Mon travail de thèse s'inscrit dans le développement de l'optique atomique. Ce manuscrit décrit les trois sujets traités pendant ma thèse. Dans un premier temps mon travail a été de construire une nouvelle expérience permettant de produire des condensats de Bose-Einstein. Nous nous intéressons d'abord au dispositif utilisant le refroidissement laser et l'évaporation micro-onde permettant d'obtenir un nuage d'atomes froids dans un piège magnétique quadrupolaire. Nous présentons ensuite les montages optiques permettant d'obtenir les différents faisceaux laser nécessaires au fonctionnement du dispositif. Enfin, nous détaillons le protocole permettant de produire des condensats de Bose-Einstein dans notre piège hybride combinant les avantages d'un piège magnétique à ceux d'un piège dipolaire et nous le caractérisons à l'aide d'une méthode d'analyse statistique nommée Analyse par Composante Principale. Le deuxième sujet concerne l'étude de la propagation d'une onde de matière dans un réseau de taille finie. Nous démontrons le piégeage d'atomes dans une cavité de Bragg produite par l'enveloppe gaussienne d'un réseau optique. Les atomes confinés dans le réseau oscillent et nous observons le découplage du réseau de paquets d'atomes par effet tunnel, démontrant ainsi un nouveau type de barrières tunnel. L'étude de la probabilité de transmission à travers ce type de barrières montre qu'elles sont équivalentes à des barrières répulsives submicronique. Enfin, de manière théorique, nous étudions un formalisme basé sur la fonction de Wigner et l'utilisation d'une loi d'échelle permettant d'imaginer des protocoles de manipulation de fonctions d'onde à N corps dans l'espace des phases. Nous appliquons d'abord ce formalisme à un protocole de refroidissement en deux étapes, impliquant un temps de vol et l'application soudaine d'un potentiel harmonique. Nous discutons ensuite l'effet des interactions répulsives entre atomes et de l'anharmonicité du potentiel. Enfin nous proposons deux protocoles de manipulations de fonctions d'onde dans l'espace des phases. Le premier est un protocole de refroidissement analogue au protocole en deux étapes mais dont la robustesse est augmentée vis-à-vis d'un défaut du potentiel appliqué. Le deuxième protocole proposé permet d'accélérer le mode de respiration d'un nuage d'atomes dans un piège décomprimé. / My thesis work is part of the development of atomic optics.First my work has been to build a new experience to produce Bose-Einstein condensates. We will see how we produce a cold atoms cloud in a magnetic quadrupole trap using laser cooling and micro-wave evaporation. We then present the optical setup to produce the laser beams needed for the apparatus operation. At last, we detail the protocol allowing to produce Bose-Einstein condensates in our hybrid trap, combining the advantages of a magnetic trap and a dipole trap. We then characterize the hybrid trap using a statistical analysis method named Principal Component Analysis. The second subject concerns the study of the propagation of a matter-wave in a finite size lattice. We demonstrate the trapping of atoms inside a Bragg cavity produced by the gaussian enveloppe of an optical lattice. The confined atoms oscillate inside the lattice and we observe the tunnel decoupling of atoms from the cavity, demonstrating a new kind of tunnel barrier. The study of the transmission probability through these barriers shows that they are equivalent to submicronic repulsive barriers. Finally, I studied a theoretical formalism based on the Wigner function and the use of a scaling law, allowing to imagine protocols to manipulate many-body wave functions in phase space. We apply this formalism to a two steps cooling protocol involving a time of flight and the sudden application of an harmonic potential. We discuss the effects of repulsive interactions between atoms and of the anharmonicities in the potential. At last, we propose two protocols to manipulate the phase space distribution of wave functions. The first aim to enhance the robustness of the to step cooling protocol regarding a flaw of the harmonic potential. The second allows to accelerate the breathing mode of an atomic cloud in a decompressed trap.

La méthode dite de la fonctionnelle de la densité d'énergie (EDF) est l'outil théorique de référence pour l'étude systématique de la structure des noyaux atomiques de masse A>20. La méthode EDF est formulée en deux étapes successives consistant à briser puis à restaurer les symétries du Hamiltonien nucléaire sous-jacent. La technique de restauration des symétries n'est cependant rigoureusement formulée que si la fonctionnelle d'énergie dérive explicitement d'une interaction effective, i.e. d'un pseudo-potentiel, ce qui constitue un cas particulier de la méthode EDF plus générale. Ainsi, et comme cela a été démontré récemment, l'utilisation des paramétrisations existantes des fonctionnelles d'énergie conduit à l'obtention de résultats non physiques. Le pouvoir prédictif limité des fonctionnelles d'énergie existantes et leur inocuité relative à la restauration des symétries, nécessitent aujourd'hui de repenser leur méthode de construction. La première partie de ce travail a été dédié à l'analyse approfondie du problème associé à la restauration de symétrie et à l'identification de pistes permettant de contraindre la forme analytique des fonctionnelles d'énergie ne dérivant pas d'un pseudo-potentiel indépendant du système. La seconde partie a consisté à développer un pseudo-potentiel rendant la restauration des symétries automatiquement bien définie. Les difficultés de ce travail ont résidé dans (i) l'identification de la complexité minimale du pseudo-potentiel nécessaire à l'obtention d'une fonctionnelle d'énergie assez flexible pour égaler, et si possible améliorer, les performances des paramétrisations existantes, (ii) la dérivation analytique de la fonctionnelle et des champs à un corps découlant de celle ci, (iii) l'implémentation de ces derniers dans les codes de calculs, et dans (iv) le développement d'un protocole d'ajustement des paramètres adapté à la nouvelle fonctionnelle d'énergie ainsi développée. Les premiers résultats obtenus ont permis de valider l'approche en démontrant la flexibilité suffisante du pseudo-potentiel au niveau des calculs réalisés sans restauration des symétries. / The theoretical tool of choice for the microscopic description of all medium- and heavy-mass nuclei is the Energy Density Functional (EDF) method. Such a method relies on the concept of spontaneous symmetry breaking and restoration. In that sense, it is intrinsically a two-step approach. However, the symmetry restoration procedure is only well-defined in the particular case where the energy functional derives from a pseudo-potential. Thereby and as it has been recently shown, existing parameterizations of the energy functional provides unphysical results. Such a problem as well as the lack of predictive power call for developing new families of functionals. The first part of the present work is devoted to a study of the symmetry restoration problem and to the identification of properties that could constrain the analytic form of energy functionals that do not derive from a pseudo-potential. The second part deals with the construction of an energy functional that derives from a pseudo potential. The difficulties of such work are (i) the identification of the minimal complexity of the pseudo-potential necessary to obtain an energy functional that is flexible enough to provide high-quality EDF parameterizations, (ii) the tedious analytical derivation of the functional and of the associated one-body fields, (iii) the implementation of the latter in existing codes, and (iv) the development of an efficient fitting procedure. Eventually, it seems possible to generate a parameterization that strictly derives from a pseudo-potential and that provides as good results as state-of-the-art (quasi) bilinear functionals.

La thèse se décompose en deux parties. La première concerne l'utilisation du code de CFD atmosphérique Mercure Saturne pour estimer le potentiel éolien en terrain complexe. Une campagne de mesure a été menée par EDF pour disposer de données d'entrée et de validation. Une méthodologie a été développée utilisant des profils méso-échelle comme conditions limites du code CFD. Elle utilise la classification automatique pour réduire le nombre de simulations nécessaires au calcul du potentiel. La validation du code sur le cas connu de la colline d'Askervein, la méthodologie et les comparaisons avec les mesures sur le site complexe choisi sont présentées et discutées. La seconde partie concerne l'étude des sillages avec le code Mercure Saturne. Une méthode de représentation des efforts, exercés par les pales sur le vent, utilisant des termes sources a été implémentée. Ces derniers sont calculés par la méthode BEM. Deux comparaisons en soufflerie sont proposées pour la validation / This thesis is organized in two parts. The first part presents the use of the atmospheric CFD code Mercure Saturne to estimate the wind resource in complex terrain. A measurement campaign was led by EDF to obtain data for validation. A methodology was developed using meso-scale profiles as boundary conditions. Clustering of meteorological situations was used to reduce the number of simulations needed to calculate the wind resource. The validation of the code on the Askervein hill, the methodology and comparisons with measurements from the complex site are presented. The second part presents the modeling of wakes with the Mercure Saturne code. Forces, generated by the blades on the wind, are modeled by source terms, calculated by the BEM method. Two comparisons are proposed to validate the method : the first compares the numerical model with wind tunnel measurements from a small wind turbine, the second with measurements made on porous disks in an atmospheric boundary layer wind tunnel

Les akinètes sont des cellules de résistance produites par les cyanobactéries de l’ordre des Nostocales. Issues de la différenciation de cellules végétatives, les akinètes sont capables de persister en surface des sédiments pendant la période hivernale puis de germer au printemps pour recoloniser la colonne d’eau. Le suivi des populations pélagiques et benthiques effectué pendant deux années sur le lac d’Aydat a montré que les akinètes présents à la surface des sédiments sont représentatifs de la diversité et de l’abondance, des proliférations nostocaléennes passées. Leur capacité à persister dans les sédiments sur de longues échelles de temps a permis de mettre en évidence la présence de cyanobactéries il y a plusieurs milliers d’années. La présence récurrente d’akinètes dans les sédiments jusqu’à la période actuelle indique la persistance d’un niveau trophique élevé sur l’ensemble de l’histoire de ce lac. Parallèlement, le potentiel toxique des akinètes, étudié via la détection des gènes anaC et mcyA, a montré la co-occurrence de ces deux cyanotoxines dès les premiers blooms cyanobactériens, il y a plus de 6700 ans ainsi que la récurrence d’anaC, associé à Dolichospermum macrosporum, au moins sur les 30 dernières années. Par ailleurs, d’importantes différences de pourcentage d’intégrité des akinètes ont été observées en fonction des espèces, variant en moyenne de 5 à 60% pour les deux espèces dominantes, D. macrosporum et D. flos-aquae respectivement. Cette variabilité serait le reflet des interactions écologiques survenues dans la colonne d’eau et traduirait des stratégies écologiques différentes. De même, la capacité et le temps de germination semblent être espèce dépendante, ce qui permettrait un étalement de la période de recrutement en fonction des conditions environnementales. Malgré une perte globale de viabilité avec le temps, des akinètes enfouis depuis 1800 ans dans les sédiments ont révélé leur capacité à germer, confirmant l'importance de ces cellules de résistance dans la pérennisation à long terme des proliférations nostocaléennes. / Akinetes are resistant cells produced by cyanocteria of the Nostocales Order. Originating from the differentiation of vegetative cells, Akinetes are able to persist in surface sediment duringg winter and then germinate in spring to recolonize the water column. Monitoring on pelagic and benthic populations performed during two years in lake Aydat has shown that the akinetes present in surface sediments are representative of diversity and abundances of past nostocalean proliferations. Akinetes capacity to persist in sediment at large time scales has allowed to highlight cyanobacterial presence since several thousand years. Recurrences of akinetes in sediment from 6 700 years to present day presume that the trophic level stayed high through the history of this lake. In parallel, the toxic potential of akinetes, studied with the detection of anaC and mcyA genes, has shown the co-occurrence of anatoxin-a and microcystins the since first cyanobacterial blooms, 6 700 years ago and the recurrence of anaC associated to Dolichospermum macrosporum since at least the last 30 years. On the other hand, high differences of intact akinete percentages have been observed depending on the species, with mean values of 5 and 60 % for D. macrosporum and D. flos-aquae (the two dominant species) respectively. This varibiliy may be the reflect of ecologic interactions which occurred in the water column and may be due to different ecological strategies. Moreover, ability and time of germination seem to be dependent, which may allow to extend the window of recruitment depending on environmental conditions. Despite a high loss of viability over time, some akinetes buried since 1 800 years in sediments have shown their ability to germinate, confirming the importance of these resistant cells in the long scale perpetuation of nostocalean blooms.

Neisseria meningitidis est le principal agent responsable de méningites bactériennes. Les interactions hôte-pathogène dépendent du repliement correct de nombreuses protéines de surface, qui nécessite souvent la formation de ponts disulfures. Chez les bactéries à Gram-négatif, la synthèse de ces ponts est catalysée par l'oxydoréductase de thiol-disulfure DsbA. N. meningitidis possède trois gènes qui codent pour trois DsbA actives : DsbA1, DsbA2 et DsbA3. DsbA1 et DsbA2 sont des lipoprotéines impliquées dans la virulence alors que DsbA3 est une enzyme soluble périplasmique non reliée à la virulence. Les travaux de cette thèse se rapportent aux caractérisations biochimiques de ces trois enzymes et structurales de DsbA1 et DsbA3. DsbA1 et DsbA3 adoptent le repliement classique de DsbA d'Escherichia coli. La caractéristique la plus étonnante partagée par ces trois enzymes est leur exceptionnel pouvoir oxydant. Avec un potentiel redox de -80 mV, les DsbA de Neisseria sont les enzymes de la famille des thiorédoxines les plus oxydantes connues à ce jour. En accord avec cela, les études de stabilité thermales indiquent que leur forme réduite est extrêmement stable. Pour chacune de ces enzymes, les études montrent que le résidu Thréonine, retrouvé dans la région du site actif, joue un rôle clé dans la détermination de cet extraordinaire pouvoir oxydant. L'ensemble de ces résultats montrent comment des résidus situés en dehors du motif actif CXXC peuvent influencer le potentiel redox de membres de la famille des thiorédoxines. Ils montrent également que le phénotype associé à DsbA3 chez N. meningitidis ne peut être expliqué par une différence d'activité redox ou de structure.

Le problème de Zolotarev pour des ensembles discrets apparaît pour décrire le taux de convergence de la méthode ADI, dans l'approximation de certaines fonctions matricielles ou encore pour quantifier le taux de décroissance des valeurs singulières de certaines matrices structurées. De plus, la réduction de modèle constitue un enjeu important en théorie du contrôle linéaire, et on peut prédire la qualité de l'approximation d'un système dynamique linéaire continu stationnaire de grande dimension donné grâce à la résolution approchée d'une équation de Sylvester. Après avoir prouvé l'existence d'un minimiseur pour le troisième problème de Zolotarev pour des ensembles discrets, on détermine dans cette thèse le comportement asymptotique faible de ce problème sous certaines hypothèses de régularité. Pour mener cette étude, on considère un problème de minimisation d'énergie sous contraintes pour des mesures signées en théorie du potentiel logarithmique. On discute également la précision de nos résultats asymptotiques pour des ensembles discrets généraux du plan complexe, et une formule intégrale explicite est établie dans le cas particulier de deux sous-ensembles discrets de l'axe réel symétriques par rapport à l'origine. L'impact de nos résultats théoriques pour l'analyse du taux de convergence de la méthode ADI appliquée pour la résolution approchée d'une équation de Lyapounov est estimé à l'aide de plusieurs exemples numériques après avoir exposé l'algorithme nous permettant d'obtenir les paramètres utilisés.

La méthode de polarisation spontanée (PS) consiste en la mesure du potentiel électrique naturellement présent dans le sol. Elle est la seule méthode sensible aux écoulements d'eau souterrains. Les principaux objectifs de cette thèse ont été de (1) déterminer l'influence de la conductivité de surface et du régime d'écoulement sur le coefficient de couplage électrocinétique (paramètre crucial pour l'interprétation des signaux de PS), (2) de montrer l'efficacité de la PS dans la mise en évidence des phénomènes hydromécaniques et (3) de caractériser les écoulements de fluides en contexte volcanique. Nous avons développé un modèle corrigeant le coefficient de couplage électrocinétique à la<br />fois des effets de la conductivité de surface et du nombre de Reynolds. La validité de ce modèle a été confirmée grâce à des expériences réalisées sur billes de verre. Lors d'expériences en cuve, la méthode du potentiel spontané associée à un appareillage de haute sensibilité nous a permis de caractériser la signature électrique liée à des phénomènes<br />hydromécaniques. Utilisées à partir des enregistrements de PS réalisés à la surface de la cuve les méthodes d'analyse en ondelettes et d'intercorrelation ont montré la nature dipolaire de la source électrique liée à de telles perturbations et ont permis sa localisation. Sur le Stromboli en Italie, nous avons utilisé une approximation au premier ordre de la relation entre l'épaisseur de la zone vadose et l'anomalie de PS afin de déterminer la profondeur d'un aquifère situé sur le flanc est du volcan.

La méthode du potentiel spontané est l'une des seules méthodes géophysiques (avec les mesures de température) à être directement sensible aux écoulements en milieu poreux. En effet, un écoulement de fluide en milieu poreux génère un champ électrique qu'il est possible de mesurer en surface (on parle de phénomène électrocinétique). L'objectif de ce travail de thèse est de montrer l'intérêt et l'utilité de cette méthode dans la détection des fuites ainsi que dans l'estimation des débits de fuite au sein des ouvrages hydrauliques que constituent les digues et les barrages. La simplicité de mise en oeuvre de cette méthode permet une investigation rapide des ouvrages hydrauliques et un diagnostic direct de la présence de fuites. Le travail présenté ici met en application cette méthode de potentiel spontané, aussi bien sur des ouvrages longs (les digues) que sur des ouvrages plus petits en termes d'extension horizontale (les barrages). Dans le cadre de ce travail, différentes investigations ont été réalisées, et de nouvelles techniques ont été développées, basées sur le principe de la mesure de potentiel électrique issu du phénomène électrocinétique, ont été développées dans le but de faciliter la détection, la quantification de zones de fuites éventuelles, ainsi que le rendement des mesures. Nous avons pu, par ailleurs, estimer le débit de fuite d'une digue en terre par méthode inverse à l'aide d'un couplage entre informations sur le potentiel spontané (cartographie) et sur la résistivité électrique (coupe). Le développement de la méthode inverse pour les digues s'est finalisé par l'élaboration d'un système d'inversion automatisé des signaux de potentiel spontané. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent de valider l'intérêt de la méthode de potentiel spontané pour la localisation et de la détection des zones d'écoulements préférentiels dans les digues et les barrages.

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Les dimères d'alcalins ont été largement étudié ces dernières années par les techniques de spectroscopie et par la photoassociation d'atomes froids. <br />L'un des objectifs de ce travail consiste en l'obtention de données moléculaires adaptées à l'interprétation de processus collisionnels. Nous avons entrepris une étude systématique des ions moléculaires alcalins, en nous attachant à évaluer la précision des résultats en fonction des hypothèses retenues. Nous avons comparé nos résultats obtenus avec une méthode de pseudopotentiel, pour les ions lourds Rb2+, Cs2+ et RbCs+ à ceux obtenus avec une méthode de potentiel modèle.<br />Les taux de photoassociation de paires d'atomes mixtes d'alcalins et les taux de formation de molécules froides des dimères dans leur état fondamental ont été calculés avec une approche perturbative où les fonctions d'onde sont exactement déterminées. Ces taux ont la même grandeur pour tous les dimères contenant les atomes Rb et Cs. <br />Les taux de formation de molécules froides sont similaires à ceux mesurés et calculés pour les molécules de Cs2. Nous avons étudié le cas spécifique de la photoassociation dans deux états excités couplés par une interaction spin-orbite mettant en relief le rôle du couplage résonnant dans la formation de molécules froides stables dans des niveaux peu excités.