Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale, théorique et numérique<br />de l'instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement<br />fluide continu.<br />Nous avons caractérisé expérimentalement la longueur d'onde initiale des<br />rides, ainsi que l'évolution de leur amplitude et de leur longueur d'onde<br />moyenne. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés à la transition morphologique<br />des rides perpendiculaires à l'écoulement vers des motifs 3D plus complexes.<br />Nous avons également développé une analyse de stabilité linéaire<br />du problème, dans le cas d'un écoulement laminaire, qui permet de prédire<br />correctement la longueur d'onde à l'initiation. D'autre part, une analyse<br />faiblement non-linéaire rend compte de l'apparition de motifs 3D.<br />Enfin, nous avons abordé la dynamique non-linéaire des rides: des<br />simulations numériques en 2D, basées sur l'étude théorique précédente,<br />ont permis de retrouver qualitativement l'évolution aux temps longs observée<br />expérimentalement.

La détection directe des ondes gravitationnelles par de grands détecteurs interférométriques<br />fait l'objet d'un effort international très intense. Au delà des signaux recherchés par ces détecteurs, l'existence<br />de fonds d'ondes gravitationnelles s'étalant sur une large plage de fréquences est prédite par les modèles<br />astrophysiques et cosmologiques décrivant l'Univers. Ces fonds d'ondes gravitationnelles sont un élément important<br />de notre environnement gravitationnel. Dans cette thèse, on étudie leur effet sur les propriétés de cohérence des<br />systèmes physiques. Cette interaction est à l'origine d'une décohérence que l'on étudie théoriquement à l'aide de<br />la fonctionnelle d'influence de Feynman-Vernon. L'effet est petit pour des systèmes microscopiques comme des atomes<br />ou des photons circulant dans des interféromètres, mais il devient dominant pour les systèmes macroscopiques comme<br />par exemple le mouvement du centre de masse de la Lune. Au vu de ces résultats, il est important de se demander si<br />cette décohérence gravitationnelle pourrait être mise en évidence expérimentalement à l'aide par exemple d'un<br />système mésoscopique dont on pourrait suivre la perte de cohérence. Cette question correspond à un modèle<br />complètement calculable de transition classique-quantique induite par les fluctuations intrinsèques de<br />l'espace-temps.

Pendant très longtemps, le développement des oscillateurs ultra-stables pour applications spatiales et militaires s'est appuyé sur<br />l'expérience et le savoir-faire de spécialistes grâce à des méthodes le plus souvent empiriques. Une démarche plus rigoureuse a<br />été engagée pour améliorer la conception et l'optimisation des oscillateurs ultra-stables (plus particulièrement les oscillateurs à quartz). Cette<br />thèse fait suite à une série de travaux dans le cadre de plusieurs contrats entre le LPMO et le CNES concernant la modélisation des<br />oscillateurs à quartz. L'objectif de notre travail est de fournir au CNES un logiciel (nommé ADOQ) offrant à l'utilisateur un outil simple pour la conception d'oscillateurs à quartz<br />performants. A partir de méthodes de simulation spécifiques aux circuits à grand coefficient de qualité nous avons développé<br />une méthode de calcul originale appelée méthode du Grand-Sinus. Le logiciel ADOQ est capable de déterminer avec une grande<br />précision les conditions de fonctionnement des oscillateurs à quartz : fréquence, amplitude, puissance d'excitation du résonateur en régime<br />permanent, régime transitoire, spectres de bruit d'amplitude et de phase. Il permet par ailleurs de déterminer la sensibilité des caractéristiques<br />de l'oscillateur en fonction de la variation de la valeur des composants. Il existe actuellement très peu de logiciels industriels en mesure de fournir directement ces informations. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse est<br />complété par la validation expérimentale de la méthode Grand-Sinus et la vérification de la concordance des résultats de simulation avec les résultats de mesures.

Ce travail porte sur l'étude des mécanismes de luminescence de nanocristaux de silicium (nc-Si) de taille contrôlée. Les matériaux étudiés sont des couches minces de SiO2 contenant des nc-Si confinés. La structure des films est caractérisée par spectroscopie d'absorption infrarouge, diffraction de rayons X et microscopie électronique à transmission. La distribution en taille des nc-Si est mesurée, montrant que la taille est contrôlée avec une faible dispersion.<br />Les mécanismes de luminescence sont étudiés par spectroscopie de photoluminescence continue et résolue en temps de 4 K à 300 K. Corrélés à l'étude de structure, les résultats de photoluminescence montrent que la qualité de la matrice et la taille des nc-Si contrôlent les propriétés de luminescence des nc-Si. Les mécanismes de recombinaison des porteurs sont étudiés. Enfin, le transport électrique dans les couches est caractérisé. L'électroluminescence est observée et montre le rôle joué par les nc-Si sur la luminescence.

La dynamique des lasers à semi-conducteur avec rétroaction optique est le sujet de cette thèse. En particulier, nous analysons l'instabilité à l'origine des fluctuations à basse fréquence de l'intensité du laser (Low Frequency Fluctuations, LFFs) qui apparaissent pour une rétroaction modérée à forte. <br /><br />Nous étudions la nature dynamique des fluctuations à basse fréquence au moyen de techniques des mesures particulières. Nous prouvons que les LFFs trouvent leur origine dans une bifurcation noeud - col d'Andronov anticipée par le bruit présent dans le système. Nous démontrons expérimentalement que, en accord avec ce type de bifurcation, le laser à semi-conducteur avec rétroaction optique répond aux perturbations comme un système excitable. Ceci constitue la première preuve d'excitabilité dans un système optique. Corollairement, le contrôle du niveau de bruit dans le système nous permet de réaliser la première observation du phénomène de Coherence Resonance.<br />Nous avons aussi obtenu de fortes indications sur le mécanisme physique à l'origine de l'instabilité des fluctuations à basse fréquence. L'analyse de l'évolution temporelle du spectre optique à des échelles inférieures à la nanoseconde nous permet de montrer que cette instabilité est générée par l'interaction entre différents modes du laser. <br />Enfin, nous nous sommes placés dans le cas expérimental où la rétroaction optique est sélective en fréquence, analysant ainsi les caractéristiques du système par la variation de cette fréquence.<br /><br />L'influence de la rétroaction sur un laser a aussi été étudiée pour des lasers à cavité verticale (VCSELs) dont le fonctionnement monomode longitudinal est imposé par la séparation en fréquence entre les modes. Pourtant, nous observons une fluctuation à basse fréquence dans l'intensité émise par le système. Nous montrons que, dans ce cas, l'instabilité est liée à l'interaction entre les deux composants de polarisation du VCSEL.

Pour estimer le niveau de bruit à grande distance d'une source sonore en site non plan, il est nécessaire de prendre en compte les variations spatio-temporelles des champs micrométéorologiques dans le bas de la couche limite atmosphérique. L'objectif de l'étude est de simuler finement l'évolution des champs météorologiques sur terrain d'orographie modérée, de manière à caractériser les sites non plans d'un point de vue micrométéorologique pour l'acoustique.<br />On a développé deux outils numériques associés au support principal de l'étude, le code atmosphérique Submeso. Le préprocesseur météorologique MPP construit, à partir de paramétrisations récentes, des profils verticaux des grandeurs météorologiques sur toute la hauteur de la couche limite atmosphérique. Ils servent à forcer l'écoulement dans le domaine de calcul. Le couplage du MPP avec Submeso est validé sur deux types d'écoulements plans : un écoulement convectif et un écoulement cisaillé en atmosphère neutre, par simulation des grandes échelles. Les résultats sont comparés favorablement à ceux de Moeng & Sullivan (1994). Afin d'atteindre une fine résolution locale tout en intégrant les conditions météorologiques régionales, un module d'emboîtement de domaines est couplé à Submeso. On porte une attention particulière au choix des conditions optimales aux limites du domaine emboîté à la lumière d'une étude bibliographique pointant les problèmes liés à cette technique. La méthode est testée sur deux configurations : un écoulement plan en atmosphère neutre et un écoulement au-dessus d'une colline 2D en atmosphère stable.<br />Ces outils numériques sont appliqués à la simulation de l'écoulement sur le site réel du val du Vicoin : sur une configuration monogrille en conditions instables ou neutres académiques, et sur une configuration emboîtée (one-way) en conditions « réalistes » issues de données expérimentales. L'accent est mis sur l'analyse des effets topographiques obtenus, par comparaison avec des mesures in situ.

Les diagnostics régionaux des causes des pertes de productivité des cultures restent un préalable indispensable pour réduire ces pertes. Les méthodes disponibles ne permettent cependant pas d'évaluer l'impact sur le rendement des différentes contraintes repérées, mais seulement leur fréquence d'occurrence dans un réseau de parcelles de producteurs. En outre, le suivi d'un tel réseau au cours d'un petit nombre d'années n'est pas suffisant pour tenir compte de l'influence de la variabilité inter-annuelle du climat dans la manifestation de ces contraintes.<br /> Cette thèse développe une méthode nouvelle et la met à l'épreuve dans une étude de cas. Fondée sur une enquête de terrain et sur la construction puis l'exploitation d'un modèle « ad hoc » de simulation de culture, cette méthode facilite la détection des contraintes et les hiérarchise de manière plus objective que dans les méthodes antérieures, mais ne supprime pas toute subjectivité au diagnostic réalisé. Elle permet de replacer, pour une série de saisons agricoles représentatives du climat local, un diagnostic élaboré pour les quelques années de l'enquête.<br />Dans l'étude de cas, sur maïs chez les petits producteurs des Cerrados brésiliens, la modélisation a consisté à adapter le modèle STICS pour améliorer son module de bilan hydrique pour le contexte tropical et introduire les effets de la toxicité aluminique, de l'excès d'eau et de la compétition entre culture et adventices pour la lumière, l'eau et l'azote. Le diagnostic local a montré que l'essentiel des pertes de productivité étaient dues à de mauvaises mises en culture, dues aux carences de la gestion des tracteurs et semoirs par les associations de producteurs.

Comme tout accélérateur de particules, le GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions<br />Lourds) doit être réglé et surtout surveillé en temps réel.<br /><br /><br />Cette surveillance du faisceau est obtenue par mesure de son intensité. Cette mesure<br />est assurée par des transformateurs d'intensité basses fréquences (TI-BF). Le mode de<br />fonctionnement de ces capteurs génère une perte de 9% de faisceau. De plus, ces capteurs<br />mesurent difficilement les faibles intensités.<br /><br /><br />De plus en plus à le recherche d'évènements rares, les physiciens réclament plus<br />d'intensités faisceau augmentant ainsi la probabilité d'apparition de ces évènements. Le projet<br />T.H.I. (Transport des Hautes Intensités) et le projet S.P.I.R.A.L. (Source de Production d'Ions<br />Radioactifs Accélérés en Ligne) prévoient des puissances de faisceau de 6KW, limitées à<br />400W en mode normal. A haute énergie de faisceau, de telles puissances peuvent engendrer<br />une détérioration matérielle. Les systèmes de sécurité doivent se déclencher instantanément.<br />Les TI-BF sensibles aux chocs mécaniques (basses fréquences) ne répondent pas à ces<br />exigences.<br /><br /><br />Les transformateurs d'intensité hautes fréquences (TI-HF) sont capables de mesurer les<br />paquets d'ions. Cette caractéristique permet de supprimer la perte de 9% de faisceau. De<br />même, leur temps de réponse répond aux exigences de déclenchement des sécurités. Enfin, les<br />TI-HF ont une dynamique supérieure aux TI-BF.

Les tubes en alliages de zirconium renfermant le combustible nucléaire des Réacteurs à Eau Pressurisée constituent la première barrière de sécurité vis-à-vis de la dissémination d'éléments radioactifs. Il est donc essentiel de garantir leur tenue mécanique en réacteur. Cette étude a pour objectifs d'une part d'identifier et caractériser les mécanismes de déformation plastique des alliages de zirconium irradiés, d'autre part de modéliser le comportement macroscopique sur la base des mécanismes identifiés. L'analyse expérimentale a mis en évidence que, sur matériau irradié, la déformation plastique se produit par canalisation des dislocations. Cette canalisation a lieu suivant les plans de base, pour des sollicitations de traction sens travers et de pression interne. En revanche, pour la sollicitation de traction axiale, l'étude a révélé que la canalisation se produit dans les plans prismatiques et pyramidaux. L'étude du comportement macroscopique, en lien avec les mécanismes de déformation observés en Microscopie Electronique en Transmission, a suggéré que la contrainte interne est plus élevée dans le cas du matériau irradié que dans le cas du matériau non irradié, du fait du caractère très hétérogène de la déformation. Cette analyse a permis d'interpréter de façon cohérente l'ensemble des caractéristiques du comportement du matériau irradié, en termes de mécanismes de déformation. Le comportement mécanique du matériau irradié a enfin été modélisé en appliquant les méthodes d'homogénéisation des matériaux hétérogènes. Ce modèle permet de reproduire l'ensemble des caractéristiques du comportement mécanique du matériau irradié, en accord avec les observations MET.

L'ingénierie moléculaire a développé au cours des dix dernières années, des structures moléculaires optimisées pour leur réponse non-linéaire quadratique. Dans ce travail,nous avons montré que l'analyse des propriétés de polarisation de la fluorescence<br />à deux photons et de la génération du second harmonique constitue un moyen original de déterminer l'organisation et l'orientation de ces molécules lorsqu'elles sont disposées dans une matrice polymère ou lorsqu'elles forment un réseau cristallin. Cette<br />analyse, menée dans une configuration de microscopie non-linéaire à deux photons, a permis d'étudier ces processus non-linéaires à des échelles réduites et d'identifier des symétries cristallines spécifiques. La nature cristalline d'agrégats moléculaires isolés<br />de taille nanométrique a ainsi pu être mise en évidence. Il a également été possible de déterminer leur orientation à partir d'un modèle théorique. Enfin, un montage de détection cohérente de la génération du second harmonique collectée par microscopie<br />a été mis en œuvre de façon à gagner encore en sensibilité.