Search

The purpose of this work is the characterization and theoretical investigation of an electron cyclotron resonance plasma thruster. The objectives is to study the physics of the thruster (energy transfer by cyclotron resonance, ionization process, coupling microwave/plasma and acceleration process) to improve his performances, efficiency and development dimensioning tools.An experimental prototype of the thruster was characterized around the operating freedoms degrees as frequency, magnetic field, the power, the geometry and the gas flow. The results are used to set the conditions for a nominal operation of the thruster in terms of performances and efficiency. It was shown that the position of the resonance area and the operating pressure are the two keys parameters for the optimization of the thruster.This research helped to increase performance and total efficiency of the thruster. For a power of 30 watts and a flow rate of 0.1 mg/s, the thrust provided 1 mN with a specific impulse of 1000 s for 16 % total efficiency.In parallel, a discharge model is adapted to the configuration of the thruster. He estimates the thruster performance, identifies key points and provides sizing prospects for a new version of the thruster. To complete the model, preliminary simulations of electromagnetic wave propagation and microwave plasma coupling magnetized are carried out. The results obtained make it possible to better understand the microwave power deposition in the plasma source and reproduce the influence of the magnetic field observed experimentally.; L'objet de ce travail consiste à la caractérisation et à la modélisation d'un propulseur électrique à résonance cyclotronique des électrons. L’objectif est d’étudier la physique du propulseur (transfert d’énergie par résonance, processus d’ionisation, couplage micro-onde/plasma, processus d’accélération) afin d’améliorer ses performances, son efficacité ainsi que le développement d’outils de dimensionnement. Un prototype expérimental du propulseur a été caractérisé autour des degrés de libertés de fonctionnement tels que la fréquence, le champ magnétique, la puissance, la géométrie et le débit de gaz. Les résultats obtenus permettent de définir les conditions pour un fonctionnement nominal du propulseur en termes de performances et d’efficacité. Il a été montré que la position de la zone résonance ainsi que la pression de fonctionnement sont les deux paramètres clés pour l’optimisation du propulseur. Ces travaux de recherche ont permis d’augmenter les performances et le rendement total du propulseur. Pour une puissance de 30 Watts et un débit de 0.1 mg/s, le propulseur fourni une poussée de 1 mN avec une impulsion spécifique de 1000 s pour 16 % d’efficacité totale.En parallèle, un modèle de décharge est adapté au propulseur. Il estime les performances du propulseur, permet d’identifier les points importants et apporte des perspectives de dimensionnement pour une nouvelle version du propulseur. Pour compléter ce modèle, des simulations préliminaires de propagation d’ondes électromagnétiques et de couplage micro-onde plasma magnétisé sont réalisées. Les résultats obtenues permettent de mieux comprendre la déposition de puissance micro-onde dans le propulseur.

The purpose of this work is the characterization and theoretical investigation of an electron cyclotron resonance plasma thruster. The objectives is to study the physics of the thruster (energy transfer by cyclotron resonance, ionization process, coupling microwave/plasma and acceleration process) to improve his performances, efficiency and development dimensioning tools.An experimental prototype of the thruster was characterized around the operating freedoms degrees as frequency, magnetic field, the power, the geometry and the gas flow. The results are used to set the conditions for a nominal operation of the thruster in terms of performances and efficiency. It was shown that the position of the resonance area and the operating pressure are the two keys parameters for the optimization of the thruster.This research helped to increase performance and total efficiency of the thruster. For a power of 30 watts and a flow rate of 0.1 mg/s, the thrust provided 1 mN with a specific impulse of 1000 s for 16 % total efficiency.In parallel, a discharge model is adapted to the configuration of the thruster. He estimates the thruster performance, identifies key points and provides sizing prospects for a new version of the thruster. To complete the model, preliminary simulations of electromagnetic wave propagation and microwave plasma coupling magnetized are carried out. The results obtained make it possible to better understand the microwave power deposition in the plasma source and reproduce the influence of the magnetic field observed experimentally., L'objet de ce travail consiste à la caractérisation et à la modélisation d'un propulseur électrique à résonance cyclotronique des électrons. L’objectif est d’étudier la physique du propulseur (transfert d’énergie par résonance, processus d’ionisation, couplage micro-onde/plasma, processus d’accélération) afin d’améliorer ses performances, son efficacité ainsi que le développement d’outils de dimensionnement. Un prototype expérimental du propulseur a été caractérisé autour des degrés de libertés de fonctionnement tels que la fréquence, le champ magnétique, la puissance, la géométrie et le débit de gaz. Les résultats obtenus permettent de définir les conditions pour un fonctionnement nominal du propulseur en termes de performances et d’efficacité. Il a été montré que la position de la zone résonance ainsi que la pression de fonctionnement sont les deux paramètres clés pour l’optimisation du propulseur. Ces travaux de recherche ont permis d’augmenter les performances et le rendement total du propulseur. Pour une puissance de 30 Watts et un débit de 0.1 mg/s, le propulseur fourni une poussée de 1 mN avec une impulsion spécifique de 1000 s pour 16 % d’efficacité totale.En parallèle, un modèle de décharge est adapté au propulseur. Il estime les performances du propulseur, permet d’identifier les points importants et apporte des perspectives de dimensionnement pour une nouvelle version du propulseur. Pour compléter ce modèle, des simulations préliminaires de propagation d’ondes électromagnétiques et de couplage micro-onde plasma magnétisé sont réalisées. Les résultats obtenues permettent de mieux comprendre la déposition de puissance micro-onde dans le propulseur.

X-ray emission of mid to high Z plasmas not in local thermodynamic equilibrium (LTE) is particularly difficult to modelize due to high number of electronic transitions to take into account. Studying X-ray emission from L-shell and M-shell transitions is extremely interesting, for both benchmarking numerical calculations (especially in non LTE conditions) and understanding of non LTE atomic physic in hot and dense plasmas.Experiments have been developed with the issue of measuring as completely as possible and in independent ways the X-ray emission and the hydrodynamic evolution of the studied plasmas. These plasmas were created using high energy lasers, from solid targets, aiming to observe L-shell (bromine, niobium) or M-shell (tantalum, tungsten) emission. The experimental setup has been improved over the time, including front and rear hydrodynamic diagnostics, which allow constraining numerical simulations describing the whole plasma evolution.Then spectra were calculated by atomic physic codes, using hydrodynamic conditions determined from measurements. Measurements and simulations are in good agreement, especially for M-shell emission spectra, however calculations still lacks details to finely reproduce the observed structures, which affects mainly L-shell emission spectra., L’émission X de plasmas hors équilibre thermodynamique local (ETL) de Z moyen ou élevé est particulièrement difficile à modéliser du fait du grand nombre de transitions électroniques à prendre en compte. L’étude du rayonnement X issu des transitions de couches L et M est extrêmement intéressante, d’une part pour la validation des codes numériques (en particulier hors ETL), et d’autre part pour la compréhension de la physique atomique hors ETL dans les plasmas chauds et denses. Des expériences ont donc été développées avec pour enjeu de mesurer le plus complétement possible et de manière indépendante d’une part l’émission X, et d’autre part l’évolution hydrodynamique des plasmas étudiés. Les plasmas ont été créés à l’aide de lasers de puissance à partir de cibles solides, afin d’observer une émission de couche L (brome, niobium) ou M (tantale, tungstène). Le dispositif expérimental qui a été amélioré au cours du temps comportait plusieurs diagnostics hydrodynamiques, en face avant comme en face arrière, permettant une bonne caractérisation de l’évolution du plasma. Les mesures hydrodynamiques ainsi réalisées ont permis de contraindre des simulations numériques décrivant complètement le plasma.Des codes de physique atomique ont ensuite été utilisés pour calculer les spectres dans les conditions hydrodynamiques déterminées à partir des mesures. L'accord obtenu entre spectres expérimentaux et mesurés est bon, particulièrement pour les spectres d'émission de couche M, cependant les calculs manquent encore de détails pour reproduire finement les structures observées, ce qui affecte principalement les spectres d'émission de couche L.

The question this thesis stems from is: ”To which extent weather controls the life cycle of forest fires in the Mediterranean?”. The analysis developed here is based on remotely-sensed fire data, meteorological reanalyses and numerical simulations.A large part of the thesis work focused on the impact of weather on wildfires. First I showed that weather controls the life cycle of forest fires very tightly when these fires are large enough. Many factors are crucial: the strength of the heatwave, the precipitation deficit in month preceding the summer season and finally wind speed. The relationship between fire size and wind was found very atypical by comparison with other regions (Asia, Central Europe). The largest burned areas are observed for either low wind speeds or high wind situations, with a minimum for moderate winds. This counter- intuitive behavior is observed solely during heatwaves. The causes of these different types or fire/wind relationships were identified. These results allowed to build the foundations of a statistical modeling framework that can be used to forecast not just fire risk but also the distribution of fire size and intensity. This step towards forecasting is innovative and much more informative than fire risk modeled currently used.A second part was written about on the impact of fires on local weather. I designed a numerical sensibility study of the August 2003 Portugal fire event. In this study, I showed the triggering of inland breezes over the burned areas strengthening convection. I studied the sensibility of this phenomenon with respect to the dynamical and land-use resolution in the model. Finally I showed that burned area were favorable to increased cloudiness with an effect of increased precipitation risk (even if the precipitation signal stays very weak over the unique studied month)., La question à la base de cette thèse est ”À quel point la météorologie contrôle le cycle de vie des feux de forêts en Méditerranée?”. L’analyse développée repose sur des observations satellitaires de feux, des réanalyses d’observations météorologiques et des simulations numériques.Une grande partie du travail de thèse a porté sur l’impact de la météorologie sur les feux de forêts. Il a été tout d’abord été montré que la météorologie contrôle très fortement le cycle de vie des feux, quand ces feux sont très grands. Plusieurs facteurs sont déterminants: l’amplitude de la canicule, le déficit de précipitation des mois précédant la période estivale et enfin le vent. La relation entre surface brulée et vent s’est d’ailleurs révélée très atypique par rapport à d’autres régions du monde (Asie/Europe Centrale). Les plus grandes surfaces brulées sont observées soit pour des vents faibles, soit pour des vents forts avec un minimum aux vents intermédiaires. Ce comportement contre-intuitif n’est observé que pour les épisodes caniculaires. Les causes de ces différents types de relation feux-vent ont pu être identifiées. Ces travaux ont permis de poser les bases d’une modélisation statistique pour envisager la prévision non seulement du risque de feux mais du niveau d’extension et d’intensité du feu. Cette démarche vers la prévision est innovante et bien plus informative que les modèles de risque de feux en opération actuellement. Une deuxième partie a porté sur l’impact des feux sur la météorologie en s’appuyant sur une étude numérique de sensibilité de l’épisode des feux du Portugal en août 2003. Dans cette étude, j’ai montré la formation de brises continentales au dessus des zones brulées renforçant la convection. J’ai étudié la sensibilité de ce phénomène à la résolution du modèle et de la surface brulée. J’ai enfin montré que les surfaces brulées étaient favorables à la formation de nébulosité au dessus des zones affectées avec pour effet d’accroître le risque de précipitation (même si le signal en précipitation reste très faible sur le seul mois étudié).

For the past decades, organometallic and coordination chemistry have proven to be fields of major importanceby allowing the preparation of catalysts that are able to perform unpreceded chemical reactions, in addition with the discovery of unusual species with physical and chemical properties that are very interesting. All these studies are underlining the primordial role of the ligand, which allows fine-tuning of the properties of such species. Our laboratory has gained considerable experience in the synthesis and the study of the coordination chemistry of ligands bearing the iminophosphorane moieties (RN=PR’3). These ligands, still poorly studied in the literature, present electronic properties that are strongly deviating from those of their carbon-analogues, i.e. imines. This thesis is focused on the synthesis of a new family of (un)symmetrical, lutidine-based iminophosphorane ligands. Initially, the coordination chemistry of these ligands with transition metals is described with a focus on copper. Hemilabile behaviour is highlighted and shown to be related to the oxidation state of the copper metal centre, furnishing a redox-switchable system. These complexes are then shown to be useful in a number of catalytic reactions. Then, the coordination chemistry of these ligands is explored with lanthanides, more particularly divalent. These metals are strong reductants and are able to activate a variety of substrates like carbon dioxide for example, however such reactivities must be restrained by an appropriate ligand set. In particular, the study of the coordination chemistry of the new ligand family with metallocenes of ytterbium(II) is exhibiting lability phenomena, either of the iminophosphorane ligand or of the phospholyl ligand on the ytterbium centre. Moreover, the coordination chemistry of these ligands with uranium is briefly described. The synthesis and the coordination chemistry of mixed iminophosphorane-phosphine ligands are described subsequently. These ligands exhibit properties of dearomatization of the central pyridine scaffold. This phenomenon is studied with palladium(II) complexes, as the reactivity of these species with boranes. The reactivity of these new mixed ligands is also studied with ruthenium. Particularly, the presence of a hydride leads to the formation of an organometallic bond between the ligand and the ruthenium centre with the loss of hydrogen. In the last part, a new family of ligands bearing phenoxide moieties is studied. The oxidative and reductive chemistry of the copper and uranium complexes are explored and show a large divergence in comparison with the imines analogues of these ligands. Finally, the use of their nickel complexes as catalysts for the dimerization of ethylene is presented. All the results are supported by solid-state analysis, mainly by X-ray diffraction experiments; in solution the behavior of the species are studied by means of multinuclear NMR studies; finally some compounds are also investigated in silico by DFT calculations., La chimie organométallique et de coordination a prouvé dans les dernières décennies son importance enpermettant l’obtention de catalyseurs capables d’effectuer des réactions chimiques sans précèdent mais permettant aussi la découverte d’espèces présentant des propriétés physiques et chimiques très intéressantes. Il ressort de ces études que les ligands jouent un rôle primordial en modulant finement les propriétés de telles espèces. Notre laboratoire a acquis une grande expérience dans la synthèse et l’étude de la chimie de coordination de ligands présentant la fonctionnalité iminophosphorane (RN=PR’3). Ces ligands, encore peu étudiés dans la littérature, présentent des propriétés électroniques divergeant fortement de leurs analogues carbonés, les imines. Ce travail de doctorat est centré sur la synthèse d’une nouvelle famille de ligands iminophosphoranes symétriques ou non, comportant le motif de lutidine. Dans un premier temps, la chimie de coordination de ces espèces avec les métaux de transition et, plus particulièrement, avec le cuivre est décrite. Des phénomènes d’hémilabilité du ligand, liés à l’état d’oxydation du métal, sont mis en évidence , fournissant ainsi un système commutable par un stimulus redox. Ces espèces sont aussi employées dans le cadre de quelques réactions catalytiques. La chimie de ces nouveaux ligands symétriques est ensuite explorée avec les lanthanides, plus particulièrement divalents. Ces métaux fortement réducteurs sont capables d’activer de nombreux substrats comme le dioxyde de carbone, mais leurs réactivités doivent être souvent canalisées par des ligands appropriés. L’étude de la chimie de coordination de la nouvelle famille de ligands iminophosphoranes avec les métallocènes d’ytterbium(II) permet de mettre en évidence des phénomènes de labilité, soit du ligand iminophosphorane, soit des ligands phospholes de l’ytterbium. L’étude de la chimie de coordination de ces espèces avec l’uranium est enfin brièvement abordée. Par la suite, la synthèse et la chimie de coordination de ligands mixtes iminophosphoranes-phosphines sont abordées. Ces ligands présentent des propriétés de déaromatisation de la pyridine centrale. La chimie de coordination et l’étude du phénomène de déaromatisation avec le palladium(II) sont présentés, ainsi que la réactivité de ces espèces vis-à-vis des boranes. La réactivité de ces nouveaux ligands vis-à-vis du ruthénium est aussi explorée. En particulier la présence d’un hydrure conduit à la formation d’une liaison organométallique entre le ligand et le ruthénium et le départ de dihydrogène. Dans une dernière partie, des ligands iminophosphoranes présentant une fonctionnalité phénolate sont étudiés. La chimie d’oxydation et de réduction des complexes de cuivre et d’uranium est explorée et met en évidence une forte divergence par rapport aux analogues imines de ces ligands. Enfin, l’utilisation de complexes de nickel(II) pour catalyse de dimérisation de l’éthylène est décrite. L’ensemble des résultats est soutenu par des analyses à l’état solide, principalement par diffraction des rayons X ; en solution, par des études RMN multinoyaux mais aussi in silico par des calculs DFT.

For the past decades, organometallic and coordination chemistry have proven to be fields of major importanceby allowing the preparation of catalysts that are able to perform unpreceded chemical reactions, in addition with the discovery of unusual species with physical and chemical properties that are very interesting. All these studies are underlining the primordial role of the ligand, which allows fine-tuning of the properties of such species. Our laboratory has gained considerable experience in the synthesis and the study of the coordination chemistry of ligands bearing the iminophosphorane moieties (RN=PR’3). These ligands, still poorly studied in the literature, present electronic properties that are strongly deviating from those of their carbon-analogues, i.e. imines. This thesis is focused on the synthesis of a new family of (un)symmetrical, lutidine-based iminophosphorane ligands. Initially, the coordination chemistry of these ligands with transition metals is described with a focus on copper. Hemilabile behaviour is highlighted and shown to be related to the oxidation state of the copper metal centre, furnishing a redox-switchable system. These complexes are then shown to be useful in a number of catalytic reactions. Then, the coordination chemistry of these ligands is explored with lanthanides, more particularly divalent. These metals are strong reductants and are able to activate a variety of substrates like carbon dioxide for example, however such reactivities must be restrained by an appropriate ligand set. In particular, the study of the coordination chemistry of the new ligand family with metallocenes of ytterbium(II) is exhibiting lability phenomena, either of the iminophosphorane ligand or of the phospholyl ligand on the ytterbium centre. Moreover, the coordination chemistry of these ligands with uranium is briefly described. The synthesis and the coordination chemistry of mixed iminophosphorane-phosphine ligands are described subsequently. These ligands exhibit properties of dearomatization of the central pyridine scaffold. This phenomenon is studied with palladium(II) complexes, as the reactivity of these species with boranes. The reactivity of these new mixed ligands is also studied with ruthenium. Particularly, the presence of a hydride leads to the formation of an organometallic bond between the ligand and the ruthenium centre with the loss of hydrogen. In the last part, a new family of ligands bearing phenoxide moieties is studied. The oxidative and reductive chemistry of the copper and uranium complexes are explored and show a large divergence in comparison with the imines analogues of these ligands. Finally, the use of their nickel complexes as catalysts for the dimerization of ethylene is presented. All the results are supported by solid-state analysis, mainly by X-ray diffraction experiments; in solution the behavior of the species are studied by means of multinuclear NMR studies; finally some compounds are also investigated in silico by DFT calculations.; La chimie organométallique et de coordination a prouvé dans les dernières décennies son importance enpermettant l’obtention de catalyseurs capables d’effectuer des réactions chimiques sans précèdent mais permettant aussi la découverte d’espèces présentant des propriétés physiques et chimiques très intéressantes. Il ressort de ces études que les ligands jouent un rôle primordial en modulant finement les propriétés de telles espèces. Notre laboratoire a acquis une grande expérience dans la synthèse et l’étude de la chimie de coordination de ligands présentant la fonctionnalité iminophosphorane (RN=PR’3). Ces ligands, encore peu étudiés dans la littérature, présentent des propriétés électroniques divergeant fortement de leurs analogues carbonés, les imines. Ce travail de doctorat est centré sur la synthèse d’une nouvelle famille de ligands iminophosphoranes symétriques ou non, comportant le motif de lutidine. Dans un premier temps, la chimie de coordination de ces espèces avec les métaux de transition et, plus particulièrement, avec le cuivre est décrite. Des phénomènes d’hémilabilité du ligand, liés à l’état d’oxydation du métal, sont mis en évidence , fournissant ainsi un système commutable par un stimulus redox. Ces espèces sont aussi employées dans le cadre de quelques réactions catalytiques. La chimie de ces nouveaux ligands symétriques est ensuite explorée avec les lanthanides, plus particulièrement divalents. Ces métaux fortement réducteurs sont capables d’activer de nombreux substrats comme le dioxyde de carbone, mais leurs réactivités doivent être souvent canalisées par des ligands appropriés. L’étude de la chimie de coordination de la nouvelle famille de ligands iminophosphoranes avec les métallocènes d’ytterbium(II) permet de mettre en évidence des phénomènes de labilité, soit du ligand iminophosphorane, soit des ligands phospholes de l’ytterbium. L’étude de la chimie de coordination de ces espèces avec l’uranium est enfin brièvement abordée. Par la suite, la synthèse et la chimie de coordination de ligands mixtes iminophosphoranes-phosphines sont abordées. Ces ligands présentent des propriétés de déaromatisation de la pyridine centrale. La chimie de coordination et l’étude du phénomène de déaromatisation avec le palladium(II) sont présentés, ainsi que la réactivité de ces espèces vis-à-vis des boranes. La réactivité de ces nouveaux ligands vis-à-vis du ruthénium est aussi explorée. En particulier la présence d’un hydrure conduit à la formation d’une liaison organométallique entre le ligand et le ruthénium et le départ de dihydrogène. Dans une dernière partie, des ligands iminophosphoranes présentant une fonctionnalité phénolate sont étudiés. La chimie d’oxydation et de réduction des complexes de cuivre et d’uranium est explorée et met en évidence une forte divergence par rapport aux analogues imines de ces ligands. Enfin, l’utilisation de complexes de nickel(II) pour catalyse de dimérisation de l’éthylène est décrite. L’ensemble des résultats est soutenu par des analyses à l’état solide, principalement par diffraction des rayons X ; en solution, par des études RMN multinoyaux mais aussi in silico par des calculs DFT.

Networks (or graphs) have become ubiquitous as data from diverse disciplines can naturally be mapped to graph structures. The problem of extracting meaningful information from large scale graph data in an efficient and effective way has become crucial and challenging with several important applications and towards this end, graph mining and analysis methods constitute prominent tools. This dissertation contributes models, tools and observations to problems that arise in the area of mining social and information networks. We built upon computationally efficient graph mining methods in order to: (i) design models for analyzing the structure and dynamics of real-world networks towards unraveling properties that can further be used in practical applications; (ii) develop algorithmic tools for large-scale analytics on data with inherent (e.g., social networks) or without inherent (e.g., text) graph structure. In particular, for the former point we show how to model the engagement dynamics of large social networks and how to assess their vulnerability with respect to user departures from the network. In both cases, by unraveling the dynamics of real social networks, regularities and patterns about their structure and formation can be identified; such knowledge can further be used in various applications including churn prediction, anomaly detection and building robust social networking systems. For the latter, we examine how to identify influential users in complex networks, having direct applications to epidemic control and viral marketing and how to utilize graph mining techniques in order to enhance text analytics tasks and in particular the one of text categorization., Les réseaux (ou graphes) sont devenus omniprésents en raison de leur capacité à représenter naturellement les données trouvées dans de nombreuses et diverses disciplines. Extraire efficacement des informations pertinentes de graphes à grande échelle est un problème crucial et difficile ayant de nombreuses applications. À cette fin, les méthodes de fouille de données graphiques constituent des outils importants. Par l’introduction de nouveaux modèles et outils, et par la réalisation d’observations, cette thèse contribue à la résolution de problèmes qui se posent dans le domaine de la fouille de données provenant des réseaux sociaux et d'information. Nous utilisons des méthodes efficaces de fouille de données graphiques afin de: (i) concevoir des modèles pour l'analyse structurelle et dynamique des réseaux réels dans le but d’extraire des connaissances pouvant être utilisées en pratique, (ii) développer des outils algorithmiques pour l'analyse à grande échelle de données intrinsèquement graphiques (par exemple, réseaux sociaux) ou non intrinsèquement graphiques (par exemple, le texte). En particulier, pour le premier point, nous montrons comment modéliser la dynamique d'engagement au sein de grands réseaux sociaux et comment évaluer leur vulnérabilité par rapport aux départs des utilisateurs. Dans les deux cas, en mettant à jour la dynamique de réseaux sociaux réels, nous pouvons identifier des régularités et des motifs dans leur structure et leur formation. De telles connaissances trouvent de nombreuses applications comme la prévision du churn, la détection des anomalies et la construction de systèmes de réseautage robustes. Dans le deuxième point, nous nous concentrons sur l’identification des utilisateurs influents dans les réseaux complexes, avec des applications directes sur le contrôle des épidémies et le marketing viral, et sur l’utilisation de techniques de fouille de données graphiques pour améliorer les tâches d'analyse de texte et en particulier la classification du texte.

Classify amongst the family of highly filled elastomer, solid propellant is used in the solid propulsion media. In order to guarantee the integrity of the structure, the behavior of solid propellant must be highlighted. Solid propellant behavior is viscoelastic, but present several non-linearities due to his high volume fraction of filler. This study focuses on the impact of the prestrain on the viscoelastic properties. The objective here is to characterize this impact, model it, implement it into a numerical code and investigate this influence on the response of a complete motor under dynamic solicitations.To do this, the work is divided in several parts. First, the microstructure of the propellant is studied in order to determine the microscopic causes of the macroscopic non-linearities. Then viscoelastic properties are characterized, both into the time or frequency domain, using uni axial and bi axial solicitations. To perform bi axial tests, a bi axial traction device is developed. A base on the experimental results, a continuous model is identified to describe the viscoelastic properties as a function of the prestrain. This model is discretized, in order to be implemented into a constitutive law, which permits to give a relation between strain and stress into the material. The constitutive law is traduced into a finite element code, in order to perform computation. Simulations are done on a numerical model of a solid propulsion motor. The properties of the propellant are alternatively modeled by a linear viscoelastic and non-linear viscoelastic (developed in this study) model. The two responses of the complete structure under dynamic solicitations are then compared, to prove it is important to take into account the non-linear influence of the prestrain, and the necessity to exactly model the propellant behavior. In a similar way, future works could investigate the non-linearity induced by the dynamic part of the strain on the viscoelastic properties.; Le propergol composite est un élastomère fortement chargé utilisé dans les moteurs à propulsion solide. Garantir la fiabilité d’un tel moteur repose sur la bonne connaissance des propriétés mécaniques de ses constituants. Malgré son fort taux de charge, le comportement du propergol est viscoélastique, mais présente de nombreuses non linéarités. L’étude menée ici se concentre sur l’influence de la déformation statique sur les propriétés visqueuses du composite. L’objectif est de caractériser cette non linéarité, la modéliser, l’implémenter dans un outil de simulation numérique et déterminer son influence sur la réponse générale d’un moteur à propulsion solide soumis à une sollicitation dynamique.Afin d’atteindre cet objectif, les travaux se divisent en plusieurs étapes. La première consiste à déterminer à l’échelle microscopique les causes des phénomènes non linéaires observables à l’échelle macroscopique. Puis les propriétés viscoélastiques sont caractérisées, en fonction de la déformation statique. Cette étape expérimentale est réalisée à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel, et ce sous des sollicitations uni axiales et bi axiales. Pour ce faire, une machine de traction dynamique bi axiale est développée. Puis un modèle non linéaire continu est identifié sur l’ensemble des résultats obtenus, permettant de reproduire à la fois les effets du temps mais également les effets de la déformation statique sur les propriétés mécanique. Ce modèle continu est discrétisé en vue d’être implémenté dans une loi de comportement viscoélastique non linéaire, permettant de donner une relation entre la déformation appliquée dans un matériau et la contrainte générée. Ce modèle est introduit dans un code éléments finis. Pour déterminer l’influence de la non linéarité engendrée par la déformation statique, une simulation est réalisée sur un modèle de moteur à propulsion solide. Les propriétés du propergol le constituant sont successivement modélisées par un comportement linéaire et non linéaire (développé dans ces travaux). Les deux réponses sont comparées et indiquent l’importance de ne pas négliger l’impact de l’effet engendré par la déformation statique, ainsi que la nécessité de modéliser finement le comportement du propergol. De manière analogue, un travail de modélisation pourrait être poursuivit en essayer de prendre en compte cette fois ci la partie dynamique de la déformation sur les propriétés du composite.

Optimization is often the computational bottleneck in disciplines such as statistics, biology, physics, finance or economics. Many optimization problems can be directly cast in the well- studied convex optimization framework. For non-convex problems, it is often possible to derive convex or spectral relaxations, i.e., derive approximations schemes using spectral or convex optimization tools. Convex and spectral relaxations usually provide guarantees on the quality of the retrieved solutions, which often transcribes in better performance and robustness in practical applications, compared to naive greedy schemes. In this thesis, we focus on the problems of phase retrieval, seriation and ranking from pairwise comparisons. For each of these combinatorial problems we formulate convex and spectral relaxations that are robust, flexible and scalable., L’optimisation s’avère souvent essentielle dans de nombreuses disciplines: statistiques, biologie, physique, finance ou encore économie. De nombreux problèmes d’optimisation peuvent être directement formulés dans le cadre de l’optimisation convexe, un domaine très bien étudié. Pour les problèmes non convexes, il est souvent possible d’écrire des relaxations convexes ou spectrales, i.e., d’établir des schémas d’approximations utilisant des techniques convexes ou spectrales. Les relaxations convexes et spectrales fournissent en général des garanties sur la qualité des solutions associées. Cela se traduit souvent par de meilleures performances et une plus grande robustesse dans les applications, par rapport à des méthodes gloutonnes naïves. Dans ce manuscript de thèse, nous nous intéressons aux problèmes de reconstruction de phase, de sériation, et de classement à partir de comparaisons par paires. Nous formulons pour chacun de ces problèmes des relaxations convexes ou spectrales à la fois robustes, flexibles, et adaptées à de grands jeux de données.

One of the most important scientific challenges for the next decades is to build and tocontrol devices at the nanometer scale. These nano-devices promise to have many applications inphysics, chemistry and medicine. For example the nano-devices may be used to go further in theminiaturization of electronic compounds in order to improve the processors efficiency and perfor-mances. A judicious manner to create nano-devices is to take advantage of inter-molecular interac-tions in order to obtain self-assembled structures using a small numbers of molecules ("bottom-up"approach). The objective of this thesis was to create new organic self-assembled monolayers (SAMs),and to investigate their structures and electronic properties. Scanning tunneling microscopy (STM)was used to determine molecular organization with an atomic resolution. It was observed that themolecular skeleton and substituents used are key parameters driving the molecular self-assembly.Additionally we have showed that a post-annealing of the sample can be used not only to changethe structure of a perylene-based film as it is usually expected but also to modify its electronicstates. Photoemission-based techniques combined with synchrotron radiation facilities were usedto access to the chemical and electronic properties of SAMs. A strong modification of the line-shape and energy positions of the electronic states of SAMs with the molecular film thickness wasobserved. In the same way core-hole-clock spectroscopy shows that the charge transfer dynamicsat the PTCDI/Au(111) interface is strongly affected by the film thickness., L’un des défis scientifiques les plus importants pour les prochaines décennies est deconstruire des dispositifs à l’échelle nanométrique. Ces nano-dispositifs promettent d’avoir de nombreusesapplications en physique, chimie et médecine. Par exemple, ils peuvent être utilisés pouraller plus loin dans la miniaturisation des composés électroniques afin d’améliorer les performancesdes processeurs. Une manière judicieuse de créer des nano-dispositifs est de profiter des interactionsintermoléculaires afin d’obtenir des structures auto-assemblées à l’aide d’un petit nombre demolécules (approche "bottom-up"). L’objectif de cette thèse est de créer de nouvelles monocouchesauto-assemblées (SAMs), et d’examiner leurs structures et leurs propriétés électroniques. Toutd’abord, la microscopie à effet tunnel (STM) a été utilisée pour déterminer l’organisation moléculaireavec une résolution atomique. On a observé que le squelette moléculaire et les substituantsutilisés sont des paramètres clés pour contrôler l’auto-assemblage. En outre, nous avons montréqu’un post-recuit de l’échantillon peut être utilisé non seulement pour modifier la structure d’unfilm à base de pérylène comme généralement attendu, mais permet aussi de modifier ses étatsélectroniques. Par la suite, nous avons utilisé des techniques de photoémissions combinés avec desinstallations de rayonnement synchrotron pour accéder aux propriétés chimiques et électroniquesdes SAMs. Une forte modification de la forme et des positions en énergie des états électroniques desSAMs avec l’épaisseur du film moléculaire a été observée. De la même manière nous avons montréque la dynamique de transfert de charge à l’interface PTCDI/Au(111) est fortement affectée parl’épaisseur du film.

The goal of this work was to study different microscopic and macroscopic effects that will ultimately help us to improve procedures in eye surgery assisted by ultrashort pulse lasers and most notably keratoplasty (corneal grafting), which requires laser systems which are operational in pathological and therefore strongly light scattering tissue. Previously, the Optique Photonique Santé (OPS) group at the Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) had identified 1650 nm as an optimum wavelength at which light scattering processes inside the pathological cornea are minimised. During the present thesis, three main tasks have been addressed.An ultrashort pulse laser system based on non-linear optical crystals has been developed, optimised with respect to the requirements of laser eye surgery, and fully char-acterised. The finished set-up is compact, robust, simple and potentially qualified for clinical use.In collaboration with a group at IESL-FORTH (Iraklion, Greece) and with the participation of a previous PhD student of the group we have studied the interaction of ultrashort pulses with water, collagen (type I) solution and porcine cornea. Data on laser-tissue-interaction is precious because the interaction dynamics is usually only documented for water; our results will help to develop a tissue-specific model for the interaction process.We have investigated the interaction of the laser pulses and the effects it causes with live cells in the corneal endothelium. The preservation of endothelial cell viability is crucial notably for specific keratoplasty routines which require incisions close to the endothelium; compromised endothelial cell viability – which is likely caused by the effects of shock waves generated by optical breakdown and bubble formation – may lead to a failure of the surgical intervention. “Safe” sets of parameters concerning pulse energy and incision geometry need to be defined. We explored the maximum permitted pulse energy values at any given distance to the endothelial cells and mini-mal distances for given pulse energies and estimated the associated shock wave amplitudes., Le but de ce travail a été d'étudier les différents effets microscopiques et macroscopiques susceptibles de nous aider à améliorer les procédures de chirurgie oculaire assistée par les lasers à impulsions ultra-courtes ; plus particulièrement en kératoplastie (greffe de cornée), qui nécessite des systèmes lasers opérationnels dans les tissus pathologiques et donc de diffusant fortement la lumière. Antérieurement, le groupe Optique Photonique Santé (OPS) du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) a identifié 1650 nm comme étant une longueur d'onde optimale à laquelle les processus de diffusion de la lumière à l'intérieur de la cornée pathologique sont minimisés. Au cours de cette thèse, trois tâches principales ont été abordées.Un système laser à impulsions ultra-courtes à base de cristaux optiques non linéaires a été mis au point, optimisée par rapport aux exigences de chirurgie oculaire au laser, et entièrement caractérisé. Le montage achevé est compact, robuste, simple et potentiel-lement apte à un usage en clinique.En collaboration avec un groupe de l’IESL- FORTH (Iraklion, Grèce) et avec la parti-cipation d'un ancien doctorant du groupe, nous avons étudié l'interaction des impulsions ultra-brèves avec de l'eau, une solution de collagène (type I) et des cornées de porcs. Les données sur les interactions laser-tissu sont précieuses car la dynamique d'interaction est habituellement uniquement documentée pour l'eau; nos résultats aide-ront à élaborer un modèle spécifique de tissu pour le processus d'interaction.Nous avons étudié l'interaction entre les impulsions laser et les effets causés sur des cellules vivantes de l'endothélium cornéen. La préservation de la viabilité des cellules endothéliales est cruciale, notamment pour les routines de kératoplastie spécifiques exigeant des incisions à proximité de l'endothélium ; la viabilité des cellules endothéliales compromise – probablement causée par les effets des ondes de choc générées par claquage optique et la formation de bulles – peut conduire à un échec de l'interven-tion chirurgicale. Des jeux de paramètres « saufs » concernant l'énergie d'impulsion et de la géométrie de l'incision doivent être définis. Nous avons ainsi exploré les valeurs maximales autorisées de l'énergie de l'impulsion à une quelconque distance donnée des cellules endothéliales et les distances minimales pour les énergies d'impulsions données, et estimé les amplitudes des ondes de choc associées.

The goal of this work was to study different microscopic and macroscopic effects that will ultimately help us to improve procedures in eye surgery assisted by ultrashort pulse lasers and most notably keratoplasty (corneal grafting), which requires laser systems which are operational in pathological and therefore strongly light scattering tissue. Previously, the Optique Photonique Santé (OPS) group at the Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) had identified 1650 nm as an optimum wavelength at which light scattering processes inside the pathological cornea are minimised. During the present thesis, three main tasks have been addressed.An ultrashort pulse laser system based on non-linear optical crystals has been developed, optimised with respect to the requirements of laser eye surgery, and fully char-acterised. The finished set-up is compact, robust, simple and potentially qualified for clinical use.In collaboration with a group at IESL-FORTH (Iraklion, Greece) and with the participation of a previous PhD student of the group we have studied the interaction of ultrashort pulses with water, collagen (type I) solution and porcine cornea. Data on laser-tissue-interaction is precious because the interaction dynamics is usually only documented for water; our results will help to develop a tissue-specific model for the interaction process.We have investigated the interaction of the laser pulses and the effects it causes with live cells in the corneal endothelium. The preservation of endothelial cell viability is crucial notably for specific keratoplasty routines which require incisions close to the endothelium; compromised endothelial cell viability – which is likely caused by the effects of shock waves generated by optical breakdown and bubble formation – may lead to a failure of the surgical intervention. “Safe” sets of parameters concerning pulse energy and incision geometry need to be defined. We explored the maximum permitted pulse energy values at any given distance to the endothelial cells and mini-mal distances for given pulse energies and estimated the associated shock wave amplitudes.; Le but de ce travail a été d'étudier les différents effets microscopiques et macroscopiques susceptibles de nous aider à améliorer les procédures de chirurgie oculaire assistée par les lasers à impulsions ultra-courtes ; plus particulièrement en kératoplastie (greffe de cornée), qui nécessite des systèmes lasers opérationnels dans les tissus pathologiques et donc de diffusant fortement la lumière. Antérieurement, le groupe Optique Photonique Santé (OPS) du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) a identifié 1650 nm comme étant une longueur d'onde optimale à laquelle les processus de diffusion de la lumière à l'intérieur de la cornée pathologique sont minimisés. Au cours de cette thèse, trois tâches principales ont été abordées.Un système laser à impulsions ultra-courtes à base de cristaux optiques non linéaires a été mis au point, optimisée par rapport aux exigences de chirurgie oculaire au laser, et entièrement caractérisé. Le montage achevé est compact, robuste, simple et potentiel-lement apte à un usage en clinique.En collaboration avec un groupe de l’IESL- FORTH (Iraklion, Grèce) et avec la parti-cipation d'un ancien doctorant du groupe, nous avons étudié l'interaction des impulsions ultra-brèves avec de l'eau, une solution de collagène (type I) et des cornées de porcs. Les données sur les interactions laser-tissu sont précieuses car la dynamique d'interaction est habituellement uniquement documentée pour l'eau; nos résultats aide-ront à élaborer un modèle spécifique de tissu pour le processus d'interaction.Nous avons étudié l'interaction entre les impulsions laser et les effets causés sur des cellules vivantes de l'endothélium cornéen. La préservation de la viabilité des cellules endothéliales est cruciale, notamment pour les routines de kératoplastie spécifiques exigeant des incisions à proximité de l'endothélium ; la viabilité des cellules endothéliales compromise – probablement causée par les effets des ondes de choc générées par claquage optique et la formation de bulles – peut conduire à un échec de l'interven-tion chirurgicale. Des jeux de paramètres « saufs » concernant l'énergie d'impulsion et de la géométrie de l'incision doivent être définis. Nous avons ainsi exploré les valeurs maximales autorisées de l'énergie de l'impulsion à une quelconque distance donnée des cellules endothéliales et les distances minimales pour les énergies d'impulsions données, et estimé les amplitudes des ondes de choc associées.

X ray Thomson Scattering : a diagnostic for warm dense matter.; Les plasmas denses et tièdes (WMD, pour warm dense matter) sont définis par la zone qui, dans le diagramme densité-température, se situe entre les solides et les plasmas. C’est une région thermodynamique où la physique est difficile à décrire en raison des fortes interactions entre les particules et des couplages complexes qui relient entre elles les structures ioniques et électroniques. Pour ces plasmas, typiques de l’intérieur des planètes joviennes, des étoiles denses et des implosions obtenues par confinement inertiel, la validité des théories standard de la matière condensée et/ou de la physique statistique des plasmas est discutable. En l’absence de données expérimentales de référence, les différents paramètres nécessaires au calcul des propriétés de ces plasmas sont essentiellement déterminés par la théorie. La validation des modèles théoriques est donc indispensable. Elle passe par la comparaison entre les résultats des calculs théoriques et des données expérimentales de référence.La diffusion Thomson X (DTX) est une extension dans le domaine X du diagnostique plasma optique classique correspondant. Les espoirs sont grands d’utiliser les spectres DTX pour mesurer les paramètres thermodynamiques et structurels des plasmas WDM, afin de disposer d’un diagnostique puissant et polyvalent pour les études sur la fusion par confinement inertiel et l’astrophysique de laboratoire.Au cours de la thèse, différentes expériences en collaboration ont été réalisées sur de grandes installations laser (LULI, France ; RAL, UK ; Titan, US). Des spectres DTX ont étés obtenus et des diagnostics plasma permettant de mesurer les paramètres plasma de façon indépendante ont été mis en œuvre.Par ailleurs un travail numérique a été réalisé au CEA et un code permettant de simuler les spectres de diffusion Thomson X à partir des modèles classiques. Le code a été écrit afin de pouvoir être interfacé facilement avec les données provenant de modèles plus puissants développés par ailleurs au CEA : codes d’atome moyen SCAALP ou code de dynamique moléculaire quantique abinit. Ce travail à mis en évidence le fait que les barres sur les spectres résolus en angle permettent d’éliminer les modèles linéaires dans lesquels les corrélations ne sont pas prises en compte, clairement en dehors de leur domaine de validité dans le cas des plasmas WDM.Cependant l’analyse de l’influence du choix du modèle de matière choisi pour évaluer les corrélations ioniques et l’écrantage électronique sur l’analyse des spectres résolus en énergie met en avant le fait que les paramètres plasmas extraits dépendent encore largement du modèle choisi.Il reste aujourd’hui un effort expérimental à fournir. Des nouvelles avancées à la fois dans le domaine de la connaissance des plasmas WDM et du développement du diagnostique DTX ne pourront être obtenus qu’en améliorant les sources X utilisées, l’homogénéité du plasma sondé ainsi que sa caractérisation.

Because they use a resonant process, lasers are often hindered by the small number of available wavelengths and their narrow tunability. Fortunately, nonlinear optics allows to go beyond these limitations by doing frequency conversion in a non resonant way. It is now used in optical parametric oscillators (OPOs) to cover the whole optical spectrum with a wide tunability. However, OPOs display unique properties : three coupled waves with different frequencies and group velocities, a power and phase dependent amplification, and no energy storage. In this work we show that these properties lead to new designs of nonlinear optical sources. We begin with an OPO with increased efficiency, implementing two KTA crystals pumped at 1,064 μm in the nanosecond regime. We then study the possibility of generating short pulses directly in a cw-pumped OPO. We show for the first time that active modelocking in an OPO is possible in the steady-state regime. We then propose to implement passive modelocking by a saturabler absorber in an cw-pumped OPO where there is a strong group velocity mismatch between the signal and the pump. Finally, we adress optical sources including a laser medium and a nonlinear crystal. We build a nonlinear mirror using a PPLN crystal and insert it in a Cr:ZnSe laser to produce picosecond pulses by passive modelocking. We also discuss the possibility of including an OPO inside a cw laser, to produce short tunable pulses in the mid-infrared.; Pour certaines applications, les lasers offrent un choix trop restreint de longueurs d'ondes, et une faible accordabilité. Ces limitations viennent du fait que l'effet laser utilise des résonances atomiques. L'optique non-linéaire permet de s'en affranchir c'est un phénomène non résonnant, donc peu sélectif en longueur d'onde. Néanmoins elle présente des caractéristiques particulières : trois fréquences différentes mises en jeu, l'absence de stockage d'énergie, et le rôle primordial de la phase relative entre les ondes. Dans ce travail nous mettons à profit ces specificités pour mettre en forme spectralement ou temporellement l'émission de lumière dans des sources infrarouges. La première source réalisée est un oscillateur paramétrique optique (OPO) à 3 μm utilisant deux cristaux de KTA. Ses performances sont discutées en régime nanoseconde. Puis nous réalisons un OPO à cristal de PPLN générant des impulsions courtes sous pompage continu par modulation active des pertes. Nous proposons ensuite d'utiliser un absorbant saturable pour verrouiller passivement les modes d'un OPO continu présentant un fort désaccord de vitesse de groupe entre la pompe et le signal. Enfin, nous considérons le cas des sources intégrant à la fois un milieu laser et un dispositif non-linéaire. Nous présentons d'abord un miroir non-linéaire à base de PPLN intégré dans un laser Cr:ZnSe, permettant de produire des impulsions picosecondes accordables autour de 2,5 μm. Nous proposons ensuite de généraliser ce principe en intégrant un OPO dans un laser afin de réaliser une source ultrabrève compacte et accordable.

Because they use a resonant process, lasers are often hindered by the small number of available wavelengths and their narrow tunability. Fortunately, nonlinear optics allows to go beyond these limitations by doing frequency conversion in a non resonant way. It is now used in optical parametric oscillators (OPOs) to cover the whole optical spectrum with a wide tunability. However, OPOs display unique properties : three coupled waves with different frequencies and group velocities, a power and phase dependent amplification, and no energy storage. In this work we show that these properties lead to new designs of nonlinear optical sources. We begin with an OPO with increased efficiency, implementing two KTA crystals pumped at 1,064 μm in the nanosecond regime. We then study the possibility of generating short pulses directly in a cw-pumped OPO. We show for the first time that active modelocking in an OPO is possible in the steady-state regime. We then propose to implement passive modelocking by a saturabler absorber in an cw-pumped OPO where there is a strong group velocity mismatch between the signal and the pump. Finally, we adress optical sources including a laser medium and a nonlinear crystal. We build a nonlinear mirror using a PPLN crystal and insert it in a Cr:ZnSe laser to produce picosecond pulses by passive modelocking. We also discuss the possibility of including an OPO inside a cw laser, to produce short tunable pulses in the mid-infrared., Pour certaines applications, les lasers offrent un choix trop restreint de longueurs d'ondes, et une faible accordabilité. Ces limitations viennent du fait que l'effet laser utilise des résonances atomiques. L'optique non-linéaire permet de s'en affranchir c'est un phénomène non résonnant, donc peu sélectif en longueur d'onde. Néanmoins elle présente des caractéristiques particulières : trois fréquences différentes mises en jeu, l'absence de stockage d'énergie, et le rôle primordial de la phase relative entre les ondes. Dans ce travail nous mettons à profit ces specificités pour mettre en forme spectralement ou temporellement l'émission de lumière dans des sources infrarouges. La première source réalisée est un oscillateur paramétrique optique (OPO) à 3 μm utilisant deux cristaux de KTA. Ses performances sont discutées en régime nanoseconde. Puis nous réalisons un OPO à cristal de PPLN générant des impulsions courtes sous pompage continu par modulation active des pertes. Nous proposons ensuite d'utiliser un absorbant saturable pour verrouiller passivement les modes d'un OPO continu présentant un fort désaccord de vitesse de groupe entre la pompe et le signal. Enfin, nous considérons le cas des sources intégrant à la fois un milieu laser et un dispositif non-linéaire. Nous présentons d'abord un miroir non-linéaire à base de PPLN intégré dans un laser Cr:ZnSe, permettant de produire des impulsions picosecondes accordables autour de 2,5 μm. Nous proposons ensuite de généraliser ce principe en intégrant un OPO dans un laser afin de réaliser une source ultrabrève compacte et accordable.