Les microalgues, grâce à leur grande biodiversité, présentent une matière première d’intérêt dans différents domaines : nutrition, cosmétique, agrochimie ou énergie. Ces microorganismes sont cultivés dans différents systèmes de culture : soit des systèmes ouverts comme les raceways soit en systèmes fermés comme les photobioréacteurs (PBR). L’objectif général est alors d’apporter les conditions favorables aux microorganismes. La croissance par photosynthèse amène cependant à un dégagement d’oxygène, dont l’accumulation sous forme dissoute dans le système dépend à la fois de la production biologique, mais également de la performance et du transfert gaz-liquide du système de culture. Cette thèse vise à étudier les effets de la concentration en oxygène dissous sur les performances cinétiques des PBRs. Cela sera abordé sur différents géométries de PBRs en lumière continu. L’étude de l’impact d’une fraction sombre pouvant être introduite dans certaines géométries sera également abordée, montrant au final l’interdépendance forte entre paramètres de conception, paramètres opératoires, réponse métabolique et performances cinétiques des PBRs. / Because of their great biodiversity, microalgae can produce an enormous variety of high-value compounds for human needs. These microorganisms are cultivated in different culture systems: either open systems such as raceways or closed systems such as photobioreactors (PBR). The design of these PBRs takes into consideration the various parameters affecting the growth of microalgae such as pH, temperature, nutrients etc. Photosynthesis growth leads to an evolution of oxygen that can build up in dissolved form in the system depending on the biological production and the gas-liquid transfer of the system culture. This thesis aims to study the effects of dissolved oxygen concentration on the kinetic performance of PBRs. This will be tackled on different geometries of PBRs in continuous light. The study of the impact of a dark fraction present in certain geometries will also be discussed, showing finally the strong interdependence between design parameters, operating parameters, metabolic response and the kinetic performances of the PBRs.

La nature de l’énergie noire et de la matière noire est encore un mystère. De futures missions spatiales nous permettrons d’observer les propriétés et la distribution de milliards de galaxies mais quelle est la meilleure manière de contraindre la physique de ces composantes inconnues avec une telle quantité de données ? Le but de cette thèse est de chercher de nouvelles sondes du secteur sombre de l’univers dans le régime linéaire et non-linéaire de la formation des structures. La physique du secteur sombre laisse des empreintes dans la distribution des grandes structures à un temps donné (espace réel). Cependant leur distribution apparente telle que vue par un observateur (espace des redshifts) est légèrement différente de celle dans l’espace réel. En effet, les messagers (comme la lumière) sont perturbés pendant leur trajet depuis une source vers un observateur. Dans ce cas, quelle est la relation entre espace réel et espace des redshifts ? Comment extraire des informations cosmologiques de cette transformation ? L’essentiel de mon travail était de simuler des observables tout en prenant en compte tous les effets relativistes au premier ordre dans l’approximation de champs faible. Le lentillage gravitationnel faible modifie la position apparente des sources ainsi que leurs propriétés (forme, luminosité) tandis que les perturbations en redshift changent la distance radiale apparente des objets. Pour aborder ces questions, nous avons réalisé une simulation N-corps de grande taille et très résolue, idéale pour étudier les halos de taille entre la Voie Lactée et les amas de galaxie. Ensuite, nous avons suivi le trajet de photons dans la simulation en intégrant directement les équations de géodésique en utilisant comme seule approximation l’approximation de champs faible. Nous avons développé un algorithme qui nous permet de connecter un observateur à des sources via des géodésiques nulles. Par la suite, la matrice de lentillage est calculée grâce à un faisceaux lumineux tandis que le décalage spectral vers le rouge est directement calculé via sa définition donnée par la relativité générale. Grâce à cette bibliothèque de suivi de rayons lumineux, nous avons pu construire des catalogues de halos qui prennent en compte les effets relativistes. Grâce à ces catalogues nous avons pu retrouver des résultats standard à propos des distorsions dans l’espace des redshifts, du lentillage, et de l’effet Sachs Wolfe intégré avec grande précision. Nous avons également étudié le couplage subtil entre les distorsions dans l’espace des redshifts et le lentillage : Le lentillage Doppler. Enfin, nous avons exploré en détail les distorsions dans l’espace des redshifts dû aux effets relativistes. Avec notre simulation nous avons pu, pour la première fois, calculer le dipole de la function de corrélationcroisée entre 5 et 150 h − 1 Mpc, en incluant tous les termes relativistes. Aux grandes échelles nous retrouvons les résultats de la théorie linéaire : le dipole est dominé par l’effet Doppler dû à la présence d’un observateur à distance finie. Cependant, aux échelles non linéaires le dipole est dominé par l’effet de décalage spectral vers le rouge gravitationnel. Le dipole peut être une sonde du potentiel et dans ce cas du secteur sombre. Ce travail trouve beaucoup d’applications : la fonction de corrélation croisée entre différents observables (liées aux effets relativistes) pour différentes sources à des positions différentes peut être une nouvelle sonde intéressante pour le secteur sombre. / The nature of dark energy and dark matter is still a mystery. Future surveys will observe the property and distribution of billions of galaxies but what is the best way to constrain the physics of these unknown components from this data deluge? The goal of this thesis is to search for new probes of the dark sector of the universe within the linear and non-linear regime of structure formation. The physics of the dark sector leaves specific imprints in the distribution of Large-Scale Structures (LSS) at a given time (i.e. in real space). However their apparent distribution as seen by a given observer (i.e. in redshift space) slightly differs from the real one. This is because messengers (light) are perturbed in their path from the sources to the observer. What is the relation between real space and redshift space? How to extract cosmological information from these subtle Redshift-Space Distortions (RSD)? The main part of my work was to produce simulated observables taking into account all relativistic effects at first order in the weak field approximation. Weak Lensing (WL) modifies the apparent angular position of an object, as well as its properties (shape, luminosity). Redshift perturbations change the apparent radial distance of an object. To address these questions, we perform a large and highly resolved N-body simulation ideal to investigate halos from Milky-Way size to galaxy cluster size. We then perform backward ray-tracing directly integrating the geodesic equations using as its only assumption the weak field approximation. We develop a geodesic-finder to guaranty that light-rays connect all the sources to the observer. The lensing distortion matrix is then computed by launching a beam of light-rays while the redshift is directly computed from its definition in general relativity. Thanks to this unique ray-tracing library we construct halo catalogs including relativistic effects. Based on these catalogs we are able to recover standard results about RSD, WL and Integrated Sachs Wolfe (ISW) effect with high accuracy. We also investigate the subtle coupling between RSD and lensing: Doppler lensing. Finally we explore in detail relativistic RSD. Thanks to the large statistics of our simulations we are able for the first time to compute the dipole of the halo cross-correlation from 5 to 150 h − 1 Mpc including all relativistic terms. At large-scale we recover the results from linear calculation: the dipole is dominated by Doppler effect in the presence of a finite distant observer. However at smaller non-linear scales the dipole is dominated by the gravitational redshift perturbation. The dipole can therefore be a new probe of the potential and therefore of the dark sector. This work opens a wide range of applications: the cross-correlation between each observable (related to relativistic effects) for different sources at different location can possibly be new powerful probe of the dark sector.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique nucléaire : Lyon 1 : 2002. / Titre provenant de l'écran titre. 191 réf. bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique nucléaire : Lyon 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. 174 Réf. bibliogr.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse doctorat : Astronomie : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 7 p.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique des particules : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. 139 réf. bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique des particules : Lyon 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. en fin de chapitres.

Malgré le succès incontestable du Modèle Standard de la physique des particules, il est vraisemblable qu'il ne soit qu'une partie de la théorie complète de physique des particules -- comme c'est le cas des hypothèses de théories unifiées -- et ainsi de nombreux efforts ont été dédiés au développement de théorie de Nouvelle Physique. La Supersymmétrie est l'une des extensions les plus populaires puisque qu'elle permet non seulement de résoudre le problème de Naturalité mais présente aussi une candidat viable de matière sombre. Ce dernier point a été particulièrement mis en avant avec les récentes mesures expérimentales qui ont permis d'affiner significativement notre connaissance des propriétés de cette matière sombre. En particulier, la détermination de la densité relique de matière sombre dans l'univers est à présent réalisée avec une précision de l'ordre du pourcent. Dans le cadre du Modèle Standard Supersymmétrique Minimal (le MSSM), cette contrainte permet ainsi de tester la structure à une boucle de la théorie. Cependant c'est aussi un modèle présentant un très grand nombre de paramètres, comparé au Modèle Standard, et le calcul complet des observables à une boucle reste trop long pour être effectué sur l'ensemble de l'espace des paramètres. Dans cette thèse, je me suis ainsi intéressé à la possibilité de reproduire ces corrections à la boucle par un ensemble de couplages effectifs. L'approche effective présentant l'avantage de garder la simplicité d'un calcul effectué à l'arbre tout en conservant une trace des effets caractéristiques de boucles comme le non-découplage de certaines particules lourdes. Le LHC (Large Hadron Collider), dont les opérations ont démarrées juste après le début de ma thèse, soit à l'automne 2009, a fourni des données complémentaires aux observables de matière sombre. En effet le secteur du Higgs du MSSM est très peu flexible, ce qui a pour effet d'introduire ce que l'on appelle le problème du ``fine-tuning'', c'est à dire la nécessité d'avoir des valeurs très précises pour les paramètres. Afin d'y remédier, de nombreux modèles ont été créés au delà du MSSM, comme le NMSSM (en anglais Next-to-MSSM). Dans le but de suivre une approche plus générale, j'ai décidé au cours de cette thèse d'utiliser à nouveau l'approche effective, mais dans un but différent : alors que les couplages effectifs utilisés dans le cas de la matière sombre sont choisi pour reproduire le plus fidèlement possible les corrections à la boucle des particules du MSSM, les opérateurs effectifs que nous ajoutons au secteur du Higgs sont les effets à basse énergie (c'est à dire l'énergie de production du Higgs) d'une nouvelle physique à haute énergie. Bien que dédiées à deux buts différents, ces deux implémentations d'une même technique montrent bien ses différents atouts. Dans un des cas (celui du Higgs) les opérateurs effectifs permettent de paramétrer l'effet d'une physique ultraviolette inconnue, alors que dans l'autre cas cette physique ultraviolette se réduit au simple MSSM. / Despite the numerous successes of the Standard Model of particle physics, it is believed that the complete picture of particle physics could be larger, as a unified theory for instance, and thus many efforts have been devoted to the development of theories of new physics. Supersymmetry is one of the most popular extensions since in addition to a solution of the naturalness issue, it provides a viable dark matter candidate. This last sector being all the more important now that recent experimental measurements have significantly increased our knowledge about dark matter properties, in particular the experimental determination of the relic density has reached the accuracy of a few percent. When applied to the Minimal Supersymmetric Standard Model (the MSSM, which is the simplest supersymmetric extension of the Standard Model), this constraint will thus shed light on the one-loop structure of the model. The MSSM is however much more liberal with unconstrained parameters than the Standard Model is, and the full one-loop computation of the relic density tends to be too long to be carried out throughout this large parameter space. In this thesis I have thus explored the opportunity of accounting for those loop corrections through a set of effective couplings. This effective approach has the advantage of keeping the simplicity of a tree-level computation but encoding at the same time genuine loop features such as the non-decoupling of heavy particles. Complementary to those constraints are the observables related to the LHC, which started taking data shortly after the beginning of my PhD in fall 2009. The Higgs sector of the MSSM is tightly constrained and this results in a certain fine-tuning of the model, which led to the creation of many models beyond the MSSM (such as the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model). Arguing for a more general approach, I have decided in this thesis to use again the effective approach but with a different aim : while the effective couplings in the case of dark matter are determined to account for the MSSM loop corrections, the effective operators we add to the Higgs sector of the MSSM are the remnants of the integration of a heavy extra spectrum. This effective approach, called the BMSSM (for Beyond the MSSM) is known to account for many different realisations of non-minimal supersymmetry, and we have used it as a framework to recast the results of the Higgs analyses carried out by ATLAS and CMS collaborations. This study has led to the caracterisation of the rich phenomenology of the Higgs sector in the BMSSM, with in particular the possibility for a signal quite different from Standard Model or MSSM expectations. Though based on distinct aims, the two implementations of the effective approach show the different advantages of an effective field theory. In the first case the effective operators are parametrising the effect of an unknown UV completion, whereas in the second we assume this UV completion to be the MSSM.

J'ai démontrer la faisabilité de la sélection de la cible pour les galaxies en ligne des émissions lumineuses. Je comprends maintenant les principaux mécanismes physiques de conduite de l'efficacité d'une sélection, en particulier le rapport à la photométrie de parent. Une question reste perplexe, je ne pouvais pas encore estimer quantitativement l'impact de la poussière sur l'efficacité de la sélection. J'espère que d'aborder cette question avec l'ensemble des données décrites dans le chapitre 4.En dehors de la ligne de sélection de la cible de la galaxie d'émission, j'ai étudié, au premier ordre, les deux principales erreurs systématiques sur la détermination de l'échelle BAO nous attendent en raison de l'utilisation galaxies en ligne des émissions comme traceurs de la question. J'ai d'abord montré le caractère incomplet de la distribution redshift, en raison de la mesure du décalage spectral avec [Oii], est lié à la résolution instrumentale. Je trouve qu'il ya deux régimes intéressants. Pour une observation des plus brillants [OII] émetteurs, une résolution modérée est suffisante, alors que pour une enquête plus faible, la plus haute de la résolution le meilleur. Deuxièmement, j'ai estimé le biais de la galaxie linéaire des sélections discuté avant et je trouve qu'ils sont très biaisés. D'une part, ce sont d'excellentes nouvelles pour les observateurs, comme le temps nécessaire pour observer à un signal donné au bruit dans le spectre de puissance diminue avec le carré de la partialité. D'autre part, elle constitue un nouveau défi pour les algorithmes de reconstruction et la fabrication de catalogues simulacres. / In this PhD, I demonstrate the feasibility of the target selection for bright emission line galaxies. Also I now understand the main physical mechanisms driving the efficiency of a selection, in particular the relation to the parent photometry. A puzzling issue remains, I could not yet estimate quantitatively the impact of the dust on the selection efficiency. I hope to address this question with the data set described in chapter 4.Apart from the emission line galaxy target selection, I investigated, at first order, the two main systematic errors on the determination of the BAO scale we expect due to using emission line galaxies as tracers of the matter. First I showed the incompleteness in the redshift distribution, due to the measurement of the redshift with [Oii], is related to the instrumental resolution. I find there are two interesting regimes. For an observation of the brightest [Oii]emitters, a moderate resolution is sufficient, whereas for a fainter survey, the highest the resolution the best. Secondly, I estimated the linear galaxy bias of the selections discussed before and I find they are highly biased. On one hand, this is great news for the observers, as the time required to observed at a given signal to noise in the power spectrum decreases with the square of the bias. On the other hand, it constitutes a new challenge for reconstruction algorithms and the making of mock catalogs. The work in progress described in the last chapter shows I am starting to try and handle these questions in a robust manner.