thèse a été rendue possible par une collaboration entre les centres CEA de Valduc et de Saclay ainsi que l'Université de Bourgogne. Elle a été préparée au Laboratoire Expertise et Caractérisation Métallurgiques du Service Études de Métallurgie Physique, au Département Recherche sur les Matériaux Nucléaires, du centre CEA de Valduc, avec le concours du Service Recherche en Métallurgie Appliquée de la Direction de l'Énergie Nucléaire au CEA de Saclay et du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne de l'Université de Bourgogne à Dijon.

L'ablation laser dans l'air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l'industrie, l'analyse chimique, la chirurgie, ... Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l'effet d'ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l'origine de l'interaction laser-matière. Lors d'un impact du faisceau laser sur la surface d'un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s'il est présent. Lors de l'impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d'énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L'étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu'ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l'expansion de la plume plasma formée lors de l'ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d'impulsion : 5.1 ns, longueur d'onde : 1064 nm, irradiance de l'ordre de grandeur de GW/cm2) dans l'air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d'imagerie rapide. Cette technique nous a permis d'observer l'évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d'ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées - le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l'influence de l'irradiance laser, ainsi que l'influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D'autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d'ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l'interaction laser - cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l'expansion de la plume du plasma dans l'air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l'approche macroscopique donnent l'évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression.