La supraconductivité dans la famille des composés de type fermions lourds tel le CeCoIn5 se développe à proximité d’une instabilité antiferromagnétique. La proximité de cette instabi- lité indique un point quantique critique (anglais pour ”quantum critical point” QCP) entre la phase antiferromagnétique et un liquide de Fermi. À ce point, les deux états fondamentaux du système sont en compétition et peuvent être perturbés par une variation de la pression ou de la composition chimique. Dans cette proposition, nous étudions la réciprocité entre les deux méthodes de perturbation du point quantique critique. Pour ce faire, on change la composition chimique du CeCoIn5 en dopant le cristal avec des atomes d’ytterbium qui prennent la place du cérium dans la structure. La substitution de certains atomes de cérium par de l’ytterbium est équivalent électroniquement à enlever un électron de la couche 4f car l’ytterbium est bivalent dans la structure CeCoIn5 . Ainsi, on détruit des moments magné- tiques dans le réseau fortement corrélé de centres de Kondo et pousse le matériau vers la phase antiferromagnétique. Dans la même optique, on utilise un accélérateur de particules pour implanter des atomes d’hélium dans la maille du cristal. Les atomes d’hélium agissent comme une source de pression négative qui dilatent le réseau et réduisent la cohérence entre certaines quasi-particules de Kondo. On propose alors que cette implantation pourrait induire l’ordre antiferromagnétique puisqu’elle favorise l’interaction magnétique longue portée. Dans un premier ordre, on a dopé les échantillons de CeCoIn5 dopé à l'Yb avec une concentration de 5%, 10% et 15%. Tel qu’attendu, suite aux mesures de la chaleur spécifique en fonction de la température, on s’aperçoit que la valeur de la température de transition de phase supraconductrice diminue lorsqu’on augmente le dopage dans le monocristal. On montre ainsi la dépendance entre la concentration de dopant dans le cristal et la destruction inhomogène de l’état corrélé. Lorsqu’on remplace des électrons de l’orbitale 4f par des trous de cette bande, on détruit la cohérence entre les centres de Kondo qui induit la supraconductivité. Cette variation chimique peut être utilisée comme un paramètre de réglage qui favorise le régime de l’interaction magnétique près du QCP. Similairement, suite à une implantation d’atomes d’hélium de 0.1%, 0.5% et 1% des mailles dans les premiers 15 micromètre de CeCoIn5 , on constate que la dilatation du réseau réduit linéairement l’intéraction globale du régime fortement corrélé entre les singulets de Kondo. Cependant, la cohérence entre les centres de Kondo est plus difficile à obtenir, ce qui diminue la température critique (Tc) de la transition de phase supraconductrice. On associe cette diminution de Tc proche d’un QCP à la suppression inhomogène du régime liquide de Fermi. Alors, l’application d’une pression négative par implantation d’hélium est considérée comme un paramètre de réglage qui avantage l’interaction magnétique longue portée et conduit le cristal vers l’ordre AFM. / Superconductivity in the family of heavy fermion compounds such as CeCoIn5 develops near an antiferromagnetic instability. The proximity of this instability indicates a quantum critical point (QCP) between the antiferromagnetic phase and a Fermi liquid ground state. At such a point, the two ground states of the system are in competition and applying pressure or changeing the chemical composition moves the system away from the QCP. In this work, we study the reciprocity between the two methods of perturbation of the QCP. In this sense, the chemical composition of the CeCoIn5 is changed by doping the system with ytterbium atoms, which replace the cerium. The substitution of cerium which is trivalent and carries a magnetic moment atoms by the bivalent ytterbium is electronically and non-magnetic electron of the shell 4f by a hole of the same orbital and removing a magnetic moment. Thus, we destroy magnetic moments causing the Kondo coherence and push the material towards the antiferromagnetic phase. In the same vein, an accelerator is used to implant helium atoms in the lattice of the crystal. Helium atoms act as a source of negative pressure which expands the lattice and which destroys the coherence between certain Kondo singlets. It is then proposed that this implantation should eventually induce antiferromagnetic order since this is favoring the long-range magnetic interaction. First, Ce1−xYbxCoIn5 samples were doped with an Yb concentration of x = 5%, 10% and 15%. As expected, following the measurements of the specific heat as a function of temperature, it is found that the value of the temperature of the superconducting phase transition (Tc) decreases when the level of doping increases in the single crystal. Thus, we conclude that the more electrons in the 4f orbital are replaced by holes of this band, the more we destroy the coherence between the Kondo center which induces superconductivity We also show that this inhomogeneous destruction of the correlated state is linear with the concentration of induced holes in the crystal. we conclude that the more electrons in the 4f orbital are replaced by holes of this band, the more we destroy the coherence between the Kondo center which induces superconductivity. In this sense, this chemical variation used as a tunning parameter favors the magnetic state near the QCP. Similarly, following a helium atom implantation of 0.1%, 0.5% and 1% of the lattices in the first 15 μm of CeCoIn5 , we find that lattice expansion linearly decreases the correlation between Kondo singlets. Thus, the coherence between Kondo centers is more difficult to achieve, which decreases the critical temperature (Tc) towards the superconducting phase transition. This linear decrease of Tc close to a QCP is associated to the suppression of the Fermi liquid regime and thus is expected to lea the crystal to the AFM order. Then, the application of a negative pressure by helium implantation can be considered as a tunning parameter which benefits the long-range magnetic interaction

Cette thèse de doctorat étudie trois problèmes à l'aide des outils de la mécanique statistique. Nous montrons l'existence du phénomène d'universalité critique pour la transition de phases dynamique de certains algorithmes de recherche combinatoire. Nous donnons les valeurs exactes des exposants critiques et une formule analytique pour une fonction d'échelle. Nous développons un formalisme qui nous permet de calculer un développement perturbatif systématique, en grandes dimensions d'espace, de la fonction de grandes déviations de l'état métastable du processus de contact. Il peut resservir entre autres pour d'autres modèles de biologie des populations. Nous introduisons enfin deux modèles bidimensionnels exactement solubles pour la statique des milieux granulaires. Ils reproduisent la transition de jamming et permettent de discuter les différentes échelles de longueurs de ces milieux et de mettre en défaut l'hypothèse d'Edwards dans un cas réaliste.

De nouveaux composés fluorés et oxyfluorés d'étain ainsi que des fluorures ternaires d'antimoine ont été synthètises et caractérisés. Des transitions de phases ont été mises en évidence par ATD et macrocalorimétrie. Des structures cristallines ont été déterminées soit a partir de monocristaux, soit a partir d'échantillons polycristallins par la méthode de Rietveld. Une étude par diffraction de neutrons sur un échantillon pulvérulent a montre qu'un ordre cationique existait pour le fluorure mixte Sn2F6. Des techniques spectroscopiques ont permis de préciser la nature des liaisons chimiques et de confirmer l'existence de transitions de phases. Des corrélations ont été établies entre les paramètres Mössbauer et les propriétés structurales.

Cette thèse présente l'étude de la déstabilisation d'un film d'huile de silicone sous un plan horizontal poreux continûment alimenté. <br />On observe, en fonction du débit d'alimentation et de la viscosité, une grande richesse de comportements spatio-temporels à travers trois régimes de référence, constitués de gouttes, de colonnes ou de nappes: réseaux hexagonaux centrés, défauts topologiques oscillant ou pas, nappes spiralantes...<br />L'étude théorique de la déstabilisation d'une structure hexagonale menée dans cette thèse, permet de prédire tous les vecteurs d'onde possibles de l'instabilité secondaire, en particulier le mode de doublement de période observé dans l'expérience.<br />L'étude de la transition au chaos spatio-temporel par intermittences, à partir du régime hexagonal et stationnaire de colonnes, est également menée. Selon la viscosité utilisée, la transition est du premier ou du deuxième ordre au sens des systèmes thermodynamiques.

L'objet de cette thèse est le traitement du modèle de Heisenberg antiferromagnétique dans la base de liens de valence, qui permet d'en décrire la physique de basse énergie. Le manuscrit est organisé en deux parties : dans la première nous utilisons le concept de fidélité afin de détecter les transitions de phases quantiques. Nous démontrons notamment que cette quantité est accessible dans un algorithme de Monte Carlo quantique, formulé dans la base de liens de valence, permettant ainsi de calculer la fidélité sur des systèmes de grande taille. La deuxième partie vise à développer l'idée initiale de Rokhsar et Kivelson, qui a pour but de transformer un modèle de Heisenberg en un modèle de dimères quantiques, généralement moins complexe d'un point de vue numérique. Après une dérivation rigoureuse, cette technique est appliquée au réseau kagomé et permet d'établir l'existence d'un point tricritique au voisinage du modèle initial. La même méthode est ensuite utilisée afin de traiter le modèle J1-J2-J3 sur le réseau hexagonal et démontre l'existence d'une phase plaquette dans un domaine de paramètres déterminé.

Les solutions solides (1-x)Na0,5Bi0,5TiO3 (NBT) – xCaTiO3 (CT) ont été étudiées par diffraction des rayons X, spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage, spectroscopie d’impédance et DSC. Ce sont des matériaux présentant la structure cristalline pérovskite. L’étude révèle la complexité mais aussi la richesse des phénomènes physiques dans cette famille de composés : les séquences des transitions de phases, l’influence du dopant Ca2+ sur les propriétés physico-chimiques du matériau, la relation étroite entre propriétés diélectriques et caractéristiques structurales. Des solutions solides (1-x)NBT – xCT, avec 0 ≤ x ≤ 1,00, ont été synthétisées par voie solide classique puis frittées selon une procédure spécifique dans un milieu confiné pour éviter toute perte de sodium et de bismuth. Les caractéristiques cristallines des solides obtenus imposent clairement de distinguer trois domaines suivant les valeurs de x. En effet, pour les valeurs croissantes de x et à la température ambiante, on observe un premier domaine (Région I, pour x ≤ 0,07) dans lequel le solide obtenu est une solution solide de structure cristalline, de groupe d’espace R3c, identique à celle de NBT pur. Pour les valeurs les plus élevées de x (Région II, pour x ≥ 0,15), le solide obtenu est une solution solide de structure cristalline, de groupe d’espace Pnma, identique à celle de CT pur. Enfin, entre ces deux domaines (Région III, 0,09 ≤ x ≤ 0,13), les solides obtenus sont biphasés, R3c + Pnma, en se limitant aux appellations des groupes d’espacé des phases formées. Dans la région I, lors du chauffage, la séquence des transitions de phases R3c → P4bm → Pm3m est mise en évidence; les températures des transitions se déplacent vers les plus basses températures quand la concentration en Ca2+ augmente. Les solides sont ferroélectriques à l’ambiante puis développent un caractère relaxeur, par coexistence de deux phases, avec l’augmentation de la température. Dans la région II, les solides révèlent un comportement relaxeur dès l’ambiante. Une transition de phase diffuse au sein de la phase orthorhombique Pnma est toutefois mise en évidence ; le solide passe d’un état relaxeur à un état paraélectrique tout en conservant, a priori, la même structure cristalline. Le phénomène de relaxation dans ces composés est expliqué par la formation de micros ou nanorégions polaires. La région III, quant à elle, est caractérisée par l’apparition d’une hystérésis thermique mise en évidence pour la première fois ; elle est expliquée par la relation entre la microstructure cristalline et les propriétés diélectriques. Enfin, l’ensemble de nos résultats a été regroupé dans un diagramme de phase original en composition et en température. / The solid solutions (1-x)Na0,5Bi0,5TiO3 (NBT) – xCaTiO3 (CT) were studied by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, impedance spectroscopy and DSC. These materials have a perovskite crystalline structure. This study reveals not only the complexity but also the richness of physical phenomena in these compounds: phases transitions sequences, the Ca2+ effect on the physical-chemistry properties and the relation between dielectric properties and crystalline structure. Thereby, (1-x)NBT – xCT solid solutions (0 ≤ x ≤ 1.00) were synthesized by chemical solid route, then they were sintered by a particular procedure in order to avoid sodium and bismuth volatilization. The solid crystalline characteristics obtained prove clearly the necessity to distinguish three fields as a function of x values. First of all, for increasing x at room temperature, there is a first region so called region I (x ≤ 0.07), wherein the crystalline structure of solid solutions obtained has a space group R3c identical to that of pure NBT. For the highest values of x, (Region II, x ≥ 0.15), the solid obtained has a space group Pnma, identical to that of pure CT. Finally, between these two regions, (0.09 ≤ x ≤ 0.13), the solid solutions obtained are biphasic, R3c + Pnma, limited to appellations of the space groups formed phases. In region I, upon heating, phase transition sequence R3c → R3c + Pnma → Pnma was determined; the corresponding transition temperatures move to low values with increasing Ca2+ concentration. These solids are ferroelectric at room temperature and then develop a relaxor character, by coexistence of two phases, with increasing temperature. In region II, these solids reveal a relaxor behavior at room temperature. However, a diffuse phase transition within the orthorhombic phase Pnma has been identified; the solid changes from relaxor to paraelectric while maintaining the same crystal structure. This phenomenon was explained by the formation of micro or nano-polar regions. Region III, demonstrated for the first time, is characterized by thermal hysteresis, and explained by the relation between crystalline microstructure and dielectric properties. Finally, all our results were assembled in an original phase diagram as a function of concentration of Ca2+ dopant and temperature.

Dans cette thèse, nous étudions la stabilité et les propriétés des glaces d’eau de haute pression (entre 5 et 300 GPa) et de haute température (entre 300 et 2000 K) comportant ou non des inclusions de NaCl dans leur structure cristalline. Pour attendre ces conditions propres aux intérieurs des exoplanètes océans, nous utilisons une approche théorique basée sur des dynamiques moléculaires ab initio. Nous montrons que l’analyse de la dynamique des liaisons entre hydrogènes et oxygènes permet de distinguer toutes les phases de la glace présentant une structure cubique volume-centrée. En particulier, nous présentons la première description ab initio de la phase plastique, et nous mettons en évidence la présence de multiples transitions dans la phase superionique. Ensuite, nous montrons que jusqu’à 5.9 % en masse de NaCl peuvent être inclus dans la structure de la glace à 1600 K. L’inclusion des ions Na+ et Cl- stimule le désordre orientationel des molécules d’eau par rapport à la glace d’eau pure. À partir de 2.5 % en masse de NaCl, la conduction superionique s’étend à l’ensemble de la gamme de pression étudiée, et la symétrisation des liaisons hydrogènes se produit à plus haute pression. Enfin, nous décrivons les structures de cœur des dislocations vis ayant des vecteurs de Burgers <110> et <111> dans la glace X à 80 GPa, ce qui constitue une étape préliminaire importante à la construction de lois rhéologiques pour les glaces cubiques de haute pression. / In this thesis we study the stability and the properties of pure and NaCl-bearing dense water ices at high pressure (between 5 and 300 GPa) and high temperature (between 300 and 2000 K). To reach these conditions that correspond to the interiors of ocean exoplanets, we employ a theoretical approach based on ab initio molecular dynamics simulations. We show that a detailed analysis of the hydrogen bond dynamics allows to distinguish all the different ice phases presenting a body-centered cubic sub-lattice of oxygen atoms. In particular, we present the first ab initio description of the plastic phase of water ice. We also reveal the multiple transitions that occur in the superionic domain. Next, we show that ice VII' can incorporate up to 5.9 wt% NaCl in its structure at 1600 K. The inclusion of Na+ and Cl- ions enhances the orientation disorder of the water molecules in comparison to the pure ice. From 2.5 wt% NaCl, superionic conduction expands over the entire pressure range studied, and the hydrogen symmetrisation is shifted towards higher pressures. Last, we describe the <110> and <111> screw dislocation core structures of ice X at 80 GPa. This constitutes a first step towards the construction rheological laws for high-pressure cubic ices.

Un grand nombre des problèmes d'optimisation, ainsi que des problèmes inverses, combinatoires ou hors équilibre qui apparaissent en physique statistique des systèmes complexes, peuvent être représentés comme un ensemble des variables en interaction sur un certain réseau. Bien que la recette universelle pour traiter ces problèmes n'existe pas, la compréhension qualitative et quantitative des problèmes complexes sur des graphes a fait des grands progrès au cours de ces dernières années. Un rôle particulier a été joué par des concepts empruntés de la physique des verres de spin et la théorie des champs, qui ont eu beaucoup de succès en ce qui concerne la description des propriétés statistiques des systèmes complexes et le développement d'algorithmes efficaces pour des problèmes concrets.En première partie de cette thèse, nous étudions des problèmes de diffusion sur des réseaux, avec la dynamique hors équilibre. En utilisant la méthode de cavité sur des trajectoires dans le temps, nous montrons comment dériver des équations dynamiques dites "message-passing'' pour une large classe de modèles avec une dynamique unidirectionnelle -- la propriété clef qui permet de résoudre le problème. Ces équations sont asymptotiquement exactes pour des graphes localement en arbre et en général représentent une bonne approximation pour des réseaux réels. Nous illustrons cette approche avec une application des équations dynamiques pour résoudre le problème inverse d'inférence de la source d'épidémie dans le modèle "susceptible-infected-recovered''.Dans la seconde partie du manuscrit, nous considérons un problème d'optimisation d'appariement planaire optimal sur une ligne. En exploitant des techniques de la théorie de champs et des arguments combinatoires, nous caractérisons une transition de phase topologique qui se produit dans un modèle désordonné simple, le modèle de Bernoulli. Visant une application à la physique des structures secondaires de l'ARN, nous discutons la relation entre la transition d'appariement parfait-imparfait et la transition de basse température connue entre les états fondu et vitreux de biopolymère; nous proposons également des modèles généralisés qui suggèrent une correspondance exacte entre la matrice des contacts et la séquence des nucléotides, permettant ainsi de donner un sens à la notion des alphabets effectifs non-entiers. / A large number of optimization, inverse, combinatorial and out-of-equilibrium problems, arising in the statistical physics of complex systems, allow for a convenient representation in terms of disordered interacting variables defined on a certain network. Although a universal recipe for dealing with these problems does not exist, the recent years have seen a serious progress in understanding and quantifying an important number of hard problems on graphs. A particular role has been played by the concepts borrowed from the physics of spin glasses and field theory, that appeared to be extremely successful in the description of the statistical properties of complex systems and in the development of efficient algorithms for concrete problems.In the first part of the thesis, we study the out-of-equilibrium spreading problems on networks. Using dynamic cavity method on time trajectories, we show how to derive dynamic message-passing equations for a large class of models with unidirectional dynamics -- the key property that makes the problem solvable. These equations are asymptotically exact for locally tree-like graphs and generally provide a good approximation for real-world networks. We illustrate the approach by applying the dynamic message-passing equations for susceptible-infected-recovered model to the inverse problem of inference of epidemic origin. In the second part of the manuscript, we address the optimization problem of finding optimal planar matching configurations on a line. Making use of field-theory techniques and combinatorial arguments, we characterize a topological phase transition that occurs in the simple Bernoulli model of disordered matching. As an application to the physics of the RNA secondary structures, we discuss the relation of the perfect-imperfect matching transition to the known molten-glass transition at low temperatures, and suggest generalized models that incorporate a one-to-one correspondence between the contact matrix and the nucleotide sequence, thus giving sense to the notion of effective non-integer alphabets.