Ce manuscrit présente différentes approches permettant la modélisation et la compréhension de la complexité structurelle, électronique, dynamique de systèmes condensés. En particulier, le premier chapitre traite le l'organisation et de la réactivité des surfaces et interfaces métalliques de grande taille, le second de la prise en compte des effets électrochimiques à la fois pour les systèmes condensés, et pour les interfaces par modification du potentiel électrochimique. Le troisième est consacré aux effets du polymorphisme de grands polymères organiques sur leurs propriétés macroscopiques. Le chapitre final s'intéresse au pendant enseignement de cette recherche, utilisant de nouvelles approches pédagogiques qui permettent la synthétise par les étudiants, dès la première année universitaire, de matériaux de haute technologie.

La théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) est aujourd'hui une méthode de référence pour le calcul des énergies d'excitation électroniques. Cependant, dans les approximations usuelles, elle n'est pas capable de décrire correctement les excitations de Rydberg, à transfert de charge ou présentant un caractère multiple. La séparation de portée de l'interaction électronique permet de combiner rigoureusement les méthodes fonctionnelles pour décrire la courte portée de l'interaction et les méthodes fonctions d'onde ou fonctions de Green pour la longue portée. Dans cette thèse, les effets de cette séparation de portée sur les énergies d'un système en interaction partielle sont d'abord étudiés le long de la connexion adiabatique dans le cas indépendant du temps afin d'aider le développement des méthodes à séparation de portée pour les énergies d'excitation. La séparation de portée est ensuite appliquée dans le cadre de la TDDFT aux noyaux d'échange et de corrélation, où dans le cas d'une approximation monodéterminentale, la longue portée du noyau de corrélation est absente. Afin de prendre en compte l'effet des doubles excitations, un noyau de corrélation de longue portée dépendant de la fréquence est développé en s'inspirant du noyau Bethe-Salpeter. Ce noyau est alors ajouté de façon perturbative au noyau TDDFT à séparation de portée afin de prendre en compte les effets des excitations doubles.

Cette thèse contribue à l'étude du comportement à long terme des colis de verre nucléaire R7T7 à travers un plan d'expérience (27 verres) développé pour étudier les effets de composition sur la vitesse résiduelle d'altération dans l'eau. Une étude sur l'impact de la précipitation de phases magnésiennes sur l'altération du verre et un travail de modélisation ont aussi été menés. Entre les différents verres du plan, il y a un ordre de grandeur d'écart sur les grandeurs mesurées (quantités et vitesses d'altération, pH). Ces grandeurs sont traitées statistiquement pour obtenir des équations prédictives et des tendances d'effets de composition pour tous verres respectant les conditions du plan d'expérience. Les travaux confirment les rôles sur l'altération (via le pH et la formation du gel ou des phases secondaires) des éléments comme Si, Na, B, Al, révèlent ceux du Zn, Zr, Ni-Co et posent la question du Cr. En eau souterraine chargée en Ca et Mg, la vitesse d'altération du verre est d'un ordre de grandeur supérieure à celle en eau pure à cause de la formation de phases secondaires magnésiennes. De plus, les effets de composition du verre se retrouvent dans les deux milieux d'altération. Si l'apport de Mg dans le milieu se fait en cours d'altération, il est montré l'existence d'un temps d'induction à la reprise d'altération du verre. L'étape de nucléation de la phase ne limite pas sa précipitation contrairement à un pH inférieur ou égal à 8-8,5. Lorsque Mg est fourni de manière non limitante, la vitesse d'altération du verre devient limitante. Dans ces conditions, la phase formée a un rapport molaire Mg/Si compris entre 0,2 et 0,4. Il a aussi été montré que l'étanchéité du réacteur joue sur la vitesse de dissolution du CO2 dans la solution en diminuant son pH. Enfin, les travaux de modélisation réalisés sont encourageants pour étendre la prédiction du comportement à long terme à un plus large domaine de composition que celui couvert actuellement par le modèle GRAAL.

Unique français parmi les fondateurs de la mécanique quantique, Louis de Broglie est une figuremajeure de l'histoire de la physique française du XXème siècle. Il devient grâce à son prix Nobel dephysique en 1929 le personnage central de la physique théorique française. Dans les récits usuelsportant sur la physique française du XXème siècle, la mécanique quantique est décrite comme s'étanttrès lentement diffusée en France, et il est souvent admis que peu de physiciens de ce pays l'utilisèrentavant la fin de la seconde guerre. De Broglie est souvent désigné comme le grand responsable de cetétat de fait et est dépeint comme un représentant type d'une pratique de physique théorique obsolète.De plus, son rôle institutionnel et sa responsabilité dans l'isolationnisme français sont dénoncés.Le but de ce travail est, premièrement, d'éclairer les modalités de la diffusion de la mécaniquequantique en France et le rôle de Louis de Broglie dans ce processus. Ce faisant, mon propos apporterade fortes nuances aux habituels récits portant sur cet aspect de l'histoire de la physique française duXXème siècle. Deuxièmement, je montrerai que l'essor de domaines tels que la physique des particules,la physique du solide et la physique nucléaire après la seconde guerre mondiale introduit unchangement dans les pratiques des jeunes théoriciens par rapport aux pratiques qui régnaient autour deLouis de Broglie. Je serai alors en mesure d'expliquer pourquoi l'héritage de Louis de Broglie au seinde la physique française de la seconde moitié du XXème siècle est si peu revendiqué, tout en évitant detomber dans le piège des jugements rétrospectifs et péjoratifs.

Partant des composés ATiO3 (A=Ba, Pb, Sr) bien connus pour leurs propriétés de type ferroélectriques, il est possible de concevoir des super-réseaux de basse dimensionnalité (multi-couches, phases de type ,…) où ces propriétés peuvent être modulées en fonction de la composition, de l'épaisseur des couches mises en jeu, des contraintes aux interfaces. Nous proposons ici d'étudier par calculs de premiers principes les instabilités structurales et la dynamique de réseau pour des systèmes simples dans cette famille. En définissant clairement les zones interfaciales et de cœur des couches, et en étudiant la convergence de leurs propriétés en fonction de l'épaisseur, ce travail vise à établir des potentiels interatomiques modèles, analytiques et transférables, pour la prédiction des propriétés dynamiques et des instabilités structurales de super-réseaux étendus et/ou complexes. / The aim of the present thesis is to investigate, from first-principles, the ferroelectricproperties and related phase transition behaviors in perovskite type compounds. Wewill not focus only on the bulk perovskite systems, but also on related layered superlatticeswhere the interface may play an important role and induce new phenomena.

L’atomisation d’un jet ou d’une nappe liquide assistée par un courant gazeux rapide est couramment utilisée dans l’industrie ainsi qu’en propulsion aéronautique (turboréacteur) et spatiale (moteur-fusée cryotechnique). Plusieurs processus permettent la fragmentation de la structure cohérente liquide en gouttes. L’épluchage, qui intervient à courte distance en aval de l’injection, a été assez largement étudié (Marmottant et Villermaux 2004, Hong et al 2004) et les mécanismes sont assez bien décrits. En revanche, l’origine des instabilités large échelle – ou « flapping » - intervenant plus loin en aval, instabilités qui sont à l’origine de la production de large gouttes, reste mal comprise. Ceci est particulièrement vrai pour des jets cylindriques qui, contrairement au cas de nappes, ont fait l’objet de très peu d’études. Nous nous sommes donc attachés à comprendre l’origine du « flapping », à analyser ses liens avec les instabilités interfaciales de cisaillement, et à quantifier son impact sur la structure du jet ainsi que sur les gouttes produites. Pour cela, des expériences ont été menées en eau/air sur de larges plages de paramètres, aussi bien en termes de vitesses phasiques que des dimensions des veines gaz et liquide. Un soin particulier a été apporté au contrôle des écoulements internes.Pour l’ensemble des géométries, nous avons montré que la longueur du dard liquide est pilotée par le battement large échelle et non par le processus d’épluchage. Par ailleurs, la longueur de brisure présente une décroissance marquée avec la vitesse gaz, puis reste constante au delà d’une vitesse gaz critique. Un modèle a été proposé pour ce comportement asymptotique dans lequel la longueur de brisure est pilotée par le rapport de la vitesse liquide d’injection à une vitesse capillaire construite sur le diamètre liquide.La technique de mesure de la fréquence du battement large échelle mise en œuvre à partir d’images acquises par ombroscopie s’est avérée opérationnelle sur toute la plage de vitesses gaz considérées. Cette fréquence, qui ne varie pas spatialement, présente deux comportements : un premier où elle augmente avec la vitesse gaz, et un second où elle reste indépendante de la vitesse gaz. Ce second régime n’est pas mentionné dans la littérature. Pour le premier régime, le lien entre flapping et instabilité de cisaillement a été démontré en s’appuyant notamment sur des analyses de stabilité. Le nombre de Strouhal associé est piloté par le cisaillement côté gaz. La dépendance de la fréquence de battement à l’épaisseur de vorticité côté gaz est ainsi établie lorsque l’instabilité de cisaillement est pilotée par un mécanisme inviscide. Pour le second régime, le caractère opportuniste du flapping a été démontré l’aide d’une expérience de forçage : le flapping amplifie des structures liquides de longueur d’onde plus grande que celle associée à l’instabilité de cisaillement. Un nombre de Strouhal construit sur le diamètre liquide du jet et la vitesse du jet liquide à la distance de brisure a été proposé. Enfin, le rapport du diamètre du jet liquide à la longueur d’onde de l’instabilité de cisaillement semble pertinent pour définir la frontière entre ces deux régimes.Les tailles des gouttes produites sur l’axe de symétrie ont été mesurées à l’aide d’une sonde optique. Il apparaît que la distribution granulométrique évolue fortement avec la vitesse gaz, et qu’elle est multi-modale, ce qui traduit la présence de plusieurs mécanismes de brisure. La taille moyenne des gouttes décroit globalement comme UG-2, dans la limite de forts nombres de Weber aérodynamique. Cette taille moyenne s’avère aussi très sensible à la géométrie : elle diminue lorsque l’épaisseur gaz augmente jusqu’à atteindre une valeur plancher, et elle croît avec le diamètre liquide. / Jet or sheet atomized by a fast coaxial gas jet is currently used in industry, like aeronautical propulsion (turbofan) or spatial propulsion (cryotechnic rocket engine). Many physical processes allows liquid coherent structure fragmentation into drops. Stripping, which appears downstream near injector, has been largely studied (Marmottant et Villermaux 2004, Hong & al 2004), mecanisms has been correctly described.However, the origin of large scale - or 'flapping' instabilities - intervening further downstream, instabilities that are causing the production of large drops, remains poorly understood. This is particularly true for cylindrical jets which, unlike the case of sheets, have been the subject of very few studies. We are therefore committed to understand the origin of the "flapping", to analyze its relationship with interfacial shear instabilities, and to quantify its impact on the structure of the jet as well as on the drops produced. For this, experiments were carried out in water/air on wide set of parameters, both in terms of phasic speed than the dimensions of the gas gap and liquid diameter. Special care were made to the internal flow control.For all the geometries, we showed that the length of the liquid cone is driven by the large scale displacements and not by the stripping process. Furthermore, the length of brokenness jet presents a decline marked with the gas speed, then remains constant beyond a critical gas speed. A model was proposed for this asymptotic behavior in which the break-up length is driven by the report of the liquid injection speed to a capillary speed built on the liquid diameter.Measurement of the frequency of large scale displacement technology has been implemented from images acquired by shadowgraphy proved operational over the gas velocity range considered. This frequency, which varies not spatially, present two behaviors: a first where it increases with the speed of the gas, and a second where it remains independent of the gas speed. This second scheme is not mentioned in the literature. For the original plan, the link between flapping and shear instability has been demonstrated based on analyses of stability. The associated Strouhal number is controlled by the shear gas side. The dependence of the frequency of heartbeat to the thickness of vorticity gas side is thus established when shear instability is driven by an inviscide mechanism. For the second scheme, the opportunistic nature of the flapping has been demonstrated using forcing experience: the flapping amplifies liquid structures of wavelength greater than those associated with shear instability. A Strouhal number built on liquid jet diameter and the speed of the liquid jet at break distance has been proposed. Finally, the ratio of the diameter of the liquid jet at the wavelength of the shear instability seems relevant to define the border between these two regimes.Sizes drops produced on the symmetry axis were measured using an optical probe. It appears that granulometric distribution is evolving strongly with speed gas, and it is multi-modal, reflecting the presence of several mechanisms of brokenness. The average size of the drops decreases overall as UG - 2, in the limit of strong numbers of aerodynamic Weber. This medium size is also very sensitive to geometry: it decreases when the thickness of the gas increases until it reaches a floor value, and it grows with the liquid diameter. Finally, by forcing large amplitude lateral displacement, the average radial distribution of sizes of drops has been made much more homogeneous, and the average size of the drops on the axis has been reduced by a factor of 2. These results therefore open opportunities in terms of control of atomization.

Ce travail avait pour ambition de caractériser deux processus collisionnels différents impliquant des paires d'ions. Ces derniers, que ce soit sous forme de cations ou sous forme d'anions, ont une importance majeure pour l'astrochimie. Ainsi, il est vital de pouvoir fournir des données théoriques ou expérimentales sur les processus conduisant tant à la formation qu'à la consommation de ces ions. Le premier processus que nous avons étudié, nommé la dissociation en paires d'ions, conduit à la formation d'ions secondaires. Nous avons caractérisé ce processus tant théoriquement qu'expérimentalement. Ainsi, au moyen de collisions à haute vitesse entre un jet d'atomes d'hélium et un faisceau d'agrégats carbonés neutres ou ionisés, nous avons obtenu les différents rapports de branchements et sections efficaces concernant la dissociation en paires d'ions de ces composés de tailles n et de charges q variées. Grâce à ce travail, qui a permis d'effectuer une étude expérimentale sur l'influence de ces deux paramètres, nous avons ainsi montré que la dissociation en paires d'ions est toujours présente, quelle que soit la taille ou la charge du composé étudié. Dans le but de décrire la dissociation en paires d'ions au moyen de méthodes ab initio, nous avons également calculé les courbes d'énergies potentielles relatives aux états très excités de l'ion moléculaire C_2+. Sur base de l'analyse de population de Mulliken des fonctions d'onde relatives à ces états moléculaires, nous avons ainsi pu mettre en évidence le canal ionique impliqué dans la dissociation en paires d'ions de C_2+, via une méthodologie purement ab initio. Nous avons également calculé les taux théoriques de dissociation en paires d'ions pour les molécules C_2+ et C_3+, au moyen d'un modèle statistique basé sur le nombre de limites de dissociation et d'états moléculaires s'y corrélant. Nous avons ainsi pu comparer les données expérimentales et théoriques pour ces deux systèmes et avons montré que ce modèle, malgré de nombreuses hypothèses, permet de prédire le comportement relatif de la dissociation en paires d'ions au sein de ces composés. Le second processus que nous avons caractérisé est la neutralisation mutuelle d'ions atomiques de charges opposées conduisant ainsi à la consommation de ces ions. Nous avons étudié ce processus au sein des systèmes Li+/H-, Li+/D-, O+/O- et N+/O-, à la fois d'un point de vue théorique mais également expérimental. Ainsi, en utilisant un dispositif de faisceaux confluents, nous avons pu mesurer les sections efficaces totales de neutralisation mutuelle pour ces différents systèmes, à des énergies de collisions inférieures à 1 eV. Nous avons également pu obtenir les différents rapports de branchements associés à chacun des états atomiques peuplés au sein de ces systèmes lors de la neutralisation mutuelle. De manière assez surprenante, les mesures obtenues pour les collisions N+/O- ont permis de mettre en évidence une contribution importante d'un état atomique impliquant un processus à deux électrons. Nous avons caractérisé la neutralisation mutuelle au sein de ces quatre systèmes via différentes méthodes théoriques. Ainsi, nous avons utilisé des méthodes ab initio afin de calculer les courbes d'énergies potentielles et les éléments de couplages non-adiabatiques radiaux impliqués dans les systèmes Li+/H- et Li+/D-, en utilisant et en optimisant différentes bases de calculs ab initio. Au moyen d'une méthodologie Landau-Zener multivoies, nous avons ensuite pu mettre en évidence l'influence de ces bases de calculs sur les différentes sections efficaces totales et les rapports de branchements en découlant, tout en comparant les résultats théoriques aux données expérimentales. Dès lors, nous avons pu montrer que les éléments théoriques clés pour la bonne description de la neutralisation mutuelle Li+/H- et Li+/D- sont l'obligation d'utiliser les éléments de couplages non-adiabatiques radiaux ainsi que la description adéquate des croisements évités entre les états moléculaires. Pour des systèmes complexes tels que N+/O- et O+/O-, les méthodes ab initio habituelles ne peuvent être utilisées vu le nombre conséquent d'états moléculaires à prendre en compte afin de décrire la neutralisation mutuelle au sein de ces systèmes. Cependant, nous avons pu obtenir les sections efficaces totales et rapports de branchements théoriques pour ces deux systèmes en utilisant une méthode asymptotique à un électron afin d'obtenir les couplages impliqués dans la neutralisation mutuelle de ces systèmes. Ces couplages ont ensuite été utilisés dans une méthodologie Landau-Zener multivoies afin d'obtenir les sections efficaces totales et rapports de branchements, malgré la complexité de la description théorique de la neutralisation mutuelle O+/O- et N+/O- Dans ce dernier système, nous avons également utilisé des calculs purement atomiques afin de tenir compte du processus à deux électrons, mis en évidence par les résultats expérimentaux. Ainsi, nous avons pu montrer que les sections efficaces et rapports de branchements prédits sont en assez bon accord avec les résultats expérimentaux obtenus au moyen du dispositif expérimental de faisceaux confluents. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Face à l’évolution sinueuse de l’intégration européenne, notre objectif est d’analyser, depuis la perspective de la théorie des systèmes de Niklas Luhmann, le processus suivi par le système politique en Europe. Si Luhmann n’a jamais réalisé une observation ponctuelle de la question, sa théorie nous apporte un cadre pluridisciplinaire à la capacité d’innovation remarquable au regard de la complexité de la société moderne, des relations post-nationales et de la reconfiguration du politique. Cette approche est notamment prometteuse dans un contexte de décentration du politique par rapport à la société européenne, et de décentration des Etats nationaux par rapport au système politique. Ce contexte provoque une incertitude face au futur, qui fait à la fois écho à un moment de transition dans la réalité et dans notre formulation théorique de cette réalité. Notre recherche vise donc à une reformulation de la structure conceptuelle systémique dont l’actualisation nous semble nécessaire. Par delà le caractère fécond des observations, descriptions et concepts de la théorie des systèmes tels que l’anti-régionalisme, le post-humanisme, le constructivisme ou la spécificité du politique, nous défendons l’introduction et l’application d’un schéma conceptuel qui cible l’analyse du social dans ses aspects complexes, multi-niveaux, « polycontexturels » et polycentriques, et dans ses temporalités multiples. L’Europe prend une référence particulière, au croisement d’une complexité globale (la « société-monde ») et d’une complexité héritée de la différenciation territoriale (Etats-nations et régions); ce travail se propose de trouver une perspective qui permettra d’observer ce phénomène. / Facing to the winding evolution of European integration, our aim is to analyze the process followed by the political system in Europe, from the perspective of Niklas Luhmann’s System Theory. Although Luhmann has never made a punctual observation about this question, his theory gives us a pluridisciplinary framework with a remarkable innovative ability in order to think modern society’s complexity, post-national relations and political reconfigurations. This is an auspicious approach in a context of political decentralization with regard to the European society, and a context of decentralization of the National-State with regard to the political system. This original situation provokes an uncertainty face to the future which shows a transitional moment in reality as well as in theoretical formulation on this reality. Our research focuses on reformulating the system’s structure of concepts; we consider its renewal necessary. Despites the fructiferous nature of system theory’s observations, descriptions and concepts: anti-regionalism, post-humanism, constructivism or the specificity of politics for instance; we propose the introduction and application of a renewed conceptual schema that focuses on the analysis of society in its complexity, multi-level, “policontextural”, polycentric aspects as well as multiple temporalities. Europe itself takes a particular reference in the intertwined theoretical space of a global complexity (“World-Society”) and of a complexity inherited from territorial differentiation (Nation- States and regions); our research tries to find out the best possible perspective from which we could observe this phenomenon.

The symplectic formalism applied to the phase-space representation of bosonic quantum systems provides us with a powerful mathematical tool for the characterisation of Gaussian states and transformations. As a consequence, quantum information protocols involving the latter are very well understood from a theoretical point of view. Nevertheless, it has become clear in recent years that the use of non-Gaussian resources is necessary in order to perform various crucial information-processing tasks. An illustration of this fact can for instance be found in situations where a Gaussian no-go theorem precludes the use of Gaussian transformations in order to achieve a task involving Gaussian states, such as quantum entanglement distillation, quantum error correction, or universal quantum computation. In the first part of this thesis, we develop a new method based on the generating function of a sequence, which gives rise to an elegant description of intrinsically non-Gaussian objects. Building on the generating function of the matrix elements of Gaussian unitaries in Fock basis, our approach gives access to the multi-photon transition probabilities via unexpectedly simple recurrence equations. The method is developed for Gaussian unitaries effecting both passive and active linear coupling between two bosonic modes. It predicts an interferometric suppression term which generalises the Hong-Ou-Mandel effect for more than two indistinguishable photons impinging on a balanced beam splitter. Furthermore, it exhibits an unsuspected 2-photon suppression effect in optical parametric amplification of gain 2, which originates from the indistinguishability between the input and output photon pairs. Finally, we extend our method to Bogoliubov transformations acting on an arbitrary number of modes. In the second part of this thesis, we introduce a class of Gaussian-dilatable bosonic quantum channels (characterised by a Gaussian unitary in their Stinespring dilation) called passive-environment channels. These channels are interesting from a quantum thermodynamical viewpoint because they correspond to the coupling of a bosonic system with a bosonic environment that is passive in the Fock-basis (that is, no energy can be extracted from it by using unitary transformations) followed by discarding the environment. Making use of the generating function, we provide a description of these channels in terms of Gaussian bosonic channels. We then introduce a new preorder relation called Fock-majorization, which coincides with regular majorization for passive states but also induces another relation in terms of mean boson number, thereby connecting the concepts of energy and disorder of a quantum state. We prove various properties of Fock-majorization, showing in particular that the latter can be interpreted as a relation indicating the existence of a heating or amplifying map between two quantum states. This new preorder relation happens to be relevant in the context of passive-environment bosonic channels. Indeed, we show that these channels are Fock-majorization-preserving, so that any two input states that obey a Fock-majorization relation are transformed into output states respecting a similar relation. As a consequence, it also implies that passive-environment channels are majorization-preserving over the set of passive states of the harmonic oscillator. The consequences of majorization preservation are discussed in the context of the so-called entropy photon-number inequality. Most of our results being independent of the specific nature of the system under investigation, they could be generalised to other quantum systems and Hamiltonians, providing new tools that may prove useful in quantum information theory. In the last part of our thesis, we lay out a resource theory of local activity for bosonic systems. We introduce a notion of local-activity distance, and compare it with the work that can be extracted from a quantum state under local unitaries assisted by passive global unitaries. With this framework, we hope to connect the area of continuous-variable bosonic channels together with quantum thermodynamics. / Le formalisme symplectique appliqué à la représentation des systèmes bosoniques dans l'espace des phases donne accès à un outil mathématique puissant pour la caractérisation des états gau-ssiens et transformations gaussiennes. Les protocoles d'information quantique impliquant ces derniers sont d'ailleurs très bien compris d'un point de vue théorique. Toutefois, il s'est avéré clair durant ces dernières années que l'utilisation de ressources non-gaussiennes est nécessaire afin d'effectuer des tâches cruciales de traitement de l'information. En effet, certaines tâches — telles que la distillation d’intrication quantique, le codage quantique ou encore le calcul quantique — impliquant des états gaussiens ne peuvent être effectuées avec des transformations gaussiennes. Dans la première partie de cette thèse, nous développons une nouvelle méthode basée sur la fonction génératrice d'une suite qui donne lieu à une description élégante d'objets intrinsèquement non-gaussiens. Se basant sur la fonction génératrice des éléments de matrice d'unitaires gaussiens dans la base de Fock, notre approche donne accès aux probabilités de transition multi-photon via des équations de récurrence étonnamment simples. La méthode est développée pour des unitaires gaussiens produisant des couplages linéaires passifs et actifs entres deux modes bosoniques. Elle prédit un terme d'interférence destructive qui généralise l'effet Hong-Ou-Mandel pour plus de deux photons indistinguables pénétrant dans un diviseur de faisceau équilibré. De plus, elle met en évidence un effet inattendu de suppression de deux photons dans un amplificateur paramétrique optique de gain 2. Cette suppression résulte de l’indistinguabilité entre les paires de photons d’entrée et de sortie. Finalement, nous étendons notre méthode à des transformations de Bogoliubov agissant sur un nombre de modes arbitraire. Dans la seconde partie de cette thèse, nous introduisons une classe de canaux quantiques bosoniques gaussiens-dilatables (caractérisés par un unitaire gaussien dans leur ``Stinespring dilation") appelés canaux à environnement passif. Ces canaux sont intéressants du point de vue de la thermodynamique quantique puisqu’ils correspondent au couplage d’un système bosonique avec un environnement bosonique qui est passif dans la base de Fock (en d’autres termes, il est impossible d’en extraire de l’énergie avec des transformations unitaires), suivi du rejet de l’environnement. Grâce à la fonction génératrice, nous fournissons une description de ces transformations en termes de canaux quantiques bosoniques gaussiens limités par le bruit du vide. Nous introduisons ensuite une nouvelle relation de pré-ordre appelé ``majorization" de Fock, qui coïncide avec la ``majorization" usuelle pour les états passifs mais induit une autre relation en terme du nombre moyen de bosons, connectant ainsi les concepts d’énergie et de désordre d’un état quantique. Dans ce contexte, nous prouvons des propriétés variées de la ``majorization" de Fock et montrons en particulier que cette dernière peut être interprétée comme une relation indiquant l’existence d’une transformation d’amplification entre deux états quantiques. Cette nouvelle relation de pré-ordre s’avère appropriée dans le contexte des canaux bosonique à environnement passif. En effet, nous montrons que ces canaux conservent la ``majorization" de Fock, de sorte que n’importe quels deux états d’entrée obéissant une relation de ``majorization" de Fock sont transformés en états de sortie vérifiant une relation similaire. En particulier, cela implique que les canaux à environnement passif préservent la ``majorization" pour l'ensemble des états passifs de l’oscillateur harmonique. Les conséquences de la préservation de la ``majorization" sont examinées dans le contexte de la ``entropy photon-number inequality". Étant indépendants de la nature spécifique du système étudié, la plupart de nos résultats peuvent être généralisés à d’autres systèmes et hamiltoniens quantiques, donnant lieu à de nouveaux outils qui pourraient s’avérer utiles en théorie de l’information quantique. Dans la dernière partie de notre thèse, nous mettons en place une théorie de l’activité locale pour les système bosoniques. Nous introduisons une notion de distance en terme d'activité locale et la comparons avec le travail qui peut être extrait d'un état quantique avec des unitaires locaux assistés par des unitaires globaux passifs. Le but à long terme est de se baser sur cette théorie afin de connecter les domaines des canaux bosoniques à variables continues et de la thermodynamique quantique. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The device-independent (DI) framework is a novel approach to quantum information science which exploits the nonlocality of quantum physics to certify the correct functioning of a quantum information processing task without relying on any assumption on the inner workings of the devices performing the task. This thesis focuses on the device-independent certification and generation of true randomness for cryptographic applications. The existence of such true randomness relies on a fundamental relation between the random character of quantum theory and its nonlocality, which arises in the context of Bell tests. Device-independent randomness generation (DIRG) and quantum key distribution (DIQKD) protocols usually evaluate the produced randomness (as measured by the conditional min-entropy) as a function of the violation of a given Bell inequality. However, the probabilities characterising the measurement outcomes of a Bell test are richer than the degree of violation of a single Bell inequality. In this work we show that a more accurate assessment of the randomness present in nonlocal correlations can be obtained if the value of several Bell expressions is simultaneously taken into account, or if the full set of probabilities characterising the behaviour of the device is considered. As a side result, we show that to every behaviour there corresponds an optimal Bell expression allowing to certify the maximal amount of DI randomness present in the correlations. Based on these results, we introduce a family of protocols for DIRG secure against classical side information that relies on the estimation of an arbitrary number of Bell expressions, or even directly on the experimental frequencies of the measurement outcomes. The family of protocols we propose also allows for the evaluation of randomness from a subset of measurement settings, which can be advantageous when considering correlations for which some measurement settings result in more randomness than others. We provide numerical examples illustrating the advantage of this method for finite data, and show that asymptotically it results in an optimal generation of randomness from experimental data without having to assume beforehand that the devices violate a specific Bell inequality. / L'approche indépendante des appareils ("device-independent" en anglais) est une nouvelle approche en informatique quantique. Cette nouvelle approche exploite la non-localité de la physique quantique afin de certifier le bon fonctionnement d'une tâche sans faire appel à des suppositions sur les appareils menant à bien cette tâche. Cette thèse traite de la certification et la génération d'aléa indépendante des appareils pour des applications cryptographiques. L'existence de cet aléa repose sur une relation fondamentale entre le caractère aléatoire de la théorie quantique et sa non-localité, mise en lumière dans le cadre des tests de Bell. Les protocoles de génération d'aléa et de distribution quantique de clés indépendants des appareils mesurent en général l'aléa produit en fonction de la violation d'une inégalité de Bell donnée. Cependant les probabilités qui caracterisent les résultats de mesures dans un test de Bell sont plus riches que le degré de violation d'une seule inégalité de Bell. Dans ce travail nous montrons qu'une évaluation plus exacte de l'aléa présent dans les corrélations nonlocales peut être faite si l'on tient compte de plusieurs expressions de Bell à la fois ou de l'ensemble des probabilités (ou comportement) caractérisant l'appareil testé. De plus nous montrons qu'à chaque comportement correspond une expression de Bell optimale permettant de certifier la quantité maximale d'aléa présente dans ces corrélations. À partir de ces resultats, nous introduisons une famille de protocoles de génération d'aléa indépendants des appareils, sécurisés contre des adversaires classiques, et reposant sur l'évaluation de l'aléa à partir d'un nombre arbitraire d'expressions de Bell, ou même à partir des fréquences expérimentales des résultats de mesure. Les protocoles proposés permettent aussi d'évaluer l'aléa à partir d'un sous-ensemble de choix de mesure, ce qui peut être avantageux lorsque l'on considère des corrélations pour lesquelles certains choix de mesure produisent plus d'aléa que d'autres. Nous fournissons des exemples numériques illustrant l'avantage de cette méthode pour des données finies et montrons qu'asymptotiquement cette méthode résulte en un taux de génération d'aléa optimal à partir des données expérimentales, sans devoir supposer à priori que l'expérience viole une inégalité de Bell spécifique. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished