La réaction sulfatique interne (RSI) est une pathologie conduisant au gonflement et à la dégradation du béton de certains ouvrages. En tant que gestionnaire d'ouvrages, VINCI doit assurer la sécurité des usagers et des biens. Pour cela, une évaluation de l'aptitude au service des ouvrages concernés est nécessaire. Ce travail a pour but d'améliorer la modélisation des phénomènes mécaniques induits par la formation d'ettringite différée, notamment sous contrainte. Une campagne expérimentale a été réalisée sur éprouvettes prismatiques en béton réactif libres de contraintes, armées uniaxialement, armées triaxialement et soumises à un chargement uniaxial de compression de 14,5 MPa. Les phénomènes expansifs sont relativement isotropes en l'absence de contraintes et atteignent 0,6 % en fin de réaction. Le bridage induit par la présence des armatures conduit à une diminution importante des déformations dans les directions concernées, sans impact majeur sur le gonflement dans les directions libres : les déformations du béton initiées par la RSI sont de fait anisotropes sous chargement anisotrope. Une fissuration préférentielle est observée parallèlement à la direction gênée. L'application d'un chargement uniaxial de compression à hauteur de 14,5 MPa entraine un raccourcissement du béton dans la direction chargée, les déformations de fluage masquant les éventuelles expansions. La décharge de ces corps d'épreuve après environ 420 jours d'immersion a provoqué une reprise des gonflements de l'ordre de 0,10 % en 3 jours dans la direction chargée, sans effet visible dans les autres directions. Au cours des 200 jours suivants, des gonflements longitudinaux et transversaux similaires en termes de cinétique et d'amplitude ont été observés. Ce phénomène a été attribué au renouvèlement de l'eau de conservation ayant eu lieu au moment de la décharge, en particulier à une réaccélération du lessivage des alcalins. L'endommagement induit par la RSI sur le béton a été caractérisé par le biais d'essais de compression, traction par fendage et mesures de module d'Young avant et après gonflement. [...] / Delayed ettringite formation is a pathology leading to swelling and degradation of the concrete of certain structures. As structure manager, VINCI must ensure the safety of users and goods. To do so, an assessment of the serviceability of affected structures is necessary. This work aims to improve the modeling of mechanical phenomena induced by delayed ettringite formation, especially under stress. An experimental campaign was carried out on prismatic reactive concrete specimens. Some were plain, uniaxially reinforced, triaxially reinforced and subjected to an uniaxial compressive loading of 14.5 MPa. Expansions appeared fairly isotropic in stress-free conditions and reached 0,6 %. Restraint due to reinforcements led to decreased strains in the restrained directions. Expansions were only slightly impacted in transversal free directions. Therefore, DEF expansion under uniaxial stress is anisotropic. Cracks were observed parallel to the restrained direction. For prestressed concrete, creep strains hid possible strains induced by DEF. These specimens were unload after 420 days of immersion in water. It led to a strain increase of about 0,10 % in 3 days in the loaded direction, without any effect on transversal directions. Similar kinetic and range of expansion was measured in both longitudinal and transversal throughout the 200 following days. This phenomenon was understood as the consequence of an alkali leaching acceleration after storage water renewal that occurred during specimens unloading. DEF induced damage on concrete was characterize through compressive tests, brazilian tensile tests and Young modulus measurements before and after expansions. DEF effect on steel-concrete bond behavior was also measured through pull-out tests. Maximal steel-concrete bond stress appears slightly impacted by longitudinal expansions of about 0.25 %, but the bond shear modulus decreases significantly after DEF. All collected experimental data were used to fit a poromechanical model of DEF taking into account all the phenomena involved in the of reinforced concrete behavior (plasticity, damage, creep, shrinkage, distributed reinforcements...). [...]

Dans le cadre de l'installation GANIL / SPIRAL-1, un système innovant de source d'ions cible (TISS) a été conçu pour produire des nouveaux faisceaux d'ions radioactifs compétitifs et déterminer dans quelle mesure il est possible d'améliorer les performances de production par l’optimisation de l’ensemble cible-source (ECS) d’ions dédié à la production d'un faisceau d'ions radioactifs spécifique.L'isotope d'alcalin de courte durée de 74Rb ( demi-vie = 64.8 ms) a été choisi comme cas d’école.En étudiant et en améliorant les processus impliqués dans le fonctionnement de l’ECS, i.e. production dans la cible par réaction fusion-évaporation, implantation dans- et sortie du graphite, effusion et ionisation, une efficacité de transformation atome-ion de 75% est attendue, menant à un taux d'ions de l'ordre de 104 pps à la sortie de l’ECS.Les performances estimées permettraient à l'installation GANIL / SPIRAL-1 de délivrer des faisceaux de 74Rb et 114Cs avec des intensités compétitives, jamais atteintes dans d'autres installations.Le dispositif de production a été développé sur la base de mon travail, pour répondre aux objectifs de physique et aux conditions d'opération de SPIRAL-1. L'efficacité, la fiabilité et donc la simplicité étaient essentielles. Le système répond à ces exigences. / In the frame of GANIL/SPIRAL-1 facility, an innovative target ion source system (TISS) has been designed in order to produce new competitive radioactive ion beams, and to determine to which extent it is possible to improve the production performances by optimizing a target ion source system dedicated to the production of a specific radioactive ion beam.The short-lived alkali isotope of 74Rb (half-life = 64.8 ms) has been chosen as a challenging case study.By studying and improving the processes involved in the TISS designed, i.e. in-target production by fusion-evaporation, implantation in and release out of graphite, effusion, and ionization, an atom-to-ion transformation efficiency of 75% was predicted, leading to an ion rate of the order of 104 pps at the exit of the TISS.The estimated performances would allow the GANIL / SPIRAL-1 installation to deliver beams of 74Rb and 114Cs with competitive intensities never reached in other installations.The production device was developed based on my work, to cope with physics objectives and with the conditions of the SPIRAL-1 operation. Efficiency, reliability and thus simplicity were essential. The system meets these requirements.The instrumentation needed for tests existed or have been specifically designed. The TISS has been built, assembled and partly tested.In parallel, issues have been addressed to answer related questions about sticking times, resistivity, and emissivity, to get inputs for the design of the TISS.Expected results with alkali allow thinking that the transposition of the principle to the production of neutron-deficient short-lived isotopes of noble gases and eventually metals could be performing.

Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier les propriétés des molécules de métaux alcalins M2+ immergées dans des agrégats de néon, par le biais de simulations numériques. Nous développons une approche globale dans laquelle la détermination de la structure électronique se réduit à un problème à un électron. Ce dernier évolue dans un potentiel modélisé par des pseudo-potentiels semi-locaux à cœur polarisable. Nous les avons paramétrés après avoir calculé les courbes de potentiel des dimères MNe et M+Ne de manière ab initio. Nous effectuons une dynamique moléculaire classique, en y incorporant un traitement des couplages non-adiabatiques grâce à un algorithme de saut de surface. Nous avons trouvé les géométries d'équilibre des systèmes M2+Nen jusqu'à la première couche de solvatation de la molécule. Nous en avons déduit les propriétés statiques de ces systèmes en examinant les énergies de liaison, les distances d'équilibre, et les spectres optiques d'absorption. Nous avons ensuite étudié la dynamique de ces systèmes placés initialement sur un état excité. Nous avons établi que le taux de photodissociation dépend fortement du nombre d'atomes de néon et de l'ordre des transitions électroniques. Nous avons observé un effet de cage pour les systèmes Li2+Nen à partir de 18 atomes de néon. Nous avons également effectué des analyses sur la distribution des fragments produits, sur les états moléculaires stabilisés, et sur la localisation de la charge dans les systèmes asymétriques.

Lorsque des plutons granitiques se mettent en place dans une croate en cours de raccourcissement ils créent des hétérogéneités thermiques et rhéologiques et deviennent des sites de localisation préfèrentielle de la déformation crustale, La déforfmation enregistrée au niveau de ces plutons traduit l'interférence entre le champ de déformation régional et un champ de déformation local lié à l'intrusion des plutons, En analysant les répercussions de cette interférence SI.H le champ de déformation finie dans un ensemble pluton-encaissant, on peut estimer le contexte tectonique de mise en place des plutons et reconstituer la géométrie et la cinématique de la déformation crustale associée, L'utilisation des plutons granitiquescomme marqueurs de la déformation crustale a été testée à l'échelle d'un segment de chaine hercynienne, la méseta marocaine qui constitue le prolongement Sud de la chaine hercynienne Ouest Européenne, La déformation majeure de ce domaine, d'âge tardi carbonifère s'accompagne de la mise en place, dans l'intervalle :32\)- 270 ~a, de granitoides divisés en :3 groupes (mixtes I-S, crustaux S, alcalins), Le caractère syntectonique de la mise en place de ces granites est mis en évidence (1) par la distribution, la forme et l' orientation des plutons, (2) par le développement, de structures tectoniques superposées le Iong de gradients d'intensité de déformation finie en direction des plutons, (3) par l'existence d'un métamorphisme de contact syntectoniquJe (HT, BP), d'intensité croissante vers les plutons, (4) par' la compatibilité entre les trajectoires principales de déformation interne (S1,Le1) et les trajectoires principales de la déformation régionale, (S) par la présence de points triples de schistosi té, (6) par l'évolution des processus d'orthogneissification traduisant une diminution de la température de la déformation interne lors de l'avancement de la cristallisation du pluton, L'intégration à l'échelle du segment de chaine des différents états de déformation enregistrés au niveau des plutons permet de reconstituer le champ de déformation finie postviséen qui est caractérisé par un raccourcissement régional NW-SE avec une extension subhorizontale NE-SW, Les relations entre déformation et déplacement autour des plutons granitiques montrent la prédominance de mouvements subhorizontaux le Iong de décrochements ductiles organisés en deux familles ENE dextre dominante et subméridienne senestre, Ces déplacements horizontaux sont localement perturbés pour devenir décrochevauchants à chevauchants vers le NW ou le SE, Ils sont situés au niveau de fractures crustales existant déjà dans le soubassement précambrien et réactivées préférentiellement dans les zones amollies thermiquement par les plutons, La formation entre 320 et 280 MA de magmas calco-alcalins "crustaux" est compatible avec un processus de subduction continentale syn à post collision, Ces magmas se mettent en place le long de fractures crustales réactivées en décrochements et décrochevauchements, Le fonctionnement tardi tectonique de cisaillements lithosphèriques non rectilignes permet l'ascension des granites alcalins tardifs (270 MA), L'lmportance des mouvements transcurrents enregistrés par les plutons syntectoniques hercyniens permet de penser que la chaine hercynienne du maroc est une chaine en décrochement, Elle est localisée au niveau d'une importante zone de coulissage intracontinental dextre traduisant un découplage Afrique-Europe avec déplacement de l'Afrique vers l'ouest, Cette zone de coulissage est corrélable avec les grands décrochements hercyniens de l'Europe de l'Ouest.

Cette thèse s'inscrit dans un projet de recherche de solutions de bétons à impacts environnementaux réduits. Nous focalisons la présente étude sur le clinker sulfoalumineux en mélange avec du gypse. Son bilan environnemental est plus favorable que celui des clinkers Portland (plus faibles émissions de CO2 et consommation d'énergie, lors de la production). Nous présentons dans ce manuscrit une étude expérimentale du comportement physico-chimique des liants obtenus par mélange de clinker sulfoalumineux et de gypse, et décrivons les propriétés constructives de ces derniers. L'hydratation du clinker sulfoalumineux étant responsable de la formation d'ettringite, nous vérifions la stabilité en milieu humide de telles compositions. Dans un premier temps, nous avons identifié les proportions de gypse pour lesquelles le liant est stable en présence d'eau, i.e. sans apparition de fissures à l'échelle macroscopique. Ce domaine de stabilité est influencé favorablement par la maturité du matériau au moment du contact avec l'eau. Nous avons par ailleurs utilisé des plans d'expériences factoriels afin d'étudier l'influence de la teneur en alcalins ainsi que celle de la température : les résultats révèlent un bon comportement du matériau peu sensible à ces facteurs, dans un large domaine d'emploi. La caractérisation physique de mortiers et de bétons est complétée par une étude de l'hydratation de ces liants : le suivi du processus d'hydratation a montré que la fissuration des éprouvettes instables n'a pas pour origine la formation supplémentaire d'hydrates. Pour finir, nous présentons une étude de la rhéologie et de la résistance en compression ainsi qu'une évaluation du risque de corrosion qui permettent d'identifier des domaines d'emploi pour ce liant.

Afin d'étudier les processus collisionnels qui se produisent lors de la formation de condensats de Bose-Einstein moléculaires, nous avons entrepris, à l'aide d'une méthode quantique indépendante du temps basée sur les coordonnées hypersphériques, l'étude de la dynamique entre atomes et diatomiques à ultra-basse énergie. Nous présentons des résultats théoriques pour trois systèmes d'alcalins, chacun formé d'atomes de lithium, de sodium ou de potassium, et pour un système d'alcalino-terreux formé d'atomes de calcium. Nous avons également étudié la dynamique lorsque la longueur de diffusion atome-atome devient grande et positive. Les résultats mettent en évidence la suppression des processus inélastiques pour un système composé d'atomes fermioniques ainsi qu'une relation de proportionnalité entre la longueur de diffusion atome-diatome et la longueur de diffusion atome-atome.

L'utilisation de bétons à base de ciment Portland en association avec de l'argile dans un site de stockage en profondeur de déchets radioactifs se heurterait à deux difficultés. La forte alcalinité du matériau cimentaire dégraderait les propriétés imperméables de l'argile. De plus, l'importante augmentation de température induite par l'hydratation du ciment dans un ouvrage massif pourrait provoquer des microfissures nuisibles à la durabilité du matériau. Des recherches ont donc été engagées pour mettre au point un béton permettant de pallier ces deux principaux écueils. L'objectif est d'obtenir un béton satisfaisant aux contraintes suivantes : pH de la solution interstitielle du matériau hydraté inférieur à 11 afin de limiter l'attaque alcaline de l'argile (d'où l'appellation de béton « bas pH »), échauffement inférieur à 20 °C au cours de l'hydratation, retrait modéré, performances mécaniques élevées (résistance à la compression supérieure à 70 MPa).<br />Plusieurs liants incorporant du ciment Portland, de la fumée de silice, des cendres volantes et / ou du laitier sont comparés. Tous ces systèmes sont caractérisés par des teneurs en ajouts très importantes, la fraction de clinker n'étant comprise qu'entre 20 et 60 %.<br />Après un an d'hydratation, la solution interstitielle des pâtes de liants bas pH présente des pH compris entre 11,7 et 12,2 selon la formulation, réduit de plus d'une unité par rapport aux témoins à base de CEM I ou CEM V. Cette chute de pH (comparé à celui d'un CEM I (13,5)) est concomitante i) d'une forte réduction de la concentration en alcalins dans la solution porale, ii) de la disparition ou de la diminution de la teneur en portlandite dans les matériaux, iii) et de l'enrichissement en silice des C-S-H.<br />Ces liants ont été utilisés avec succès pour mettre au point des bétons bas pH haute performance (pH de la solution interstitielle compris entre 10,7 et 11,6 selon les liants) avec les outils classiques du génie civil.<br />Enfin, des études de lixiviation en eau désionisée montrent que les pâtes de liants bas pH se décalcifient environ 4 fois moins vite que celle à base de ciment Portland. Les évolutions minéralogiques et les flux lixiviés par l'eau pure (pH 7) à 25 °C ont pu être modélisés à l'aide du code HYTEC en associant deux modules de réactivité chimique et de transport par diffusion.

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'évolution du graphite intercalé avec des atomes alcalins (Li, Rb et Cs) sous haute pression et haute température, procédé susceptible de conduire aux clathrates de carbone, matériaux formés de nano-cages de type sp3 aux propriétés mécaniques proches du diamant et potentiellement supraconducteur à haute température. L'évolution complexe des propriétés structurales et électroniques sous pression des composés CsC8 et RbC8 a été mise en évidence grâce à l'utilisation de sondes locales (spectroscopies d'absoprtion X et Raman) et de sondes à longue distance (diffraction de rayons X et de neutrons). Des nouvelles informations jusqu'à 32 GPa et 16 GPa portant sur le transfert de charge, l'équation d'état, les transitions structurales de CsC8 et RbC8 respectivemement sont apportées. Des calculs ab initio réalisés sur ces clathrates de carbone afin d'étudier leur stabilité ainsi que leurs propriétés sous pression ont permis d'obtenir des indications concernant leur synthèse.

Ce manuscrit d'HDR comprend trois parties comprenant pour certaines plusieurs chapitres. Mes travaux de recherche depuis le post-dosctorat (2001) jusqu'à 2012 y sont présentés synthétiquement. Ceux-ci concernent les thématiques de microscopie à force atomique en mode non-contact et de microscopie de sonde de Kelvin appliquées à la caractérisation structurale et à la mesure des propriétés électroniques de phases de molécules organiques adsorbées sur des surfaces de sels alcalins sous ultra-vide.

La réalisation et l'utilisation d'un spectromètre de masse opérant directement dans le faisceau externe d'un accélérateur de protons s'est avéré être un moyen d'étude très fécond de nuclides à vie courte dans les deux domaines abordés : mesure des sections efficaces de production et spectroscopie nucléaire. Les résultats obtenus au cours de ce travail ne constituent qu'une première étape et pourront être développés dans les différentes directions dont l'étude a été abordée et une extension à des éléments autres que les alcalins peut être envisagée.