Les propriétés des fragments produits lors des collisions d'ions lourds autour de l'énergie de Fermi ont été étudiées à travers le degré de liberté d'isospin. La première partie de cette étude est basée sur une approche de gaz sur réseau, où le système est consti- tué de deux types de particules (neutron, proton) subissant une interaction coulombienne et dépendante de l'isospin. Le diagramme des phases de ce système présente trois phases (liquide, fission, gaz). L'énergétique de la phase liquide et gazeuse a pu être décrite par une fonctionnelle de la densité, la dépendance en température intervenant seulement dans la densité. Le terme de symétrie de la fonctionnelle a pu être relié au contenu isotopique du plus gros fragment via une analyse de type Isoscaling. La seconde partie est consacrée aux mesures effectuées avec le multidétecteur INDRA au GANIL et à GSI. Une étude systématique des collisions symétriques les plus centrales a été effectuée afin de mesurer le pouvoir d'arrêt de la matière nucléaire et d'étudier l'équilibration en isospin des particules légères. Deux régimes ont été observé. Un régime à basse énergie (<40MeV/A) où le pouvoir d'arrêt diminue avec l'augmentation de l'énergie du faisceau, tandis qu'à haute énergie le pouvoir d'arrêt est gouverné par la quantité de matière traversée. Une autre étude réali- sée sur l'ensemble des réactions Xe+Sn à 32 et 45 MeV/A, avec différents isospin, a permis d'isoler trois mécanismes de réaction à l'aide d'une analyse en composantes principales. Le contenu isotopique des fragments légers ne dépend pas du mécanisme de réaction, mais une dépendance est observée en fonction de la violence de la collision (paramètre d'impact).

Si les flux de données actuellement échangés sont traités par les systèmes électroniques, ils transitent depuis plusieurs années par des lignes de transmission optique. Elles présentent seules une bande passante répondant à la croissance des taux de transmission. En revanche, les applications de traitement tout-optique du signal ne parviennent pas à rivaliser avec les systèmes électroniques. Les recherches récentes en optique laissent à penser que l'utilisation des faisceaux solitons comme guides photo-induits permettra à des dispositifs tout-optiques d'effectuer les opérations dévolues à l'électronique. La stabilité de ces solitons résulte de l'équilibre entre diffraction et auto-focalisation causée par la non-linéarité du milieu qu'ils traversent. Se propageant sans déformation, ils peuvent être considérés comme des canaux porteurs d'information. De tels dispositifs pourraient assurer les interconnexions dans les réseaux de communication.<br /><br />L'objectif de cette thèse est d'étudier théoriquement et expérimentalement une nouvelle classe de solitons, les solitons vectoriels, qui consitent en la superposition d'enveloppes de polarisations distinctes mutuellement piégées. Pour comprendre l'existence de ces solitons à composantes multiples, il suffit d'imaginer un guide supportant plusieurs modes photo-induits par effet soliton. Lorsque plusieurs modes se propagent simultanément, un d'eux peut jouer le rôle de guide d'onde effectif pour d'autres modes supérieurs et former un soliton multicomposante. Dans notre travail, nous étudierons différents membres de cette famille ainsi que leur stabilité. Nous analyserons leurs dynamiques dans un guide planaire non linéaire.

Ce travail présente une analyse des rapports entre connaissance et preuve à travers une notion mathématique : La symétrie orthogonale (abordée dans une situation de construction d'une preuve). Nous nous proposons d'éclairer la distance cognitive qui puisse exister chez les élèves, entre la construction géométrique et la géométrie théorique à partir de la spécification des connaissances.<br /><br />Des outils d'analyse (conception, règle, support, etc.) sont adoptés et développés à partir du modèle de connaissance (modèle cK¢) de Balacheff et d'autres modèles de raisonnement et d'argumentation (modèle de Toulmin, etc.), afin d'établir la relation comparative entre le problème de preuve et les autres problèmes (construction géométrique, reconnaissance de figures) en termes de connaissance engagée.<br /><br />Pour tenter d'identifier les connaissances effectives mobilisées par les élèves dans une situation de construction de preuve, une expérimentation est réalisée au collège en classe de 3e en France. Cette expérimentation vient à la suite d'une analyse théorique de certains types de problèmes permettant de mettre en évidence les différents fonctionnements de composants de conception au sens de Balacheff. Les problèmes de construction et de preuve y sont proposés. L'analyse des données met en évidence un écart sur l'état de connaissance des élèves. En effet, ces derniers réussissent bien le problème de construction des figures symétriques, cependant, ils échouent sur un problème analogue (exigeant la même règle), où la preuve est exigée. L'absence d'un « contrôle » organisé dans la construction qui est exigé dans la preuve est identifié.

Le travail présenté dans ce manuscrit regroupe deux études de spectroscopie γ. La première concerne les isomères des noyaux de néodyme autour de N=82. Ces noyaux, lorsqu'ils sont étudiés par des modèles de type Cranked-Nilsson-Strutinsky, présentent des états énergétiquement favorisés. Ils sont autant de candidats pour la recherche d'isomères de spin. Expérimentalement, un certain nombre d'états isomériques ont déjà été observés dans les noyaux de 138,139,140Nd sur lesquels porte cette étude. Afin de mieux caractériser ces états, une expérience a été menée en août 2009 à Jyväskylä auprès de l'ensemble de détection JUROGAM-RITU-GREAT. La réaction de fusion-évaporation 48Ca + 76Zr 144Nd* réalisée avec une cible mince a permis de produire majoritairement les noyaux 139,140Nd. Les noyaux produits, transportés au plan focal par le spectromètre RITU, sont implantés et le rayonnement émis par la décroissance des isomères est ensuite recueilli par l'ensemble de détection GREAT. Nous développerons l'analyse complète de cette expérience et nous montrerons les résultats émergents. Nous avons, par exemple, pu montrer l'alimentation du niveau 20+ de 140Nd ainsi que le placement énergétique du niveau isomérique du noyau 139Nd. La deuxième partie de ce travail s'articule autour de la recherche de la symétrie tétraédrique dans le noyau 156Gd. Cela a consisté à la fois en un travail de spectroscopie γ des bandes de parité positive de ce noyau, laquelle a fait émerger un certain nombre de nouvelles transitions. Le deuxième volet de cette étude consistait à simuler dans l'environnement ROOT - GEANT4 le seuil d'observation des signaux faibles avec le détecteur de rayonnements γ de nouvelle génération AGATA

Ce document se concentre sur QCD à basse énergie (en dessous de 1 GeV) où la brisure de la symétrie chirale prend place, expliquant l'existence d'un octet de mésons pseudoscalaires légers (pi,K, eta). La dynamique de ces états est reliée à la manière dont la symétrie chirale est brisée. La hiérarchie de masse particulière des quarks légers permet de considérer (et de comparer) deux limites chirales différentes et intéressantes, avec m_u=m_d=0 et m_s conservé à sa masse physique (N_f=2 saveurs de masse nulle) ou m_u=m_d=m_s=0 (N_f=3 saveurs de masse nulle). Les paramètres d'ordre chiraux associés sont discutés en termes de l'opérateur de Dirac euclidien, soulignant le rôle du déterminant fermionique et des paires de quark étranges dans la mer, et indiquant que les paramètres d'ordre doivent décroître quand on passe de la limite chirale N_f=2 à N_f=3. On étudie ensuite les conséquences de cette suppression pour la théorie effective de QCD à basse énergie, i.e. la théorie chirale des perturbations, en particulier les conditions dans lesquelles les séries chirales sont saturées par leur premier ordre. On montre que les constantes de basse énergie L_4 et L_6, apparaissant au premier ordre sous-dominant, supprimées par la règle de Zweig dans le secteur scalaire mais magnifiées par la grande valeur du quark étrange, jouent un rôle essentiel. Plusieurs sources d'information sont ensuite analysées: une règle de somme reliée à la dépendence du condensat chiral N_f=2 sur la masse du quark étrange indique une variation importante depuis m_s=0 jusqu'à la valeur physique, des simulations sur réseau étudiant la dépendance d'observables pseudoscalaires sur les masses de quarks montrent une suppression des contributions d'ordre dominant par rapport au premier ordre sous-dominant dans les séries chirales, la comparaison des données sur les diffusions pi-pi et pi-K à basse énergie témoigne de différences importantes entre les brisures de symétrie chirale pour N_f=2 et N_f=3 saveurs de masse nulle. Tous ces éléments suggèrent de reprendre soigneusement les hypothèses de convergence généralement posées pour la théorie chirale des perturbations N_f=3, une étude pour laquelle un cadre d'analyse est proposé.

L'étude expérimentale de noyaux de plus en plus riche (ou pauvres) en neutrons met à rude épreuve les modèles de structure nucléaire. Ainsi, la découverte de nouveaux nombres magiques pose le problème de la définition de l'espace-modèle dans les calculs de modèle en couches. L'approche suivie consiste à utiliser les propriétés d'appariement des nucléons pour diminuer les dimensions de l'espace des configurations utilisé dans le modèle en couches. Cette approche, dite de séniorité généralisée, nous permet d'agrandir les espaces de valence tout en gardant les dimensions des matrices accessibles à une digonalisation numérique. Elle n'est toutefois valable qu'aux alentours de noyaux semi-magiques. Un ensemble de comparaisons de nos résultats à des calculs analytiques puis à des calculs de type modèle en couche complet, dans des espaces où ils étaient réalisables, nous a permis d'apprécier la qualité de notre approximation. Une explication de notre approche à des problèmes théoriques d'actualité a ensuite été réalisée. Deux séries de noyaux se prêtaient particulièrement bien à cette application : les isotopes du nickel. Afin de tenir compte des excitations décrites dans d'autres études comme extérieures à l'espace-modèle, nous avons considéré l'espace 0f1p0g9/2. Nous avons validé ce choix sur les isotope les plus stables avant d'étudier la fermeture de la sous-couche N = 40. Les isotones de 82 neutrons.

Dans cette thèse, nous nous demandons si certaines formes présentes dans la nature résultent de l'optimisation d'un critère. Plus précisément, nous considérons un organe ou une partie du corps humain et tentons de deviner un critère que la nature aurait pu chercher à optimiser. Nous résolvons alors le problème d'optimisation de formes résultant afin de comparer la forme obtenue, théoriquement ou numériquement, avec la forme réelle de l'organe. Si ces deux formes sont proches, on pourra en déduire que le critère est convaincant. <br />Dans la première partie de cette thèse, nous considérons l'exemple d'une fibre nerveuse de type axone ou dendrite. Nous proposons deux critères pour expliquer sa forme. Le premier traduit l'atténuation dans le temps du message électrique traversant la fibre et le second l'atténuation dans l'espace de ce message. Dans notre choix de modélisation, nous distinguons deux types de fibres nerveuses : celles qui sont connectées au noyau de la cellule et celles qui sont connectées entre elles. Les problèmes correspondants se ramènent à la minimisation par rapport au domaine des valeurs propres d'un opérateur elliptique et d'une fonction de transfert faisant intervenir la trace sur le bord du domaine du potentiel électrique au sein de la fibre.<br />La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'optimisation de la forme d'un arbre bronchique ou d'une partie de cet arbre. Nous considérons un critère de type "énergie dissipée". Dans une étude théorique, nous prouvons tout d'abord que le cylindre n'est pas une conduite optimale pour minimiser l'énergie dissipée par un fluide newtonien incompressible satisfaisant aux équations de Navier-Stokes.<br />Nous effectuons ensuite des simulations en deux et trois dimensions afin de tester numériquement si l'arbre bronchique est ou non optimal.

Les disques aubagés, que l'on trouve dans les turbomachines, sont des structures complexes dont le comportement vibratoire est généralement déterminé par l'exploitation de conditions de symétrie dans leur configuration nominale. Cette symétrie disparaît lorsque l'on assemble plusieurs de ces disques pour former un rotor ou que l'on introduit une variabilité spatiale des paramètres mécaniques (on parle de désaccordage intentionnel ou non). Le raffinement des maillages, nécessaire à une évaluation correcte de la répartition des contraintes, conduirait à des modèles de rotor complet de taille prohibitive (plusieurs dizaines de millions de degrés de liberté). L'objectif de cette thèse est donc l'introduction de méthodologies de réduction qui par combinaison de calculs acceptables permettent d'étudier de façon fine la dynamique d'ensemble sur des modèles 3D fins multi-étages et potentiellement désaccordés. L'étude des transformations de Fourier séparées des réponses de chaque étage permet, dans un premier temps, de bien comprendre les effets de couplage inter-harmonique liés au couplage inter-disque et au désaccordage. A partir de ce constat, une première méthode utilise les résultats de calculs en symétrie cyclique et à secteur encastré pour construire un modèle de secteur exact pour certains modes dits cibles et de très bonne qualité pour les autres modes. Cette méthode est ensuite étendue au cas multi-étage en construisant des bases de réduction de secteur par combinaison de solutions mono-harmoniques. Les illustrations montrent que la méthodologie proposée permet le traitement de modèles de très grande taille, tout en restant compatible avec une grande richesse de post-traitements (calculs de modes, calculs de réponses forcées, analyses de leur contenu harmonique spatial, répartition d'énergie et effets de localisation...). La méthodologie est enfin étendue à la gestion de modèles paramétrés en vitesse de rotation. L'enrichissement des ensembles de modes cibles par des calculs à trois vitesses permet ainsi une reconstruction rapide de l'évolution des fréquences pour l'ensemble d'un intervalle.

Des calculs théoriques utilisant la méthode de champ moyen ont suggérée l'existence des formes du noyau avec la symétrie tétraédrique et/ou octraédrique dans la région des terres rares au voisinage des noyaux 156Gd et 160Yb. Dans les noyaux avec une symétrie tétraédrique pure, des transitions intra-bande E2 à bas spin dans des bandes de parité négative disparaissent ou sont très faibles. Ce travail est dédié à une recherche expérimentale de la symétrie tétraédrique dans le noyau 156Gd. Une expérience a été faite à Jyväskylä avec le multi-détecteur JUROGAM, sur la réaction de fusion - évaporation 154Sm(, 2n)156Gd. L'analyse des données, a établi les rapports d'embranchement de deux bandes de parité négative et a permis, par distribution angulaire, de connaître la nature d'une nouvelle transition. Les rapports d'embranchement obtenus sont comparables avec ceux des expériences précédentes et quelques limites supérieures ont été déterminées. L'absence de transitions à bas spin (I$^{pi}<9$) dans la bande de parité négative à spin impair a été confirmée. Ces résultats ont renforcé l'hypothèse d'une symétrie tétraédrique dans le noyau 156Gd. La spectroscopie gamma est l'outil majeure utilisé dans ce travail. Les principes ainsi qu'une étude de simulation réaliste sont détaillés dans ce manuscrit. La simulation avec des événements réalistes a été faite pour comparer la fonction de réponse de deux types de multidétecteurs EUROBALL et AGATA. Les résultats montrent que sous certain conditions la phase démonstrateur d'AGATA peut être utilisée pour la recherche d'événements rares.

L'expérience ALICE au LHC va étudier dès 2010 le plasma de quarks et de gluons (QGP), état de la matière dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés. Le travail présenté ici a été effectué au sein de la collaboration ALICE, dans le but de préparer l'analyse des futures données expérimentales. Outre une approche théorique du QGP et de la symétrie chirale, nous y développons trois aspects expérimentaux : le sous-détecteur V0, l'étude des mésons de basses masses et la déconvolution. Tout d'abord, nous détaillons les mesures de luminosité et de multiplicité réalisables avec le V0. Ensuite, nous développons l'étude des dimuons dans le spectromètre à muons. Nous nous concentrons en particulier sur les mésons de basses masses : le rho, le omega et le phi. Enfin, nous présentons une façon d'améliorer les données du spectromètre : la déconvolution de Richardson-Lucy.