Tesi sul tema "Corrélations à courte portée"

Cette thèse constitue une contribution à l'extension multidéterminantale de la méthode de Kohn-Sham en théorie de la fonctionnelle de la densité, basée sur une décomposition longue portée/courte portée de l'interaction électronique et visant à améliorer le calcul des effets de corrélation de (quasi-)dégénérescence des systèmes atomiques et moléculaires. Cette approche met en jeu un calcul de type fonction d'onde pour la contribution de longue portée à l'énergie complété de façon autocohérente par une fonctionnelle de la densité pour la contribution de courte portée. Nous avons réexaminé la décomposition longue portée/courte portée de l'énergie. Nous avons étudié des propriétés théoriques de la fonctionnelle d'échange-corrélation de courte portée et analysé son approximation locale. Enfin, nous avons exploré diverses approximations pour cette fonctionnelle dépassant l'approximation locale et appliqué la méthode à quelques systèmes atomiques et moléculaires présentant des effets de corrélation de (quasi-)dégénérescence importants.

Cette thèse de doctorat constitue une contribution à l’extension relativiste de la théorie de la fonctionnelle de la densité à séparation de portée, en combinant un calcul de fonction d’onde relativiste à quatre composantes pour la contribution de longue portée avec une fonctionnelle de la densité relativiste à courte portée complémentaire, basée sur l’Hamiltonien Dirac-Coulomb ou Dirac-Coulomb-Breit sans paire. Nous avons étudié les propriétés du gaz d’électrons homogène relativiste dans l’approximation sans paire pour développer des fonctionnelles de la densité d’échange-corrélation relativistes à courte portée dans l’approximation de la densité locale (LDA). Nous avons implémenté un code de fonctionnelle de la densité relativiste à séparation de portée en tant que module dans le logiciel QUANTUM PACKAGE 2.0 pour tester ces fonctionnelles. Nous avons étendu la fonctionnelle d’échange relativiste à courte portée au niveau de l’approximation du gradient généralisée (GGA). Enfin, nous avons relevé le rôle important de la densité de paire d’échange à coalescence dans l’évaluation correcte de l’énergie d’échange à très courte portée
This PhD thesis constitutes a contribution to the relativistic extension of the range-separated density functional theory scheme, by combining a relativistic four-component wave function calculation for the long-range contribution with a complementary relativistic short-range exchange-correlation density functional based on the no-pair Dirac-Coulomb or Dirac-Coulomb-Breit Hamiltonian. We have studied properties of the relativistic homogeneous electron gas in the no-pair approximation to develop relativistic short-range exchange-correlation density functionals at the local density approximation (LDA) level. We have implemented a four-component range-separated density functional code as a plugin in the software QUANTUM PACKAGE 2.0 to test these functionals. We have extended the relativistic short-range exchange density functional to the generalized-gradient approximation (GGA) level. Finally, we have pointed out the important role of the on-top exchange pair density in the correct evaluation of the exchange energy at very short-range

Les systèmes à plusieurs corps composés de fermions sont courants dans la nature, tels que les supraconducteurs à haute température, les liquides de Fermi, les noyaux atomiques, la matière de quarks et les étoiles à neutrons. La complexité des interactions entre les particules rend difficile la résolution des équations de la dynamique des particules dans ces systèmes quantiques. Pour simplifier, on modélise souvent ces systèmes en utilisant des particules indépendantes dans un potentiel de champ moyen effectif. Cependant, les interactions résiduelles révèlent des corrélations significatives qui affectent l’occupation des états en dessous et au-dessus du niveau de Fermi. Les noyaux atomiques, avec leurs interactions à courte portée, sont particulièrement intéressants. La physique des corrélations à courte portée (SRC) découle des interactions à courte distance et se manifeste sous la forme de paires de nucléons. Les paires SRC ont une impulsion relative élevée et une impulsion de leur centre de masse faible par rapport à l’impulsion de Fermi (kF = 250 MeV/c). Ces paires forment des fluctuations temporaires de haute densité, limitées par l’interaction nucléon-nucléon répulsive à des distances inférieures à environ 1 fm. La plupart des connaissances sur les SRC proviennent d’expériences de diffusion d’électrons et de protons. Les études indiquent qu’environ 20% des nucléons liés occupent cette région à haute impulsion. La première preuve expérimentale des SRC a été apportée par la mesure d’une queue à haute impulsion dans les distributions d’impulsions des protons lors d’expériences de diffusion d’électrons. Pour étudier les SRC dans les noyaux riches en neutrons, nous avons utilisé des réactions de Quasi-Free Scattering (QFS) en cinématique inverse, avec des faisceaux d’ions radioactifs sur une cible de protons à l’installation R3B de GSI en Allemagne. Cette méthode a permis d’étudier les propriétés des SRC, y compris les rapports de paires np/pp et les distributions d’impulsion, en se concentrant sur les noyaux 12C et 16C avec une énergie de faisceau de 1,25 GeV/u. Les principaux objectifs étaient de développer une méthodologie pour différencier les réactions de diffusion sur des paires SRC des réactions sur un proton suivies par des interactions finales (FSI) et d’étendre les études des SRC aux noyaux riches en neutrons, en particulier les noyaux exotiques comme 16C. L’analyse consistait à identifier les événements SRC produits via les réactions 12C(p, 2pN)A-2 et 16C(p, 2pN)A-2. Des rapports de paires np/pp inférieurs aux prédictions du Generalized Contact Formalism et aux résultats expérimentaux antérieurs ont été extraits, suggérant une interférence des FSI et des effets de champ moyen. Des difficultés sont apparues pour isoler les événements SRC, et nous avons supposé que la section efficace pour la rupture de paires SRC pourrait être réduite à l’énergie de 1,25 GeV/u. De plus, la résolution limitée en impulsion a réduit notre capacité à séparer les événements SRC des autres canaux concurrents, indiquant la nécessité d’améliorer le système de détection. Les faibles statistiques utilisables et les limites d’acceptance de l’équipement expérimental ne nous ont pas permis de réaliser une mesure exclusive des SRC, mais ont fourni des informations essentielles pour améliorer les études futures à R3B. Cette recherche constitue une étape fondamentale dans l’étude des SRC en cinématique inverse. Malgré les difficultés, la méthodologie développée fournit des informations importantes pour mieux identifier la physique des SRC. Les futures expériences devraient envisager des énergies de faisceau plus élevées ou de meilleures techniques de détection pour mieux isoler les événements SRC
Many-body systems composed of fermions are common in nature, such as high-temperature superconductors, Fermi liquids, atomic nuclei, quark matter, and neutron stars. The complexity of interactions between particles makes it difficult to solve the equations governing particle dynamics in these quantum systems. To simplify, these systems are often modeled using independent particles in an effective mean-field potential. However, residual interactions reveal significant correlations that affect the occupation of states below and above the Fermi level. Atomic nuclei, with their short-range interactions, are particularly interesting. The physics of short-range correlations (SRC) arises from short-distance interactions and manifests as nucleon pairs. SRC pairs have a high relative momentum and a low center-of-mass momentum compared to the Fermi momentum (kF = 250 MeV/c). These pairs form temporary high-density fluctuations, limited by the highly repulsive nucleon-nucleon interaction at distances less than about 1 fm. Most of our knowledge about SRC comes from electron and proton scattering experiments. Studies indicate that about 20% of bound nucleons occupy this high-momentum region. The first experimental evidence of SRC was provided by measuring a high-momentum tail in the proton momentum distributions during electron scattering experiments. To study SRC in neutron-rich nuclei, we used Quasi-Free Scattering (QFS) reactions in inverse kinematics, with radioactive ion beams on a proton target at the R3B facility of the GSI accelerator in Germany. This method allowed us to study SRC properties, including np/pp pair ratios and momentum distributions, focusing on the 12C and 16C nuclei with a beam energy of 1.25 GeV/u. The main objectives were to develop a methodology to differentiate between scattering reactions on SRC pairs and reactions on a proton followed by final-state interactions (FSI) and to extend SRC studies to neutron-rich nuclei, particularly exotic nuclei like 16C. The analysis involved identifying SRC events produced via 12C(p, 2pN)A-2 and 16C(p, 2pN)A-2 reactions. We extracted np/pp pair ratios lower than the predictions of the Generalized Contact Formalism and previous experimental results, suggesting interference from FSI and mean-field effects. Difficulties arose in isolating SRC events, and we hypothesized that the cross-section for SRC pair breaking might be reduced at the 1.25 GeV/u beam energy. Additionally, limited momentum resolution reduced our ability to separate SRC events from other competing channels, indicating the need to improve the detection system. The limited usable statistics and acceptance limits of the experimental setup did not allow us to achieve exclusive SRC measurements but provided essential information for improving future studies at R3B. This research constitutes a fundamental step in studying SRC using inverse kinematics. Despite the difficulties, the developed methodology provides important information to better identify SRC physics. Future experiments should consider higher beam energies or better detection techniques to better isolate SRC events

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement de la méthode de mélange de configurations multiparticules-multitrous visant à décrire les propriétés de structure des noyaux atomiques. Basée sur un double principe variationnel, cette approche permet de déterminer simultanément les coefficients d'expansion de la fonction d'onde et les orbitales individuelles.Dans ce manuscrit, le formalisme complet méthode de mélange de configurations multiparticules-multitrous auto-cohérente est pour la première fois appliqué à la description de quelques noyaux des couches p et sd, avec l'interaction de Gogny D1S.Un première étude du 12C est effectuée afin de tester et comparer le double processus de convergence lorsque différents types de critères sont appliqués pour sélectionner les configurations à N-corps inclues dans la fonction d'onde du noyau. Une analyse détaillée de l'effet induit par l'optimisation des orbitales est conduite. En particulier, son impact sur la densité à un corps et sur la fragmentation de la fonction d'onde de l'état fondamental, est analysé.Une étude systématique de noyaux de la couche sd est ensuite conduite. Une analyse précise du contenu en corrélation de l'état fondamental est effectuée, et quelques quantités observables telles que les énergies de liaison et de séparation, ainsi que les rayons de charge, sont calculées et comparées à l'expérience. Les résultats obtenus sont satisfaisants. La spectroscopie de basse énergie est ensuite étudiée. Les énergies d'excitation théoriques sont en très bon accord avec les données expérimentales, et les caractéristiques dipolaires magnétiques sont également satisfaisantes. Les propriétés quadripolaires électriques, et en particulier les probabilités de transition B(E2), sont par contre largement sous-estimée par rapport aux valeurs expérimentales, et révèle un manque important de collectivité dans la fonction d'onde, dû à l'espace de valence restreint considéré. Si la renormalisation des orbitales induit une importante fragmentation de la fonction d'onde de l'état fondamental, seul un effet très faible est obtenu sur les probabilités de transition B(E2). Une tentative d'explication est donnée.Enfin, les informations de structure fournies par la méthode de mélange de configurations multiparticules-multitrous sont utilisées comme ingrédient de base pour des calculs de réactions telles que la diffusion inélastique de protons et d'électrons sur noyaux de la couche sd. Si les résultats révèlent aussi un manque de collectivité, les tendances expérimentales sont bien reproduites et sont améliorées par l'optimisation des orbitales
This thesis project takes part in the development of the multiparticle-multihole configuration mixing method aiming to describe the structure of atomic nuclei. Based on a double variational principle, this approach allows to determine the expansion coefficients of the wave function and the single-particle states at the same time. In this work we apply for the first time the fully self-consistent formalism of the mp-mh method to the description of a few p- and sd-shell nuclei, using the D1S Gogny interaction.A first study of the 12C nucleus is performed in order to test the doubly iterative convergence procedure when different types of truncation criteria are applied to select the many-body configurations included in the wave-function. A detailed analysis of the effect caused by the orbital optimization is conducted. In particular, its impact on the one-body density and on the fragmentation of the ground state wave function is analyzed.A systematic study of sd-shell nuclei is then performed. A careful analysis of the correlation content of the ground state is first conducted and observables quantities such as binding and separation energies, as well as charge radii are calculated and compared to experimental data. Satisfactory results are found. Spectroscopic properties are also studied. Excitation energies of low-lying states are found in very good agreement with experiment, and the study of magnetic dipole features are also satisfactory. Calculation of electric quadrupole properties, and in particular transition probabilities B(E2), however reveal a clear lack of collectivity of the wave function, due to the reduced valence space used to select the many-body configurations. Although the renormalization of orbitals leads to an important fragmentation of the ground state wave function, only little effect is observed on B(E2) probabilities. A tentative explanation is given.Finally, the structure description of nuclei provided by the multiparticle-multihole configuration mixing method is utilized to study reaction mechanisms such as electron and proton inelastic scattering on sd-shell nuclei. Although the results also suffer from the lack of collectivity, the experimental trends are well reproduced and improved by the orbital optimization

Décrire la diffusion d'objets browniens corrélés est un problème non trivial en physique statistique. La présence de corrélations à longue portée induit en effet une diffusion "anormale", par définition non décrite par les lois usuelles de la physique statistique et devant être étudiée au cas par cas. Cette thèse est consacrée à l'un de ces exemples, la Single-File Diffusion, désignant la diffusion d'une chaîne ordonnée de particules ne pouvant pas se croiser. Nous présentons des études numériques de dynamique moléculaire ainsi que des études expérimentales nous permettant de mettre en évidence et de caractériser plusieurs régimes de diffusion longitudinale et transverse rencontrés lors de ce phénomène de transport. L'ensemble de nos résultats numériques et expérimentaux est expliqué par un modèle analytique basé sur la décomposition des fluctuations thermiques sur les modes propres de vibration d'un système. Ce modèle s'applique aux systèmes physiques réels car il est valable pour des interactions entre particules à longue portée et tient compte de la dissipation, de la taille du système et des propriétés du potentiel de confinement. L'analyse en modes propres nous permet également de caractériser l'évolution des fluctuations thermiques transverses lors de la transition zizag et de prévoir la structure du système après la transition. Enfin, l'étude de la transition zigzag nous renseigne plus généralement sur les effets d'un bruit thermique sur une bifurcation.

Décrire la diffusion d'objets browniens corrélés est un problème non trivial en physique statistique. La présence de corrélations à longue portée induit en effet une diffusion "anormale", par définition non décrite par les lois usuelles de la physique statistique et devant être étudiée au cas par cas. Cette thèse est consacrée à Pun de ces exemples, la Single-File Diffusion, désignant la diffusion d'une chaîne ordonnée de particules ne pouvant pas se croiser. Nous présentons des études numériques de dynamique moléculaire ainsi que des études expérimentales nous permettant de mettre en évidence et de caractériser plusieurs régimes de diffusion longitudinale et transverse rencontrés lors de ce phénomène de transport. L'ensemble de nos résultats numériques et expérimentaux est expliqué par un modèle analytique basé sur la décomposition des fluctuations thermiques sur les modes propres de vibration d'un système. Ce modèle s'applique aux systèmes physiques réels car il est valable pour des interactions entre particules à longue portée et tient compte de la dissipation, de la taille du système et des propriétés du potentiel de confinement. L'analyse en modes propres nous permet également de caractériser l'évolution des fluctuations thermiques transverses lors de la transition zigzag et de prévoir la structure du système après la transition. Enfin, l'étude de la transition zigzag nous renseigne plus généralement sur les effets d'un bruit thermique sur une bifurcation
Describing the diffusion of brownian correlated objects is not a trivial issue in statistical physics. Long-ranged correlations indeed induce an "anomalous" diffusion, by definition not described by the usual statistical physics laws, which means that it has to be studied on a per cases base. This PhD is devoted to one particular example named Single-file Diffusion, refering to the diffusion of an ordered chain of particles that cannot cross each other. We report here molecular dynamics simulations and experimental results emphasizing the existence of several diffusive behaviors for the longitudinal or transverse fluctuations of particles in a SFD configuration. Ail our numerical and experimental results can be explained by an analytical model based on the decomposition of the thermal fluctuations on the vibrational eigenmodes of the System. This model can be used to describe real physical Systems as it takes into account long-ranged interactions, the influence of the dissipation, the size of the System and the properties of both confinement forces. This eigenmodes analysis can explain the evolution of the transverse fluctuations during the zigzag transition and the structure of the System after the transition. Moreover, studying the transverse fluctuations also contributes to the understanding of the influence of a thermal noise on a pitchfork bifurcation

Les réseaux artificiels de spin ont été initialement introduites pour l'étude des effets de frustration géométrique dans des réseaux bidimensionnelles de spin, un approche complémentaire à l'étude de la frustration rencontré dans les glaces pyrochlores de spin. Généralement fabriqués en utilisant des techniques de lithographie, ces réseaux de nanoaimants peuvent être élaborer avec une grande degré de liberté. Etant donné la taille et la forme de ces plots magnétiques, l'aimantation est presque uniforme dans tout leur volume, un aspect qui fait que ces aimants peuvent être considérés comme des spin Ising classique géants. Avec la possibilité d'imager chacun degrée de liberté magnétique dans l'espace direct, ces systèmes offrent un large spectre d'opportunités pour l'étude de la frustration dans un cadre magnétostatiques bidimensionnelle et la potentielle découverte de phases magnétiques exotiques. Toutefois, contrairement à leurs homologues de la matière condensée, la première génération de glaces de spin artificiels sont pratiquement insensibles aux fluctuations thermiques. Par conséquence, d'autres dynamiques sont nécessaires pour amener ces systèmes vers leurs variétés de basse énergie et un protocole de désaimantation a été généralement utilisé dans ce sens, mais ce processus arrivent à accommoder juste partiellement les interactions entre les nanoaimants. Plus récemment, des réseaux artificiels de spin thermiquement-actives ont été introduits, permettant de dépasser les limitations des réseaux désaimantes pour la recherche des textures de spin exotiques.Cette thèse présente des études expérimentales et numériques réalisés sur des réseaux kagomé de spin. La glace artificielle kagomé planaire a été un point central d'intérêt pendant les dernières années, grâce à ses variétés énergétiques hautement dégénérés et aux textures de spin non-conventionnelles. Ainsi, dans un cadre magnétostatique, il présent une phase exotique caractérisée par la coexistence d'un état cristallin, associée à la charge magnétique, et un réseau de spin désordonnés. Bien que la désaimantation n'arrive pas d'accéder cet état remarquable, les réseaux thermiquement actives ont réussi de créer des cristallites de cette phase. La première partie de ce travail présente le protocole expérimental utilisé pour réaliser cet état. En plus, un modèle cinétique est proposé qui reproduit avec succès les caractéristiques observées et explique l'efficacité de cette approche.Dans un deuxième temps, un étude sur un nouveau système de glace de spin artificielle est présenté: le réseau kagomé Ising artificielle. Ce système présentent des moments magnétiques qui pointent selon l'axe verticale, contrairement au réseau kagomé planaire. Un étude récent sur ce système a conclu que, après la démagnétisation, ces deux réseaux kagomé artificiels présentent des corrélations de spins similaires et leurs états magnétiques rémanentes peuvent être bien caractérisées par des modèles de spin basés sur des interactions à courte portée. Avec des protocoles de désaimantation, des mesures de microscopie à force magnétique et des simulations Monte Carlo, il est montré que les interactions dipolaires à longue portée entre les éléments magnétiques ne peuvent pas être négligés lors de la description des états rémanents des réseaux kagome Ising artificiels désaimantées. Ces résultats limitent la validité du comportement universel entre les deux réseaux kagomé artificiels et enrichissent la palette de phases magnétiques qui peuvent être réaliser avec de tels systèmes nanostructurés. Les simulations Monte Carlo indiquent que ce réseau kagomé Ising présente un comportement de basse énergie différente de la glace kagomé planaire, mais la variétés fondamentale dans ce cadre dipolaire reste inconnu. Toutefois, en inspectant ses caractéristiques thermodynamiques à basse température et grâce une construction géométrique, un candidat pour l'état fondamental est fourni
Artificial spin networks were initially proposed as toy-spin models destined for the investigation of magnetic frustration effects in two-dimensional spin lattices, a complementary approach to the study of the magnetic frustration encountered in spin ice pyrochlores. Generally fabricated via lithography techniques, these arrays of nano-scale magnetic islands can be designed at-will. Given the size and shape of the elements, their magnetization is almost uniform throughout their volume, thus making these islands act like classical Ising spins. Combined with the possibility of individually imaging the magnetic degrees of freedom in real space, these systems offer an almost infinite playground for the investigation of competing interactions in magnetostatic frameworks and potential for the experimental discovery of novel and exotic magnetic phases. However, unlike their condensed matter counterparts, first-generation artificial spin networks are insensitive to thermal fluctuations, requiring other driving mechanisms for accessing their complex low-energy manifolds. A field-protocol has been employed for driving such networks towards their ground-state configurations, although they only partially manage to accommodate pair-island interactions. More recently, thermally-active artificial spin networks have been introduced, surpassing the limits of demagnetized arrays in the quest for exotic low-energy spin textures.This thesis presents experimental and numerical studies performed on artificial kagome spin arrays, one of the most frustrated two-dimensional lattices. The kagome spin ice geometry has received most of the community's attention as it presents highly degenerate manifolds and unconventional spin textures. Within a dipolar long-range framework, it displays a low-temperature regime characterized by the coexistence of a crystalline phase, associated to the magnetic charge, and a disordered spin lattice. While demagnetizing such artificial kagome arrays cannot access this exotic state, thermally-active networks can locally retrieve such a phase, creating crystallites of antiferromagnetically-ordered magnetic charges. The first part of this work presents the experimental protocol employed to this purpose. A kinetic model is also proposed that successfully captures the observed experimental features and explains the efficiency of this approach.The second part of the current thesis presents a study of a novel artificial spin ice system, the artificial kagome Ising network. This network primarily differs from the kagome spin ice array by having its magnetic moments pointing along the vertical axis. A recent study of this system has concluded that, after demagnetization, these two artificial kagome networks display similar pairwise spin correlation development and their final frozen states can be well characterized by short-range interaction models. Through the use of demagnetization protocols, magnetic force microscopy and Monte Carlo simulations, it is demonstrated that long-range dipolar interactions between the magnetic elements cannot be neglected when describing the remanent states of demagnetized artificial kagome Ising networks. These results assess the limits of the reported universal behavior of artificial kagome lattices and enrich the spectrum of magnetic phases that could be achieved with such nanostructured systems. Indeed, Monte Carlo simulations indicate that this kagome Ising network presents a different low-energy behavior than kagome spin ice, the incipient stages of which have been accessed experimentally, but its dipolar ground-state configuration remains unknown. Nevertheless, by inspecting the low-temperature thermodynamic features of this array and through the use of a geometrical construction, a ground-state candidate is provided

Les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à l'étude des systèmes radar de très courte portée d'une part, et aux antennes reconfigurables en diagramme de rayonnement d'autre part. Ces travaux ont été menés en partie au cours d'une collaboration avec un partenaire industriel. Le cadre de cette collaboration a concerné l'étude d'un capteur basé sur les micro-ondes pour la détection de cibles fixes placées dans une certaine gamme de distances, relativement proche du capteur. Les objectifs du travail de thèse sont multiples : 1) définir une architecture radar ayant une complexité réduite permettant la détection de cible(s) fixe(s) pour une portée relativement faible, et examiner les fonctions élémentaires nécessaires à la mise en place d'un module radar ; 2) analyser la propagation en présence de cible(s) proche(s) d'un radar ; 3) étudier des antennes à diagrammes de rayonnement reconfigurables pour les applications automobiles à 24 et 79 GHz.

Nous considerons dans ce memoire le probleme des transmissions radio numeriques de courte portee d'exterieurs a 60 ghz. Dans cette gamme de frequence, nous avons montre theoriquement et constate experimentalement, grace a la realisation d'un sondeur de canal radio, que les conditions de propagation etaient tres difficiles. Cependant, des phenomenes de reflexion et plus rarement de diffraction permettent d'etablir des liaisons hors visibilite, mais on se heurte alors aux degradations induites par la propagation multi-trajets. Pour combattre ces degradations, nous avons mis au point un couple emetteur-recepteur a etalement de spectre par sequence directe a 59,45 ghz utilisant en reception un filtre adapte a ondes acoustiques de surface. Ce systeme permet de tirer profit de tous les trajets de propagation, tout en assurant une grande discretion des liaisons puisque la densite spectrale de puissance emise est etalee sur une large bande. Les mesures de liaisons numeriques a 256 kbit/s realisees confirment les difficultes de propagation et tout particulierement dans un environnement rural ou les taux d'erreurs de bit (teb) sont rarement acceptables. En milieu suburbain et urbain la presence de reflecteurs favorise les echos ce qui devrait permettre dans une structure cellulaire de couvrir des zones dont le diametre maximal est compris entre 150 et 200 m. Moyennant une optimisation des parametres de modulation et l'elaboration d'une version numerique du filtre a ondes de surface, le systeme de transmission presente dans ce memoire constituera une excellente solution pour la realisation des futures liaisons de proximite. L'optimisation des parametres doit etre facilitee a court terme par l'emploi des outils de simulation decrits en derniere partie de cette these. L'incertitude sur l'avancement des technologies integrees en ondes millimetriques demeure aujourd'hui un frein

Le travail de la thèse contribue à l’étude de l’intégration d’antennes 5,8 GHz sur des véhicules automobiles. A l’aide de la simulation, nous avons pu étudier l’intégration de l’antenne radar sur des maquettes numériques pour répondre aux problématiques liées à la mise à disposition tardive de prototypes, et à la politique de réduction des coûts. Pour cela, nous nous sommes concentrés sur les axes de recherche suivants: Le premier axe traite de la modélisation et de la simulation électromagnétique d’objets de grandes tailles par rapport à la longueur d’onde, et de la mesure utilisé pour compléter l’étude d’évaluation des performances de l’antenne 5,8 GHz seule, puis intégrée sur des structures représentatives de véhicule. Le deuxième consiste en l’analyse des phénomènes de propagation dans la bande de fréquence autour de 5,8 GHz et de l’effet de différents environnements sur un signal émis. Le troisième est consacré à l’étude de la propagation des signaux radar. Le but est de mettre en place une méthode d’évaluation par la simulation de la détection d’obstacles afin de valider les performances du prototype radar en termes de traitement du signal. Enfin, dans le quatrième et dernier axe de recherche, nous nous sommes intéressés à la réalisation d’une première évaluation de l’impact d’une évolution éventuelle de la fréquence vers 24 GHz considérant les performances d’antennes et de propagation à courte distance
Evolution in technology allows automotive manufacturers and suppliers to propose more and more embedded electronic systems to make driving safer and easier. However, the number of road victims is still high. In this context, a study of the integration of a pre-crash radar operating at 5. 8GHz has been launched by Renault. This system is based on low cost components and allows the activation of either automatic braking to avoid any crash or restraint systems in case of an impending collision. Besides, to reduce the number of integrated antennas on vehicles, other applications, such as smart keyless and vehicle to vehicle communication systems can use the same radar antenna. The main objective of the proposed research work is to study the integration of 5. 8 GHz antennas on vehicles. In particular, simulations are performed to investigate the integration on numerical prototypes to make up for problems posed by the late availability of car prototypes and the reduction of cost in industry. For this purpose, we focused on the 4 following topics: 1) Simulation at higher frequencies and measurement to evaluate integration effects on antenna radiation. 2) Analysis of wave propagation in vehicular environments to quantify and qualify propagation channel in the 5. 8 GHz frequency band. 3) Study of radar signal propagation. The goal is to develop a method for echo signal analysis of the radar prototype by modeling and simulating the antenna and different targets in road environments. 4) Evaluation of antenna integration and wave propagation at 24 GHz. We have presented a study of a second type of pre-crash radar currently under investigation

Des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour étudier le rôle sur le ralentissement de la dynamique dans certaines dispersions colloïdales des caractéristiques des potentiels d’interaction à courte portée entre solutés. La variation avec les paramètres physiques du coefficient de diffusion utilisé comme indicateur du ralentissement de la dynamique est comparée avec celle du temps de vie des paires afin de tester l’interprétation généralement avancée de la gélification par la formation de liaisons à longue durée de vie entre les colloïdes. Deux modèles simples ont d’abord été considérés : un potentiel standard constitué d’une répulsion et d’une attraction à courte portée et un potentiel avec une barrière répulsive après le premier puits. Pour les modèles standard, sans barrière, un comportement universel de la dynamique, déterminé par le second coefficient du viriel a été montré. Ceci est observé aussi bien sur la diffusivité que sur la durée de vie des paires de particules, à condition qu’une définition commune de la distance de liaison soit prise lors de la comparaison des différents potentiels. En présence de barrière, la diffusivité dépend également d’autres caractéristiques de l’interaction comme le rapport des amplitudes du puits et de la barrière. L’effet de celle-ci renforce à la fois le piégeage dans le puits et l’effet stérique à une distance supérieure au diamètre du coeur. En doublant sa hauteur, la durée de vie augmente presque par un ordre de grandeur. Dans tous les cas, la durée de vie des liaisons dépend peu de la densité, contrairement au coefficient de diffusion. Ce comportement différent du temps de vie des liaisons et de la diffusivité montre les limites d’une interprétation littérale du ralentissement de la dynamique à faible ou moyenne densité, en terme de liaison de paires à longue durée de vie entre les particules. Les prédictions tirées de ces potentiels génériques ont ensuite été testées sur des potentiels effectifs calculés à partir des équations intégrales pour des mélanges binaires dissymétriques. La complexité du comportement dynamique résultant du caractère oscillatoire du potentiel est alors illustrée notamment par le comportement du nombre de paires en fonction de l’intervalle de "liaison" considéré. Le rôle au niveau de la dynamique d’interactions résiduelles a ensuite été étudié à partir du potentiel de Yukawa attractif, souvent utilisé pour modéliser une force attractive de courte portée résultant des recouvrements des couches superficielles des solutés, et du potentiel de Yukawa répulsif, pouvant correspondre à des interactions coulombiennes à très courte longueur d’écran. Nous avons alors montré l’impact important de ces interactions sur les lignes de transitions de non-ergodicité. L’analyse des situations où le ralentissement de la dynamique concerne les deux composants du mélange, avec les développements méthodologiques requis, est finalement soulignée comme une voie possible de poursuite de ce travail
Molecular dynamics simulations are used to investigate the role on the slowing down of the dynamics in certain colloidal dispersions of some characteristics of the short-range interaction potentials between the solutes. The variation with the physical parameters of the diffusion coefficient used as an indicator of the slowing down of the dynamics is compared with that of the bond lifetime of particle pairs in order to test the usual interpretation of gelation by par the formation of long-lived bonds between the colloidal particles. Two simple models were first considered: a standard potential with a repulsive part and a short-range attraction, and a model with a repulsive barrier after the well. For standard models, without barrier, a universal behaviour of the dynamics, governed by the second virial coefficient has been shown. This has been observed both for the diffusivity and the bond lifetime of particle pairs, provided that a common definition of the bonding length is used when comparing different potentials. In the presence of barriers, the diffusivity depends also on other characteristics of the interaction, such as the ratio of the well and barrier amplitudes. The effect of the barrier reinforces both the bonding in the well and the steric effect at a separation larger than the core diameter. Doubling its height increases the lifetime almost by an order of magnitude. In all cases the bond lifetime depends weakly on density in contrast with the diffusion coefficient. This different behaviours of diffusivity and bond lifetime shows the limits of a literal interpretation of the slowing down of the dynamics by the formation of long-lived bonds between particle pairs. The predictions relative to these generic potentials were next tested on the effective potentials computed from the integral equations for asymmetric binary mixtures. The complexity of the dynamics arising from the oscillatory nature of the potential is then illustrated by the behaviour of the number of pairs, depending on the bonding range being considered. The influence on the dynamics of residual interactions was next investigated from the attractive Yukawa potential, often used to model an attractive interaction arising from the overlap of the surface layers of the solutes potential and the repulsive Yukawa one, possibly modelling Coulomb interactions with very short screening length. We so showed the importance of such residual interactions on the non-ergodicity transition lines. The analysis of the situations in which the slowing down of the dynamics involves both components of the mixture, with the required methodological developments, is finally pointed out as a possible continuation of this work

Le lidar (acronyme de Light Detection and Ranging) est un instrument couramment utilisé de nos jours pour la caractérisation des propriétés physico-chimiques de l'atmosphère. Dans le domaine de l'aéronautique, on pourrait l'employer pour caractériser l'atmosphère amont d'un aéronef porteur. Parmi les applications courte-portée, citons l'optimisation du vol ou la détection de turbulence. Le principe du lidar consiste à émettre un faisceau laser dans l'atmosphère pour analyser le signal rétrodiffusé. En général, deux types de signaux coexistent, aux propriétés spectrales très différentes : le signal Rayleigh, diffusé par les molécules de l'air, et le signal Mie, diffusé par les particules plus massives (poussières, aérosols…). Ce travail de thèse évalue la faisabilité d'un lidar mixte Rayleigh-Mie, capable d'exploiter simultanément les deux types de signaux. L'objectif est la mesure à courte portée (20-50 m) des paramètres de vitesse, température et densité de l'air. Le point d'étude essentiel concerne la méthode d'analyse spectrale du signal : un système utilisant deux interféromètres de Michelson à imagerie de franges est notamment proposé, et ses performances comparées avec celle de l'interféromètre de Fabry-Perot, plus classique. La faisabilité de la mesure de vitesse par interféromètre de Michelson à imagerie de franges est expérimentalement démontrée. Pour cela, un système lidar à 355 nm a été développé, et une méthode de traitement de signal spécifiquement conçue pour l'analyse des franges. On montre que des mesures robustes peuvent être réalisées en plein jour, insensibles aux dérives de fréquence du laser et aux perturbations thermo-mécaniques de l'interféromètre.

L'exploitation de la route désigne l'ensemble des actions visant à rendre la circulation aussi sûre, fluide et confortable que possible. Ce domaine est aujourd'hui en pleine mutation grâce notamment aux progrès des nouvelles technologies de l'information et de la communication. Celles-ci ont favorisé l'émergence d'applications encore incertaines jusqu'à une date récente. Cette révolution technologique est en train de modifier les pratiques dans le domaine de l'exploitation routière. On assiste au développement accéléré des équipements embarqués et systèmes informatiques basés sur une communication entre la route et le véhicule. Ces nouveaux dispositifs sont-ils aptes à remplir des fonctions d'exploitation routière assurées aujourd'hui par des systèmes classiques ? Peuvent-ils constituer une alternative potentielle aux outils existants de recueil de données ? Cette thèse apporte des éléments de réponse à ces questions à travers l'exploration des potentialités des systèmes de communication entre la route et les véhicules à remplir des missions d'exploitation: maintien de la viabilité, gestion de trafic et aide au déplacement. Ces travaux tentent d'appréhender les apports d'un système de communication route - véhicule pour la sécurité et la gestion du trafic routier. Quels sont les enjeux économiques de ces dispositifs et quels en sont les principaux bénéficiaires ? L'étude d'un système déployé sur un tronçon autoroutier expérimental fournit des enseignements sur sa rentabilité économique pour la collectivité et financière pour le gestionnaire d'infrastructures. Les scénarios examinés permettent d'alimenter les réflexions sur des stratégies d'équipement en matière de nouveaux outils de recueil de données et de surveillance d'un réseau autoroutier.

Au cours de ce travail, nous développons un modèle électromagnétique simple de circuits hyperfréquence en structure guide d'onde rectangulaire. Ce modèle permet de traiter les circuits du type transition ligne coaxial/guide d'onde, et les structures à résonateur radial, qui sont les circuits les plus utilisés pour la réalisation des principales fonctions microondes en gamme d'ondes centimétriques et millimétriques. Le modèle développé est suffisamment rapide pour être inséré dans un logiciel de CAO. Puis ce modèle est utilisé pour la conception et la réalisation d'oscillateurs de forte puissance à diode à avalanche et temps de transit en bande Ku. Dans une seconde partie, nous abordons une étude de faisabilité d'une tête d'émission-réception pour un radar doppler anti-collision embarquable. Nous décrivons les résultats sur un prototype réalisé en bande x.

Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre des systèmes mobiles et distribués, et s'intéressent tout particulièrement aux perspectives offertes par les réseaux locaux sans fil. A l'opposé de la complexité de déploiement d'une infrastructure cellulaire étendue, les interactions sans fil courte portée peuvent être utilisées de manière très simple, sans infrastructure. Ainsi, elles permettent à des calculateurs proches d'échanger automatiquement des informations. Nous proposons des supports système prenant en compte la volatilité des communications sans fil, et permettant de développer des applications tirant spontanément parti de la proximité physique des noeuds mobiles. Ces travaux sont ensuite étendus dans le cadre d'autres familles de réseaux sans fil. Ainsi, nous nous intéressons aux réseaux à couverture discontinue. La technologie support est la même que celle de notre première étude. Simplement, les communications entre les noeuds mobiles ne sont plus directes, mais passent par une borne fixe. Cette borne définit une bulle radio de taille limitée. C'est l'interconnexion de ces bulles, sans souci de continuité de la couverture radio, qui permet d'envisager un réseau étendu et simple à déployer. Dans ce cadre, les mécanismes système étudiés permettent de masquer l'intermittence de la connectivité, et autorisent le support d'applications exploitant les flux montants et descendants dans le réseau. Enfin, dans une dernière partie, nous abordons le problème du couplage système de deux architectures sans fil hétérogènes. Un tel couplage présente des objectifs comparables à ceux des réseaux à couverture discontinue : offrir des nouveaux services sur une couverture large, à des densités importantes d'utilisateurs mobiles. Ces travaux débouchent sur la définition de mécanismes permettant de coupler au sein d'un même service des propriétés fonctionnelles des deux infrastructures sans fil.

Etude realisee pour les hydrures cristallins zr#2nih#x (x=2, 1; 3 et 4) et amorphes (x=2,5 et 4,5). On obtient les parametres du diffusion en mesurant la constante de relaxation quadripolaire des spins nucleaires entre 170 k et 470 k. On propose un mecanisme de sauts des atomes d'hydrogene

L'objectif de cette thèse est de mener une étude fondamentale et expérimentale des propriétés physiques des cristaux liquides discotiques colonnaires (CLDCs) confinés dans des matrices poreuses templates hautement ordonnées à l'échelle nanométrique. Les molécules des CLDCs de forme plane, composées de noyaux polyaromatiques rigides entourées de chaînes aliphatiques flexibles fonctionnalisables, sont susceptibles de s'auto-assembler dans des colonnes favorisant ainsi le recouvrement de leurs orbitales électroniques π. Ce qui fait de ces matériaux de véritables candidats pour des applications dans l'électronique moléculaire et la photovoltaïque grâce à la possibilité de migration des porteurs de charges le long de leurs colonnes. Cependant, ces applications nécessitent une bonne maîtrise des paramètres influant sur les mécanismes d'alignement dans les phases colonnaires, sur de grands monodomaines, et de préférence à température ambiante. Une méthode très prometteuse visant à optimiser les longueurs de diffusion des porteurs de charge a été récemment proposée, basée sur la formation de nanofils orientés de CLDCs par auto-assemblage dans des matrices dites " templates " (de moulage). Toutefois, les propriétés structurales, dynamiques et les effets de confinement sur ces technologies restent aujourd'hui mal connus et morcelés et pourraient constituer un véritable verrou scientifique pour leur réalisation. Notre étude s'est portée sur les CLDCs commerciaux (HPT) et le Py4CEH (moins connus) qui sont confinés dans des alumines poreuses (AAO) et du silicium poreux (Sip) de diamètres de pores de quelques dizaines de nm. Les diagrammes de phase ont été d'abord étudiés par DSC puis les effets structuraux ont été approfondis grâce à la diffusion de neutrons. Dans les géométries confinées, nous observons une dépression des températures de transition, un élargissement du domaine de stabilité de la phase colonnaire et l'ouverture d'une hystérèse amplifiée dans les pores de plus petite taille. Un ordre orientationnel très élevé a été trouvé dans les phases colonnaires bulk par la RMN du solide et la structure des systèmes confinés colonnaires, dominée par une distribution radiale avec un ancrage homéotrope a été déterminée. La dynamique moléculaire a été étudiée par diffusion quasiélastique de neutrons. Elle est affectée par le confinement : la dynamique de grande amplitude est fortement ralentie, tandis que la dynamique rapide locale devient régie par une distribution très large de temps caractéristiques.

Le formalisme multifractal de Parisi et Frisch, ainsi que l'approche du propagateur de Castaing et collaborateurs, permettent de décrire de manière quantitative, dans le domaine inertiel, les statistiques des incréments de vitesse longitudinale en turbulence pleinement développée. Dans ce mémoire de doctorat, nous montrons que la physique liée aux effets dissipatifs, complètement pilotée par le nombre de Reynolds local, a des conséquences non triviales sur les statistiques des incréments de vitesse Eulérienne. A l'aide d'arguments dimensionnels simples, nous proposons une formalisation précise, dans le cadre du formalisme multifractal, de "l'accélération" du propagateur observée dans le domaine dissipatif intermédiaire, entre le domaine inertiel et le domaine dissipatif profond dans lequel les statistiques des incréments deviennent indépendantes de l'échelle. Nous montrons en particulier qu'il est possible, pour un nombre de Reynolds donné, de calculer la densité de probabilité des incréments de vitesse à toutes les échelles, moyennant une fonction paramétrable DE(h), qui sera assimilée au spectre des singularités dans la limite des nombres de Reynolds infiniment grands. Nous discutons aussi comment adapter notre formalisme pour rendre compte du phénomène de Skewness. Nous montrons qu'il est possible de généraliser notre approche à une description unifiée des fluctuations de vitesse Lagrangienne. Nous comparons nos prédictions théoriques avec des données expérimentales et numériques. Cette étude permet d'estimer le spectre DL(h) des singularités de la turbulence Lagrangienne et d'en démontrer le caractère universel. Nous évoquons ensuite la possibilité d'établir une transformation formelle entre les spectres des singularités de la turbulence Eulérienne DE(h) et de la turbulence Lagrangienne DL(h). Pour conclure, nous généralisons notre approche aux statistiques d'ordre supérieur afin de tester divers modèles de cascade sur des données expérimentales et numériques.