Les avalanches de débris, qui résultent du démantèlement des flancs des édifices volcaniques et montagneux, sont des écoulements granulaires rapides et dangereux dont le monteur est la gravité et qui présentent des distances de transport extrêmement importantes. La dynamique de leur mise en place et leurs mécanismes de transport permettant cette très grande mobilité sont des phénomènes qui demeurent encore mal compris. De nombreux modèles existent pour expliquer la grande mobilité des avalanches de débris et incluent des processus basés sur la lubrification ou la fluidification de la masse granulaire mais également sur le phénomène de désintégration dynamique des éléments. Cependant la grande majorité des modèles proposés souffre du manque d’observations de terrain et de quantification de l’évolution des matériaux au cours de leur transport au sein de la masse granulaire. Afin d’identifier les principaux mécanismes de transport des avalanches de débris, nous proposons dans ce travail une étude de terrain détaillée de dépôts d’avalanches de débris volcaniques qui résultent du démantèlement d’un volcan bouclier océanique, le Piton des Neiges (île de La Réunion, océan Indien). L’approche est couplée à un examen morphométrique (dimension fractale et circularité), exoscopique et granulométrique des particules présentes dans les dépôts. Elle est complétée par l’examen de la fabrique des dépôts basée sur l’anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM). Les données obtenues nous permettent de mettre en évidence une évolution de la dynamique de transport et de mise en place des dépôts d’avalanches de débris depuis les zones sources jusqu’aux domaines de dépôt distaux. On montre également que la désintégration dynamique et le gonflement dispersif qui l’accompagne opèrent tout au long du transport et à toutes les échelles au-dessus d’une limite inférieure de broyage à 500 μm. En dessous de cette limite, la réduction granulométrique résulte uniquement de processus d’attrition par friction entre les particules. La grande mobilité des avalanches de débris pourrait ainsi être expliquée par l’effet combiné de la libération d’énergie élastique par la désintégration dynamique des particules > 500μm et par une réduction de la friction interne à la matrice liée aux interactions dispersives des particules fines (< 500 μm). L’ensemble des données permettent également de préciser les directions de transport et l’ampleur des avalanches de débris liées aux déstabilisations du massif du Piton des Neiges. / Debris avalanches, resulting from flank collapses that shape volcanic and mountainous edifices are rapidand dangerous gravity-driven granular flows that travel long run out distances. The dynamic and the transport mechanisms behind this high mobility remain poorly understood. The numerous models proposed to explain this high mobility include processes based on lubrication or fluidisation of the granular mass of the flow body, but also the dynamic disintegration of the transported particles. To date,all these proposed mechanisms lack observational support and quantification of the state of the particles of the granular mass during the transport. To identify the main transport mechanisms, we propose here detailed field studies of volcanic debris avalanches deposits resulting of flank-collapse events on an oceanic shield volcano, the Piton des Neiges (La Réunion Island, Indian Ocean). This study has been combined with morphometric (fractal dimension and circularity), exoscopic and grain-size analyses. Moreover, the fabric of the deposits has been investigated by with the characteristics of the anisotropy of the magnetic susceptibility (ASM). From these data we highlight a proximal to distal evolution of the debris avalanches transport and emplacement dynamics. We demonstrate that syn-transport dynamic disintegration continuously operates with the distance from the source down to a grinding limit of 500μm. Below this limit, the particle size reduction exclusively results from the attrition of the particles by frictional interactions. Thus, the exceptional mobility of debris avalanches may be explained by thecombined effect of elastic energy release during the dynamic disintegration of the larger clasts (> 500μm) and frictional reduction within the matrix due to the dispersive interactions between the finer particles (< 500 μm). All these data also allow to specify the transport direction and the approximate size of the debris avalanches related to the Piton des Neiges destabilisations.

La thèse porte sur la synthèse et l'étude des propriétés magnétiques de borates de fer-gallium,FexGa1-xBO3 avec 0 supérieur ou égal à x supérieur ou égal à 1. Ces matériaux sont prometteurs pour les applications; en plus, grâce à la présence, en fonction de x, de différents types d’ordre magnétique, ils sont bien adaptés au traitement de nombreux problèmes du magnétisme des solides.Le borate de fer, FeBO3 est un antiferromagnétique possédant un plan de facile aimantation et un faible ferromagnétisme. Les caractéristiques du borate de fer sont radicalement modifiées par substitution isomorphe fer – gallium diamagnétique.Nous avons mis au point une route de synthèse de monocristaux FexGa1-xBO3 de haute qualité. Comme principales techniques expérimentales, nous avons choisi les résonances magnétiques électronique (RME) et nucléaire (RMN). Selon le contenu du fer, nous avons observé:(i) la résonance antiferromagnétique, (ii) la résonance de clusters magnétiques et (iii) la résonance paramagnétique électronique (RPE). Les différents états magnétiques ont été identifiés et leurs caractéristiques – la température de Néel, le champ de Dzyaloshinskii-Moriya; les paramètres de l’hamiltonien de spin de Fe3+, etc.– ont été déterminées. La coordinence et la symétrie de sites de 11B et 71Ga ont été précisées par RMN à rotation sous l’angle « magique » (MAS). Moyennant la simulation des spectres de RPE et de MAS RMN, à l’aide de codes mis au point ad hoc, les distributions de paramètres dues au désordre local ont été déterminées. L’analyse théorique, tenant compte de contributions du champ cristallin et de l’interaction dipôle-dipôle, permet d’expliquer l’anisotropie magnétocristalline de volume et de surface. / The thesis is concerned with synthesis and studying magnetic properties of iron-galliumborates, FexGa1-xBO3 with [0 supérieur ou égal à x supérieur ou égal à 1]. These materials are promising candidates for applications;besides, occurrence of different types of magnetic ordering, depending on x, makes them suitablefor treating a number of fundamental problems in solid state magnetism.Iron borate, FeBO3 is a two-sublattice easy-plane antiferromagnet with weakferromagnetism. Physical characteristics of iron borate are radically modified by isomorphoussubstitution of a part of iron by diamagnetic gallium.We have started with developing a synthesis route for growing high-quality FexGa1-xBO3single crystals. As main experimental techniques, we have chosen Electron and Nuclear MagneticResonances (EMR, NMR). Depending on iron contents and temperature, we have observed:(i) Antiferromagnetic, (ii) Cluster Magnetic and (iii) Electron Paramagnetic Resonance (EPR).Different magnetic states have been identified and their characteristics: Néel temperature,Dzyaloshinskii-Moriya field; spin Hamiltonian parameters of isolated Fe3+ ion, etc., have beendetermined. Coordination and site symmetry of 11B and 71Ga nuclei have been specified by meansof Magic Angle Spininng (MAS) NMR. Carrying out computer simulations of EPR and MASNMR spectra with laboratory-developed codes, the parameter distributions caused by localdisorder have been determined. Theoretical analysis taking into account crystal field and dipoledipolecontributions allow interpreting volume and surface magnetocrystalline anisotropy of thecrystals.

Cette thèse a pour objectif de développer des méthodes ultrasonores pour l’END de l’adhésion de joints collés. Pour aborder ce problème, les assemblages sont réalisés avec des substrats en aluminium (isotrope, élastique) et un adhésif de type époxy(isotrope, viscoélastique). Selon la géométrie des assemblages, deux méthodes sont proposées pour obtenir une information quantitative sur le niveau d’adhésion. La première est adaptée à des échantillons de type tri-couches avec recouvrement total.Elle consiste à analyser la transmission d’ondes ultrasonores planes de volume à travers l’assemblage immergé dans l'eau.Les conséquences d'un mauvais traitement de surface des substrats sur la mesure des modules de viscoélasticité du joint adhésif sont étudiées. Il a été montré que des interphases dégradées provoquent une anisotropie apparente des modules mesurés pour le joint de colle. Cette anisotropie a été quantifiée à l'aide de deux paramètres β1 et β2 dont les valeurs permettent de révéler la qualité des interphases. Ensuite, les modules élastiques (ou raideurs kL et kT) des interphases ont été estimés, en supposant les propriétés de l'adhésif connues. On montre que leurs valeurs sont maximales lorsque l'adhésion est nominale, et qu’elles diminuent franchement lorsque l'adhésion est dégradée, mais dans des proportions différentes. Des mesures de la contrainte à rupture, réalisées sur des échantillons préparés dans les mêmes conditions, corroborent la chute des modules des interphases. La seconde méthode est adaptée à des échantillons collés avec un recouvrement partiel. Elle es tbasée sur la mesure du coefficient de transmission d'ondes de Lamb se propageant d'un substrat à l'autre, à travers la zone de recouvrement. Une étude de sensibilité numérique (par éléments finis) des coefficients de transmission des modes de Lamb a montré que les propriétés mécaniques des interphases (modélisées par des raideurs surfaciques) peuvent être évaluées si les autres caractéristiques de l’assemblage sont connues. Des mesures expérimentales de ces coefficients de transmission ont ensuite été réalisées avec deux échantillons. L’un d’eux possède des interphases à adhésion nominale et l’autre des interphases dégradées. Une confrontation entre les résultats des mesures obtenus pour les différents modes et les simulations numériques permet de déterminer les valeurs des raideurs d’interfaces pour chaque échantillon. Là encore, il est observé qu’une mauvaise adhésion se traduit par des valeurs faibles des raideurs d’interfaces, qui peuvent être quantifiées, cette fois,grâce aux ondes ultrasonores guidées. / The aim of this thesis is to develop NDT ultrasonic methods for the evaluation of the adhesion at interfaces in bonded joints.To address this problem, the assemblies are made of aluminum substrates (isotropic, elastic) and epoxy adhesive (isotropic,viscoelastic). Depending on the geometry of the studied assemblies, two methods are proposed to obtain quantitativeinformation on the adhesion level. The first method is suitable for three-layered plate-like samples. It consists in analyzingthe transmission of bulk ultrasonic plane waves through the assembly immersed in water. The consequences of a inapropriatesurface treatment of the substrates on the measurement of viscoelastic moduli of the joint are studied. It has been shown thatdegraded interphases cause an apparent anisotropy of the measured elastic moduli of the joint. This anisotropy was quantifiedusing two parameters β1 and β2 whose values can reveal the quality of the interphases. Then, the elastic moduli (or stiffnesseskL and kT) of the interphases were estimated, assuming that the adhesive layer properties are known. It was shown that theirvalues are higher when the adhesion is nominal, and are strongly decreased when the adhesion is degraded. Measurements ofthe mechanical strength, on samples prepared under the same conditions, confirmed the drops in these elastic moduli. Thesecond method is more suitable for lap joint samples. It is based on the Lamb wave transmission coefficient measured fromone substrate to the other, across the overlap zone. A numerical sensitivity analysis (finite element model) of the transmissioncoefficients of Lamb waves showed that the mechanical properties of the interphases (modeled by interfacial stiffnesses) canbe evaluated if the other characteristics of the assembly are well known. Experimental measurements of the transmissioncoefficients were then performed on two samples. One of them has interphases with nominal adhesion and the other hasdegraded interphases. A comparison between the measured results obtained for the different modes and numericalsimulations was used to determine the values of the interfacial stiffnesses for each sample. Again, it was observed that pooradhesion leads to low values of the interfacial stiffnesses of the interphases, that can be quantified using guided ultrasonicwaves.

Abstract in English below.

Hot-mix asphalt concrete (HMAC) mixture fatigue characterization constitutes a fundamental component of HMAC pavement structural design and analysis to ensure adequate field fatigue performance. HMAC is a heterogeneous complex composite material of air, binder, and aggregate that behaves in a non-linear elasto-viscoplastic manner, exhibits anisotropic behavior, ages with time, and heals during traffic loading rest periods and changing environmental conditions. Comprehensive HMAC mixture fatigue analysis approaches that take into account this complex nature of HMAC are thus needed to ensure adequate field fatigue performance. In this study, four fatigue analysis approaches; the mechanistic empirical (ME), the calibrated mechanistic with (CMSE) and without (CM) surface energy measurements, and the proposed NCHRP 1-37A 2002 Pavement Design Guide (MEPDG) were comparatively evaluated and utilized to characterize the fatigue resistance of two Texas HMAC mixtures in the laboratory, including investigating the effects of binder oxidative aging. Although the results were comparable, the CMSE/CM approaches exhibited greater flexibility and potential to discretely account for most of the fundamental material properties (including fracture, aging, healing, visco-elasticity, and anisotropy) that affect HMAC pavement fatigue performance. Compared to the other approaches, which are mechanistic-empirically based, the CMSE/CM approaches are based on the fundamental concepts of continuum micromechanics and energy theory.

Gegenstand der Arbeit ist die lichtinduzierte Orientierung von multifunktionalen Polymeren, die u.a. für die Herstellung von optischen Schichten in Flüssigkristalldisplays verwendet werden können. Dafür wurden Polymere entwickelt, die wenigstens eine mesogene und eine lichtsensitive Gruppe enthalten. Diese Gruppen zeigen Eigenschaften, die für die Orientierung der kompletten Polymerfilme verantwortlich sind. Das Material wird dafür zunächst in einem ersten Schritt kurz mit linear polarisiertem Licht bestrahlt, wobei richtungsabhängig eine photochemische Reaktion an der lichtsensitiven Gruppe erfolgt und dadurch ein "Orientierungskeim" gelegt wird. Durch die thermische Ausrichtung der mesogenen Gruppen an den photochemisch generierten "Orientierungskeimen" erfolgt die komplette Orientierung des Filmes in einem zweiten Schritt. Dadurch wird eine hohe optische Anisotropie erhalten. Dieses Verfahren wurde als Zwei-Stufen-Bulk-Orientierungsprozess bezeichnet. <br><br> In der vorliegenden Arbeit wurden die Photoreaktionen verschiedener lichtsensitiver Gruppen, wie z. B. Azobenzen, Stilben und Zimtsäureester und deren Orientierungsfähigkeit in flüssigkristallinen Polymeren untersucht. Der Orientierungsprozess wurde durch die Wahl geeigneter Bestrahlungsbedingungen optimiert. Die Effizienz der Orientierung wurde anhand der sich verändernden winkelabhängigen Absorptionseigenschaften und der Doppelbrechung des Materials analysiert. Es wurde gezeigt, dass eine effiziente lichtinduzierte Orientierung bei einer Vielzahl von flüssigkristallinen Polymeren realisierbar ist. So wurde z. B. erstmalig gefunden, dass durch eine Photo-Fries-Orientierung eine hohe optische Anisotropie erhalten werden kann. Außerdem wurde eine neue lichtsensitive Gruppe auf der Basis von Donor-Akzeptor-substituiertem Ethen entwickelt, die farbneutral ist und durch polarisiertes UV-Licht sowohl orientiert als auch re-orientiert werden kann. <br><br> Es wurden weiterhin Polymere entwickelt, die zusätzlich zu den photosensitiven und flüssigkristallinen Einheiten, fluoreszierende Gruppen enthalten. Die Auswahl geeigneter Fluoreszenzverbindungen erfolgte aufgrund ihrer anisometrischen Form, ihrer Ordnungsparameter in einer niedermolekularen Flüssigkristallmischung und ihrer Photostabilität. Das Orientierungsverhalten von ausgewählten Fluorophoren wurde in sechs Ter- und zwei Copolymeren untersucht. Das Prinzip der Orientierung beruht auf einer kooperativen Ausrichtung der Seitengruppen. Aus diesem Grund kommt dem Nachweis der Kooperativität in der vorliegenden Arbeit eine besondere Stellung zu. <br><br> Durch lichtinduzierte Bulk-Orientierung wurden Filme erhalten, welche durch eine richtungsabhängige Fluoreszenz und Absorption im sichtbaren- oder UV-Bereich charakterisiert sind. Die Fluoreszenz wird durch einige lichtsensitive Verbindungen komplett gelöscht. Die wahlweise erhaltenen anisotropen Filme von farbigen, fluoreszierenden oder farbneutralen Verbindungen, die zudem in kleinen Pixeln von wenigen Mikrometern orientiert werden können, eröffnen vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz von multi-funktionalen Polymeren als optische Schichten in Flüssigkristalldisplays. / The work presents the light-induced orientation of multifunctional polymers, which can be used for the preparation of optical films in liquid crystal displays (LCDs). Polymers which contain at least one mesogenic and one photosensitive side group were developed for this approach. The side groups of the specially designed polymers show properties which allow for the orientation of the whole polymer film. Isotropic films of the polymeric material were shortly irradiated with linearly polarised light in a first step. So, a photochemical reaction on the light-sensitive group takes place and results in the generation of "orientational seeds". The complete orientation of the polymer film takes place applying a secondary thermal step which aligns the mesogenic groups near to these "orientational seeds". In this way highly anisotropic films are generated. This method was called two-step-bulk-orientation process. <br><br> The photoreaction of different light-sensitive groups, such as azobenzene, stilbene, cinnamic ester and their ability to orient liquid crystalline polymers were investigated in this thesis. The orientation process was optimised using suitable irradiation conditions. The efficiency of the orientation was analysed measuring the angular dependent absorbance and the birefringence of the material due to the ordering procedure. It was shown, that a light-induced orientation is practicable in a high amount of different liquid crystalline polymers. So, for the first time it was found, that the generation of a high optical anisotropy is achieved as result of the rearrangement of the Photo-Fries-Reaction. Moreover, a new light-sensitive group based on donor-acceptor substituted ethylene was developed, which is colourless and allow the orientation and reorientation using polarised UV light. <br><br> Moreover, polymers were developed, which contain fluorescent groups in addition to the photo-sensitive and mesogenic units. The selection of suitable fluorophores was carried out with respect to their anisometric shape, their order parameter in a low molecular liquid crystalline mixture and their photostability. The orientational behaviour of selected fluorophores in six terpolymers and in two copolymers were investigated. The principle of the ordering is based on the cooperative orientation of the side groups. In this way the verification of the cooperativity of the process plays an important role in this work. <br><br> It was shown, that films can be fabricated by means of the light-induced bulk-orientation, which is characterised by an angular selective fluorescence and absorption in the UV or visible region. The fluorescence was completely quenched by some light-sensitive groups. In this way the anisotropic films became optional coloured, fluorescent or colourless and can be patterned in small anisotropic pixels of some micrometers. So, the developed multifunctional materials and the ordering method open new possibilities for the generation of different types of optical films in LCDs.

We have studied fundamental aspects of time-resolved two-photon excited fluorescence depolarisation. The thesis presents experimental as well as theoretical progress. We show that a multi-photon induced instrumental response function obtained from a suspension of gold nanoparticles is appropriate for the analysis of two-photon excited fluorescence decays obtained using time-correlated single photon counting detection. Theoretical expressions have been derived for the fluorescence anisotropy decay obtained upon two-photon excitation of various molecular systems in liquid solutions: a) an anisotropic rigid rotor that undergoes rotational diffusion in the presence of ultrafast unresolved restricted reorientations, e.g. librations. b) a molecular group covalently attached to a stationary macromolecule, and undergoing local reorientation in a uniaxial ordering potential. A new approach to the analysis of two-photon excited fluorescence depolarisation experiments was developed, which combines data obtained by using linearly and circularly polarised excitation light, in a global manner. In the analysis, knowledge about unresolved reorientations was obtained from one-photon excitation studies of the corresponding systems. By means of this procedure it has been possible to obtain quantitative information about the molecular two-photon absorption tensor for perylene and two of its derivatives. Thereby the symmetry of the final excited and intermediate vibronic states could be assigned. The analysis reveals that the two-photon transition studied with the 800 nm laser exhibits mixed character. An important finding from the experiments was that the two-photon absorption tensor appears to be solvent dependent. Furthermore, the thesis presents the first theoretical treatment of two-photon excited donor-donor energy migration in the presence of molecular reorientation and which applies the extended Förster theory. Explicit expressions for molecules that belong to the point groups D2h, D2 and C2v are given. Preliminary experiments are finally also reported on a two-photon excited donor-donor energy migration system consisting of a bisanthryl-bisteroid.

A kinetic model of electronic energy migration within pairs of photophysically non-identical fluorophores has been developed. The model applies to fluorescent groups that exhibit different photophysical and spectral properties when attached to different positions in a macromolecule. The energy migration within such asymmetric pairs is partially reversible, which leads to the case of partial donor-donor energy migration (PDDEM). The model of PDDEM is an extension of the recently developed donor-donor energy migration model (DDEM, F. Bergström et al, PNAS 96 (1999) 12477), and applies to quantitative measurements of energy migration rates and distances within macromolecules. One important distinction from the DDEM model is that the distances can be obtained from fluorescence lifetime measurements. A model of fluorescence depolarisation in the presence of PDDEM is also presented. To experimentally test the PDDEM approach, different model systems were studied. The model was applied to measure distances between rhodamine and fluorescein groups within on-purpose synthesised molecules that were solubilised in lipid bilayers. Moreover, distances were measured between BODIPY groups in mutant forms of the plasminogen activator inhibitor of type 2 (PAI-2). Measurements of both the fluorescence intensity decays and the time-resolved depolarisation were performed. The obtained distances were in good agreement with independent determinations. Finally, the PDDEM within pairs of donors is considered, for which both donors exhibit a nonexponential fluorescence decay. In this case it turns out that the fluorescence relaxation of a coupled system contains distance information even if the photophysics of the donors is identical. It is also demonstrated that the choice of relaxation model has a negligible effect on the obtained distances. The latter conclusion holds also for the case of donor-acceptor energy transfer.

This thesis deals with the synthesis of anisotropic volumetric textures from a single 2D observation. We present variants of non parametric and multi-scale algorithms. Their main specificity lies in the fact that the 3D synthesis process relies on the sampling of a single 2D input sample, ensuring consistency in the different views of the 3D texture. Two types of approaches are investigated, both multi-scale and based on markovian hypothesis. The first category brings together a set of algorithms based on fixed-neighbourhood search, adapted from existing algorithms of texture synthesis from multiple 2D sources. The principle is that, starting from a random initialisation, the 3D texture is modified, voxel by voxel, in a deterministic manner, ensuring that the grey level local configurations on orthogonal slices containing the voxel are similar to configurations of the input image. The second category points out an original probabilistic approach which aims at reproducing in the textured volume the interactions between pixels learned in the input image. The learning is done by non-parametric Parzen windowing. Optimization is handled voxel by voxel by a deterministic ICM type algorithm. Several variants are proposed regarding the strategies used for the simultaneous handling of the orthogonal slices containing the voxel. These synthesis methods are first implemented on a set of structured textures of varied regularity and anisotropy. A comparative study and a sensitivity analysis are carried out, highlighting the strengths and the weaknesses of the different algorithms. Finally, they are applied to the simulation of volumetric textures of carbon composite materials, on nanometric scale snapshots obtained by transmission electron microscopy. The proposed experimental benchmark allows to evaluate quantitatively and objectively the performances of the different methods.

Diffusion Tensor Imaging (DTI) is a new magnetic resonance imaging modality capable of producing quantitative maps of microscopic natural displacements of water molecules that occur in brain tissues as part of the physical diffusion process. This technique has become a powerful tool in the investigation of brain structure and function because it allows for in vivo measurements of white matter fiber orientation. The application of DTI in clinical practice requires specialized processing and visualization techniques to extract and represent acquired information in a comprehensible manner. Tracking techniques are used to infer patterns of continuity in the brain by following in a step-wise mode the path of a set of particles dropped into a vector field. In this way, white matter fiber maps can be obtained. / La imatge amb tensor de difusió (DTI) és una nova modalitat de ressonància magnètica capaç de generar mapes del desplaçament a nivell microscòpic de l’aigua a dins del teixits del cervell com a part del procés físic de la difusió. Aquesta tècnica ha esdevingut una important eina en la investigació de les estructures i funcions cerebrals perquè ens permet tenir dades in vivo de l’orientació de les fibres de matèria blanca. Per aplicar el DTI en la pràctica clínica cal extreure i representar la informació de forma entenedora aplicant tècniques i processos de visualització especialitzats. Es poden utilitzar tècniques de tractografia per tal de trobar patrons de continuïtat dins del cervell, a partir de fer el seguiment pas a pas del camí seguit per un conjunt de partícules que es deixen en un camp vectorial. D’aquesta forma és com s’obtenen els mapes de fibres de matèria blanca.