<p dir="ltr">This dissertation describes efforts in the development of an optically-accessible solid fuel ramjet combustion experiment and the application, and requisite modifications, of multiple laser-based diagnostics. These measurements target the characterization of the complex turbulent reacting flow physics in a multi-phase combustion environment representative of conditions within a solid fuel ramjet.</p><p dir="ltr"><br>First, dynamic flow-flame interactions were investigated in an optically-accessible solid fuel ramjet combustor. Experiments were performed with a single hydroxyl-terminated polybutadiene fuel slab located downstream of a backward-facing step in a rectangular chamber. To emulate flight-relevant combustor conditions, unvitiated heated air was directed through the combustion chamber with an inlet temperature of ∼655 K, chamber pressures of 450–690 kPa, and port Reynolds number of ∼500,000. 20 kHz OH∗-chemiluminescence and 10 kHz particle imaging velocimetry measurements were used to characterize the heat-release distribution and velocity field. Comparison between the mean OH∗ chemiluminescence images acquired at three flow conditions indicates reduction in flame height above the grain with increasing air mass flow rate. Dominant heat-release coherent structures in the statistically stationary flow are identified using the spectral proper orthogonal decomposition technique implemented on time-series of instantaneous images. The spatial mode shapes of the chemiluminescence and velocity field measurements indicated that the flow-flame interactions were dominated by vortex shedding generated at the backward facing step in the combustor, at Strouhal numbers of 0.06 – 0.10.</p><p dir="ltr"><br>Following this effort, a coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) laser system was assembled and aligned for measurements of the Q-branch ro-vibrational energy level structure of nitrogen using a coannular phase-matching scheme and frequency-shifted probe beam. These measurements were demonstrated in the model SFRJ combustion chamber operated with an inlet air temperature of 690 K and pressure of 0.59 MPa. Over 300 single-shot spectra were collected and fit for temperatures ranging from the core air flow to the combustion gases with a probe location situated above the redeveloping boundary layer region diffusion flame. A skewed temperature distribution was reported at the probe location, as expected from a region only intermittently exposed to hot combustion gases. Temperatures of 500-2000 K were fit to theory, indicating a requirement for high dynamic range measurements.</p><p dir="ltr"><br>A handful of shortcomings were identified in the application of the shifted-CARS technique to the luminous SFRJ flow-field and thus modifications were made to the CARS system for improved dynamic range, signal-to-noise ratio and signal-to-interference ratio. A dual-pump system provided simultaneous measurements of the Q-branch ro-vibrational energy level structure of nitrogen and pure-rotational energy level structure of nitrogen and oxygen. These spectra possessed ample features for accurate comparison to theory at temperatures of 600-2500 K, a typical range at flame locations within the highly dynamic SFRJ reacting flow. Additionally, an electro-optical shutter (EOS), comprised of a Pockels cell located between crossed-axis polarizers, was integrated into the CARS system. The use of the EOS enabled thermometry measurements in high luminosity flames through significant reduction of the background resulting from broadband flame emission. Temporal gating ≤100 nanoseconds along with an extinction ratio >10,000:1 was achieved using the EOS. Integration of the EOS enabled the use of an unintensified CCD camera for signal detection, improving upon the signal-to-noise ratio achievable with inherently noisy microchannel plate intensification processes, previously employed for short temporal gating.<br></p><p dir="ltr">Using this system, temperature and relative oxygen concentration scalar fields were measured in an optically accessible solid fuel ramjet (SFRJ) combustion chamber using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS). Additionally, planar laser-induced fluorescence measurements of the hydroxyl radical (OH-PLIF) were performed to spatially characterize flame location and provide context to the temperature measurements. The combustion chamber was operated with an inlet air temperature of 670 K, mass flowrate of 1.14 kg/s, and pressure of 0.57 MPa, conditions relevant to practical device operation. The dual-pump CARS system provided simultaneous measurements of the Q-branch ro-vibrational energy level structure of nitrogen and pure-rotational energy level structure of nitrogen and oxygen. These spectra possessed ample features for accurate comparison to theory at temperatures of 600-2500 K, a typical range at flame locations within the highly dynamic SFRJ reacting flow<br>and inherently track the relative oxygen concentration within the measurement volume. A skewed temperature distribution was reported at various probe locations, as expected from stochastic probing of dynamic reacting vortex structures. Comparison between CARS and OH-PLIF measurements within the flow impingement region indicated that the high temperature regions closely align with regions of high OH-PLIF intensity while the temperature standard deviation better matches the flame-surface density. The signal intensity distribution within instantaneous OH-PLIF images indicates transport of combustion products toward the grain, supported by the near-wall peak temperatures. This process is critical for the transport of energy to the grain such that additional fuel can be volatilized and mix with the air to support the flame.</p><p dir="ltr"><br>Finally, an ultra-fast CARS system has been designed and aligned for 1 kHz one-dimensional measurements of temperature by targeting the ro-vibrational Q-branch transitions of nitrogen. This effort seeks to develop a technique that can capture the hydrodynamics that drive the combustion in SFRJ and provide an intuition for the energy transport near the solid fuel wall of the SFRJ combustor through capturing instantaneous temperature profiles. The designed system utilized a 9 W high-energy regenerative amplifier with 30 fs duration pulses.<br>For the CARS measurement, the 4 W 800 nm output from the external compressor is used as the Stokes beam and a 0.5 W, 675 nm ouput from the TOPAS optical parametric amplifier (OPA) split to and used as the pump and probe beams. A chirping rod placed in the beam path of the probe beam was used to generate the picosecond pulse. Preliminary measurements have been acquired within room air and a laminar H2-Air nonpremixed flame. A discussion of the experimental challenges and remaining work is presented in this document.</p>

<p dir="ltr">Phosphor thermography is an effective technique for making spatially resolved temperature measurements on surfaces, however little consideration has been given to incorporating the phosphors inside crystalline materials to make internal measurements. Doing so would grant optical access to the phosphors through the crystal. In this work, we prepared a thermographic energetic composite via fast crash encapsulation of BaMgAl₁₀O₁₇:Eu (BAM) in ammonium perchlorate (AP) crystals, which enabled the use of phosphor thermography to spatially resolve the temperature of the energetic composite. We demonstrate that the temperature measurements show good agreement with thermocouple measurements. The ability to calibrate the material was also demonstrated and compared to the response in dynamic thermal environments. Usability limits as well as thermal stability issues of the composite were also investigated and discussed. The successful encapsulation of BAM within AP and demonstration of thermographic behavior in the composite, indicate the viability of using encapsulation as a method to produce thermographic energetic composites.</p>

No description available.

Despite extensive previous studies, the peak metamorphic conditions within the 2.0-1.8 Ga Svecokarelian orogen remain unclear, particularly regarding the deformation and migmatization events occurring between 1.87-1.80 Ga within the Ljusdal lithotectonic unit. While earlier observations indicate granulite facies metamorphism, the exact metamorphic conditions and nature of these events are still unclear. This thesis aims to determine the pressure-temperature range associated with the peak metamorphic conditions by analyzing mineral assemblages in the leucogranite of Sörfjärden, located east of Gnarp, Sweden. Through optical microscopy and electron microprobe analysis, a complex mineral assemblage was identified, including alkali feldspar, plagioclase, garnet, quartz, biotite, sillimanite, and Fe-Zn-rich spinel, with accessory minerals such as monazite, zircon, and rutile. Secondary chlorite and kaolinite were also observed. Ternary-feldspar thermometry revealed crystallization temperatures of 750 ˚C. Thermobarometric modeling of the bulk rock chemical composition, using the software GeoPS, indicated peak pressure-temperature conditions of 2.0–2.4 kbar and 740–770 ˚C, defined by the peak mineral assemblage garnet, plagioclase, quartz, sillimanite, and spinel. Melt structures on biotite and alkali feldspar were inferred to have formed during the second migmatization event, suggesting that granulite facies conditions were reached during the first migmatization event. While these findings provide insights into the metamorphic history of the Svecokarelian orogen, further investigations into the influence of Zn on the produced models are warranted. Addressing the limitations of current thermodynamic models would improve our understanding of this complex geological system. / Trots omfattande tidigare studier är de metamorfa förhållandena i den Svekokarelska orogenesen (2.0–1.8 Ga) fortfarande oklara, särskilt gällande de deformations- och migmatiseringsprocesser som inträffade mellan 1.87–1.80 Ga. Även om tidigare observationer tyder på metamorfos med granulitfacies är de exakta metamorfa förhållandena hos och karaktären av dessa processer fortfarande osäkra. Denna studie syftar till att fastställa det tryck-temperaturintervall som är förknippat med de högsta graderna av metamorfos genom att analysera mineralsammansättningar i leukograniten i Sörfjärden, beläget öster om Gnarp, Sverige. Genom optisk mikroskopi och elektronmikrosonderingsanalys identifierades en komplex mineralsammansättning: alkalifältspat, plagioklas, granat, kvarts, biotit, sillimanit och Fe-Zn-rik spinell, där monazit, zirkon och rutil är accessoriska mineral. Klorit och kaolinit är sekundära. Ternär fältspatstermometri påvisade en kristalliseringstemperatur vid 750 ˚C. Termobarometrisk modellering av bergartens kemiska sammansättning med programmet GeoPS indikerade maximala tryck-temperaturförhållanden på 2.0–2.4 kbar och 740–770 ˚C; mineralsammansättningen under dessa förhållanden var granat, plagioklas, kvarts, sillimanit och spinell. Smältstrukturer på biotit och kalifältspat tolkades ha bildats under den andra migmatiseringen, vilket medför att granulitfacies uppnåddes under den första migmatiseringen. Fastän dessa resultat ger insikter i den Svekokarelska orogenesens metamorfa historia är det motiverat att vidare undersöka inverkan av Zn på de framställda modellerna. Att hantera begränsningarna i nuvarande termodynamiska modeller skulle förbättra vår förståelse av detta komplexa geologiska system.

Cette thèse présente des développements techniques et méthodologiques visant une alternative viable pour le traitement des cancers digestifs (rectum, œsophage). Par rapport aux méthodes standards de thérapie, les ultrasons de contact de haute intensité sous guidage IRM sont une approche moins invasive. L’IRM offre 2 avantages: bonne résolution spatiale et contrôle en temps réel de la température. Cette méthode de traitement demande efficacité et sécurité. Trois prototypes d’antenne RF intégrées à des transducteurs ultrasonores ont été réalisés afin d’améliorer la résolution spatiale et temporelle des images IRM et la précision de la mesure de température. Les antennes intégrées ont montré une meilleure sensibilité par rapport à une antenne extra corporelle standard. Des images IRM haute résolution, anatomiques (voxel0.4x0.4x5 mm3) et de thermométrie (voxel 0.75x0.75x8 mm3, 2s/image) ont été acquises in-vivo.La température a été mesurée, dans un rayon de 20 mm au-delà du ballon, avec un écart type<1°C. Les artéfacts de flux causés par l’eau circulante à l’intérieur du ballon de refroidissement ont pu être projetés hors de la région d’intérêt. L’évolution de la température a été contrôlée automatiquement, à des profondeurs variables, avec un point de contrôle par faisceau. Le contrôleur a montré une grande précision in-vivo (écart type <5%). Le transducteur ultrasonore matriciel permet d’activer successivement plusieurs faisceaux pendant la même dynamique de tir.Des simulations ont été conduites afin de proposer une planification du traitement optimale pour une tumeur désignée. Un nouveau concept de sonde ultrasonore à 256 éléments avec focalisation géométrique naturelle a été proposé. / This thesis presents technical and methodological developments aiming tooffer a viable alternative for the treatment of digestive cancers (rectum and esophagus). Compared to the standard methods of therapy, the high intensity contact ultrasound guided by MRI is a less invasive approach. MRI offers 2 advantages: good spatial resolution, and real-time temperature control. This treatment method requires efficacy and safety. Three prototypes of RF coil integrated with ultrasound transducers were built in order to increase the spatial and temporal resolution ofthe MR images, and the accuracy of the temperature measurement. The integrated coils showed a better sensitivity compared to a standard extracorporeal coil. Anatomical (voxel 0.4x0.4x5 mm3)and thermometry (voxel 0.75x0.75x8 mm3, 2s/image) high resolution MR images were acquired in-vivo. The temperature was measured, within a radius of 20 mm from the balloon, with a standard deviation <1°C. The flow artifacts caused by the water circulating inside the cooling balloon could be shifted out of the region of interest. The temperature evolution was controlled automatically, at different depths, with one control point per beam. The controller showed a good accuracy during in-vivo experiments (standard deviation less than 5%). The phased-arrayultra sound transducer permits the successive activation of multiple beams during the same dynamic of sonication. Simulations were conducted in order to offer an optimal treatment planning for a defined tumor. A new design of ultrasound transducer with 256 elements with revolution symmetry, based on a natural geometrical focalization, was proposed.

L’hyperthermie guidée par IRM permet l’ablation thermique des tumeurs, l’activation de l’expression d’un transgène sous contrôle d’un promoteur thermo-sensible ainsi que le dépôt local de médicaments à l’aide de nanovéhicules sensibles à la température ou à la pression locale. L’imagerie de température par IRM, basée sur la technique du décalage de la fréquence de résonance du proton permet le monitorage des interventions d’hyperthermie. Les procèdes interventionnels guides par IRM sur cible mobile requièrent des séquences d’imagerie rapides afin d’obtenir des images de phases ayant une résolution spatio-temporelle élevée. Nous avons démontré l’efficacité de l’association des méthodes adaptatives d’imagerie parallèle telles que TSENSE et TGRAPPA et de la méthode multi-référence de l’atlas de mouvement afin de compenser les variations du champ magnétique induites par les organes en mouvement. Les procédés interventionnels guides par IRM sont basés sur des séquences d’imagerie rapides capables de fournir des images en temps-réel ayant une relation précise entre la position de la cible représentée dans l’image et sa vraie position spatiale. Les séquences écho-planar sont très rapides mais possèdent des distorsions géométriques. Nous avons proposé une méthode de correction des distorsions des images EPI. Cette technique est basée sur des approches existantes utilisant l’acquisition de deux images EPI ayant deux temps d’écho différents. L’efficacité de la méthode proposée a été démontrée pour une expérience de thermométrie par IRM. La rapidité du traitement des données, associée à une faible diminution de la rapidité d’acquisition, rend cette méthode particulièrement adaptée pour les procédés interventionnels guides par IRM. La perfusion sanguine, la diffusion thermique ainsi que le coefficient d’absorption des ondes acoustiques ou électromagnétiques déterminent la distribution de la température durant les procédés interventionnels. Certaines tumeurs ont des taux de perfusion élevés conduisant à une évacuation importante de la chaleur et par conséquent, un refroidissement rapide de la cible. Cet effet réduit la température maximale atteinte pour une puissance donne et peut conduire à des zones d’ablation plus petites réduisant ainsi l’efficacité de l’intervention. La connaissance précise des paramètres thermiques du tissu peut aider à la planification des procédés interventionnels. Dans ce but, nous avons proposé une méthode permettant la détermination précise des paramètres cités précédemment. / MR-guided HIFU-induced hyperthermia allows for thermal ablation of tumors, for gene therapy by thermal induction of transgenic expression (based on a thermo-sensitive promoter) and for local drug delivery using thermo-sensitive liposomes. These applications require accurate temperature measurement during the therapeutic intervention. Dynamic MR-temperature imaging based on the proton resonance frequency shift technique allows monitoring the local temperature evolution during hyperthermia. MR-guided thermotherapy on moving organs requires imaging sequences providing phase images with high temporal and spatial resolution. We demonstrated the feasibility of combining adaptive parallel imaging techniques such as TSENSE or TGRAPPA with the atlas-based multi-baseline method for compensating the magnetic field variations produced by moving organs during the respiratory cycle. Many MR-guided interventional procedures rely on real-time imaging sequences for providing precise relations between the target position in the image and the true position in the scanner. Although echo-planar imaging (EPI) sequences are very fast, they are prone to geometric distortions. For correcting these distortions, we proposed a real-time correction method by applying existing approaches based on a dual EPI acquisition with varying echo times. It is demonstrated that this method works well in combination with MR-thermometry for guiding thermal therapies. Short data-processing times as well as a small penalty in acquisition speed make this method well-adapted for MR-guided interventions. Local blood perfusion, thermal conductivity and the absorption coefficient of acoustic or electro-magnetic waves determine the temperature distribution in living tissue. Some tumors have high perfusion rates resulting in considerable heat evacuation. This effect reduces the maximal temperature increase achievable for a given deposited energy and produces smaller ablation zones, which can impair the efficiency of the therapeutic procedure. A method for accurately estimating the above mentioned tissue parameters, was presented. This method could thus be useful in quantifying the influence of perfusion during thermal interventions.

Thermoablationsverfahren werden in der klinischen Routine zur Therapie bei Patienten mit primären Lebertumoren und Lebermetastasen eingesetzt, bei denen von einer Operation abgesehen wird. Die laserinduzierte Thermotherapie (LITT) ist ein minimal invasives radiologisches Verfahren zur perkutanen Tumorablation. Mit der Magnetresonanztomographie (MRT) am Hochfeldtomographen (1.5 Tesla) steht eine radiologische Methode mit der Option einer präzisen Prozesskontrolle der Thermoablation und einer suffizienten Erfolgskontrolle zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit war es, im Tierexperiment die Anwendung der LITT zur Ablation von Pankreasgewebe zu erproben, das Potenzial der MRT für die Prozesskontrolle der LITT am Pankreas zu bestimmen und neue MRT-Sequenzen mit neuen Kontrastmitteln für die Optimierung der Erfolgskontrolle zu erforschen. Die LITT am Pankreas im Rahmen einer Pilotstudie an 15 Läuferschweinen war perkutan komplikationsarm durchführbar, generalisierte Pankreatitiden oder Blutungen traten nicht auf. Die qualitative Prozessbeobachtung mittels thermosensitiver Sequenzen zeigte eine hohe Übereinstimmung zwischen magnetresonanztomographisch dokumentierten Thermoeffekten und histopathologisch verifizierten thermisch induzierten Nekrosen. Die Untersuchung und invasive Kalibrierung verschiedener Messmethoden in vivo zur quantitativen MRT-Thermometrie ergab Vorteile für den Einsatz der Protonenresonanzfrequenz-Methode. Zur Optimierung der Erfolgskontrolle nach LITT von Lebergewebe im Tierexperiment sowie klinisch bei Lebermetastasen wurden die MRT-Kontrastmittel Gadomesoporphyrin, Eisenoxid und Gadobutrol erprobt. Mittels Spätaufnahmen 6 - 18 h post injectionem wurden mit Gadobutrol thermisch induzierte Nekrosen präzise visualisiert. / Thermoablation of primary liver tumors and liver metastases is widely used in patients without surgical options. The laser-induced thermotherapy (LITT) is a minimal invasive radiologic procedure for percutaneous tumor ablation. With high field magnetic resonance imaging at 1.5, monitoring of thermoablation and visualization of thermal induced ablation zones can be performed precisely. Aim of this work was to investigate the feasibility of MR-guided LITT of pancreatic tissue and to optimise the contrast between thermal induced lesions, residual tumor and normal tissue after LITT procedure. MR-guided LITT was feasible in 15 female pigs, generalized pancreatitis or bleeding did not occur. MR monitoring by thermosensitive sequences precisely visualized thermal induced ablation zones verified by histopathologic examination. Best results of MR thermometry (thermo-mapping) were obtained by proton resonance frequency method. Gadolinum- mesoporphyrine, superparamagnetic iron oxides (SPIO) and gadobutrol were used to optimise ablation control. Late enhanced imaging 6 - 18 hours after injection of gadobutrol precisely visualized thermal induced necrosis. In conclusion, percutaneous MR guided LITT of pancreatic tissue of female pigs was feasible and monitoring of thermoablation could be performed accurately. In contrast to other imaging methods, MR using new contrast agents enables accurate visualization of thermal induced necrosis.

Aujourd'hui, nos appareils électroniques sont de plus en plus densément composés de composants nanoélectroniques. En conséquence, la dissipation de chaleur produite dans ces circuits augmente également énormément, provoquant une déperdition d’énergie considérable, en pure perte. Les effets thermoélectriques entrent en jeu ici car ils permettent d'utiliser cette chaleur perdue pour produire un travail utile. Par conséquent, l’étude du transport thermique et de l’effet thermoélectrique dans les nanostructures revêt une importance significative du point de vue scientifique et technologique.Dans cette thèse, nous présentons nos études expérimentales du transport thermique et thermoélectrique dans différents types de dispositifs à un seul électron, où le flux électronique peut être contrôlé au niveau de l'électron unique.Tout d’abord, nous montrons la mesure du transport de chaleur contrôlé par la grille dans un transistor à un seul électron (SET), agissant comme un commutateur thermique entre deux réservoirs. Nous déterminons la conductance thermique à l’aide d’un bilan thermique en régime permanent prenant en compte les différents chemins du flux de chaleur. La comparaison de la conductance thermique du SET avec sa conductance électrique indique une forte violation de la loi de Wiedemann-Franz.Deuxièmement, nous étendons l’étude du transport thermique dans les dispositifs à un seul électron dans le régime de boîte quantique, où, outre les interactions de Coulomb, il faut également prendre en compte les différents niveaux électroniques discrets. Nous discutons du bilan thermique entre deux réservoirs de chaleur couplés par un seul niveau de point quantique, et de la dissipation des électrons tunnel dans les contacts. Cela produit des formes de diamant de Coulomb dans la carte de température électronique de la source, en fonction de la polarisation et de la tension de grille.Enfin, nous présentons la mesure du transport thermoélectrique dans une jonction à boîte quantique unique, du régime de couplage faible au régime de couplage fort Kondo. Nos expériences introduisent une nouvelle façon de mesurer le pouvoir thermoélectrique en réalisant une condition de circuit ouvert quasi-parfaite. Le pouvoir thermoélectrique dans une boîte faiblement couplée montre le comportement e-périodique avec la charge induite par la grille, alors qu’il montre une période distincte de 2e en présence de corrélation Kondo. L’étude de la dépendance thermique révèle que la résonance de Kondo n’est pas toujours au niveau de Fermi, mais qu’elle peut être légèrement décalée, en accord avec les prédictions théoriques.Cette étude ouvre la porte à l’étude de transistors à une boîte quantique unique dont les propriétés thermodynamiques sont régies par les lois de thermodynamique quantique. / At this age of technologically advanced world, the electronic devices are getting more and more densely packed with micro-electronic elements of nano-scale dimension. As a result the heat dissipation produced in these microelectronic-circuits is also increasing immensely, causing a huge amount of energy loss without any use. The textit{thermoelectric effects} come into play here as one can use this wasted heat to produce some useful work with the help of thermoelectric conversion. In order to achieve such a textit{heat engine} with a reasonably high efficiency, one needs to understand its thermal behavior at the basic level. Therefore, the study of thermal transport and thermoelectric effect in nano-structures has significant importance both from scientific and application point of view.In this thesis we present the experimental studies of thermal and thermoelectric transport in different kinds of single-electron devices, where the electronic flow can be controlled at the single electron level.First, we demonstrate the measurement of gate-controlled heat transport in a Single-Electron Transistor ($SET$), acting as a heat switch between two heat reservoirs. The measurement of temperature of the leads of the $SET$ allows us to determine its thermal conductance with the help of a steady state heat-balance among all possible paths of heat flow. The comparison of thermal conductance of the $SET$ with its electrical conductance indicates a strong violation of the Wiedemann-Franz (WF) law away from the charge degeneracy.Second, we extend the study of thermal transport in single-electron devices to the quantum limit, where in addition to the Coulomb interactions the quantum effects are also need to be taken into account, and therefore the individual discrete electronic levels take part in the transport process. We discuss the heat-balance between two heat reservoirs, coupled through a single Quantum-Dot ($QD$) level, and the dissipation of the tunneling electrons on the leads. This produces Coulomb-diamond shapes in the electronic-temperature map of the `source' lead, as a function of bias and gate voltage.Third, we present the measurement of thermoelectric transport in a single $QD$ junction, starting from the weak coupling regime to the strong coupling-Kondo regime. The experiments introduces a new way of measuring thermovoltage realizing a close to perfect open-circuit condition. The thermopower in a weakly coupled $QD$ shows an expected `$e$' periodic behavior with the gate-induced charge, while it shows a distinct `$2e$' periodic feature in the presence of Kondo spin-correlation. The temperature dependence study of the Kondo-correlated thermopower reveals the fact that the Kondo-resonance is not always pinned to the Fermi level of the leads but it can be slightly off, in agreement with the theoretical predictions.This study opens the door for accessing a single $QD$ junction to operate it as a $QD$-heat engine, where the thermodynamic properties of the device are governed by the laws of textit{quantum thermodynamics}.

Les caractérisations thermiques à l'échelle nanométrique restent un défi depuis l'émergence de dispositifs nano structurés. Ayant des avantages en termes de résolution latérale par rapport aux techniques de champ lointain, la microscopie thermique à balayage est devenue un outil essentiel pour la caractérisation locale des propriétés thermiques des matériaux. Dans le cadre du projet européen « Quantiheat », plusieurs laboratoires ont travaillé ensemble pour essayer de comprendre et d'obtenir des mesures quantitatives couvrant les échelles spatiales allant du micro au nanomètre.Ce document contient six chapitres avec quatre parties principales, dans lesquelles des sondes SThM à thermocouples microfilaires ont été utilisées pour améliorer nos connaissances en thermométrie quantitative à cette échelle. Ce type de sonde a été développé et amélioré pendant plusieurs années. Nous démontrons qu'il est adapté pour mesurer la température d’échantillons actifs ainsi que la conductivité thermique d’échantillons passifs.Grâce à la thèse, la dernière version du microscope (matériel, logiciel) et la conception de la sonde sont présentés. Fixé sur un diapason en quartz, la force de contact pointe-échantillon peut être quantifiée. Placé dans une chambre à vide, ce système permet un contrôle complet des paramètres prédominants sur la mesure, tels que la pression de l'air et la force de contact. Les mesures en modes actif et passif ont pu être menées grâce aux échantillons fournis par les partenaires du projet « Quantiheat » afin de démontrer que des mesures quantitatives sont envisageables. En changeant les conditions ambiantes allant du vide primaire à la pression ambiante, les mécanismes de transfert de chaleur de l'échantillon-pointe ont été analysés en détail pour mettre en évidence le rôle prépondérant de l'air et des conductions de contact solide-solide. / Thermal characterizations at nano-scale remain a challenge since the emergence of nano-structured devices. Having advantages in term of lateral resolution compared to far field techniques, the scanning thermal microscopy has become an essential tool for local materials heat transport characterization. In the frame of the European Quantiheat Project, several laboratories have worked together trying to figure out and to obtain quantitative thermal measurements covering spatial scales from the micrometre to the nanometre.This document contains six chapters with four main parts, in which micro-wire thermocouple based SThM probes have been used to enhance our knowledge in quantitative thermometry at this scale. This kind of probe has been developed and improved for several years. We demonstrate that it is adapted for measuring temperature of active samples as well as thermal conductivity of passive samples.Through the dissertation, the last version of the microscope (hardware, software) and probe design are presented. Attached on a quartz tuning fork, the tip-sample contact force can be quantified. Placed in a vacuum chamber, this system permits a full control of predominant parameters on the measurement such as air pressure and contact force. Thanks to samples provided by Quantiheat partners, measurements in active and passive modes have been performed to demonstrate that quantitative measurements are feasible. By changing ambient conditions from primary vacuum to ambient pressure, the tip-sample heat transfer mechanisms have been analysed in detail to reveal the preponderant role of air and solid-solid contact conductions.

La compréhension des processus et des modalités de l’inversion des systèmes extensifs et plus particulièrement les domaines de marges amincies, dans les chaines de collision est un enjeu majeur. La chaîne intracontinentale des Pyrénées constitue un exemple d’inversion de marges passives hyper-amincies, associées à un métamorphisme HT-BP et intégrées dans le prisme orogénique. La première partie de cette étude est centrée sur l’étude de la répartition du métamorphisme HT-BP associé à la phase de rifting et de l’exhumation du manteau lithosphérique. L’apport des données de TRSCM a permis, dans un premier temps, de définir l’enveloppe de la ZIM caractérisée par des températures comprises entre 400 et 630°C à l’échelle de l’ensemble de la chaîne et de montrer qu’il n’existe pas de gradient significatif des températures maximales à cette échelle. Dans un second temps, cette étude a permis de mettre en évidence des sauts de température importants au travers de failles majeures et de distinguer des gradients de températures latéraux à l’échelle des différents bassins constituant la ZIM, en particulier dans l’ouest de la chaîne sur l’exemple de la Nappe de Marbres. Cette partie de l’étude montre également l’importance d’une tectonique salifère antérieure au métamorphisme de HT-BP. La seconde partie de cette étude, concernant la structure de la ZIM met en évidence trois phases de déformation, associées à l’orogenèse pyrénéenne ainsi que le rôle du niveau de décollement des évaporites du Trias supérieur dans l’allochtonie généralisée de la ZIM. De plus, les failles majeures observées dans la ZNP, montrent un mouvement inverse avec une composante décrochante sénestre. L’interprétation de l’ensemble de ces résultats suggère que la ZIM et la ZNP ne forme qu’une seule unité découplée du socle varisque au niveau du Trias supérieur et déplacée par des chevauchements plats issus de l’héritage extensif, lors du début de la convergence. Le mode de déformation est alors de type thin-skinned, puis devient, lors de la collision des deux paléomarges, de type thick-skinned, avec le développement de faille majeures associées à l’exhumation des blocs de socle (Massifs Nord-Pyrénéens) qui ont découpé l’ensemble de la ZIM. / The understanding of the processes and scenarios of the inversion of extensional systems, and more specifically of hyper-extended margins, in collision thrust belts is a major issue. The intracontinental belt of the Pyrenees is an example of inversion of hyper-extended margins, associated with a HT-LP metamorphism and then integrated within the orogenic wedge. The first part of this study is focused on the distribution of the HT-LP metamorphism associated with rifting and the exhumation of lithospheric mantle. A new set of TRSCM data allows the recognition of the geometry of the IMZ, characterized with temperature ranging from 400 to 630°C and shows the absence of a regional gradient at this scale. This study then shows significant temperature gaps across major faults and distinguishes lateral temperature gradients at the scale of the different basins constituting the IMZ, especially in the westernmost part of the belt, in the Nappe des Marbres Basin. This part of the study moreover shows the importance of a salt tectonics prior to the HT-LP metamorphism. The second part shows the existence of three main tectonics phases during the Pyrenean orogeny and the role played by the Late Triassic evaporites as a decollement level in the generalized allochthony of the IMZ. A left-lateral component along the main faults within and along the boundaries of the North Pyrenean Zone (ZNP) is also shown. The interpretation of these observations is that the IMZ and ZNP form a single tectonic unit, decoupled from the Variscan basement by the decollement in the Late Triassic deposits and displaced above shallow-dipping thrust faults inherited from the rifting episode, during the first stages of the convergence. Deformation mode is then thin-skinned and becomes thick-skinned when the two paleomargins collide, with the development of major steeper faults linked with the exhumation of basement blocks (North Pyrenean Massifs) that dissected the IMZ.