Dans ce travail nous explorons numériquement le diagramme de phase d'un système quantique d'électrons en interaction Coulombienne et en présence de désordre. Pour cela, nous étudions un modèle sur réseau dont la diagonalisation exacte, à l'aide d'un algorithme de Lanczos, nous donne les énergies et les états propres du système. L'étude de ces systèmes est motivée par des expériences récentes (1994 Kravchenko et al) montrant une transition métal-isolant dans des gaz bidimensionnels d'électrons, pour des énergies Coulombienne dix fois plus importantes que l'énergie cinétique. Les principaux résultats concernent l'état fondamental du cas bidimensionnel. On développe la théorie de perturbation autour du cristal de Wigner. On calcule en particulier le courant permanent dont le signe, qui est indépendant du désordre, se déduit par une règle simple que l'on donne ici. On a aussi étudié des systèmes de quelques électrons: on met en évidence une correspondance entre le comportement de ces systèmes et les résultats des expériences de transports et de magnétisme (1999 Mertes et al). On montre, en particulier, l'existence d'un régime, à des interactions intermédiaires, entre le cristal de Wigner à forte interaction et le verre de Fermi à faible interaction. L'état fondamental, dans ce régime, possède des caractéristiques à la fois du solide et du liquide, conformément a la conjecture d'Andreev-Lifshitz. Dans la dernière partie, on s'intéresse au problème de deux particules en interaction sur une chaîne désordonnée, où une interaction locale conduit à une délocalisation partielle de certains états (1994 Shepelyansky). En considérant une interaction Coulombienne, on montre qu'on a une délocalisation spatiale de ces états. On montre aussi que les statistiques spectrales sont identiques à celle d'un métal diffusif : on obtient une statistique de Wigner-Dyson, alors qu'avec une interaction locale on atteint seulement une statistique intermédiaire de semi-Poisson.

Nous présentons une étude numérique des propriétés critiques du modèle de Potts bidimensionnel à q états perturbé par un désordre couplé à la densité d'énergie. Le système pur donne lieu à une transition du premier ordre lorsque q>4 alors qu'elle est continue dans le cas contraire. Nous montrons que sous l'effet d'un désordre corrélé dans une direction de l'espace, le régime du premier ordre disparait, laissant place à une transition continue dont la classe d'universalité est la meme pour toute valeur finie de q. Nous étendons l'étude à diverses modulations apériodiques des couplages d'échange permettant le controle de la divergence des fluctuations géométriques. La perturbation adoucit la transition du modèle de Potts q=8 et, pour certaines séquences apériodiques, la transition devient continue. Dans un second temps, nous nous intéressons au cas du désordre homogène. Nous confirmons l'hypothèse d'une transition continue pour toute valeur de q et montrons que le comportement critique est décrit par un point fixe désordonné dépendant du nombre d'états q. Nous observons la compatibilité de nos estimations numériques avec les expressions des profils et des fonctions de corrélation prédites par l'invariance conforme. Nous mettons à profit cette observation pour donner des estimations précises des exposants critiques associés aux quantités moyennes et à leurs moments. Les résultats sont indépendants de la distribution de désordre et sont compatibles avec les développements perturbatifs au voisinage de q=2. Ils excluent notamment la possibilité d'une brisure spontanée de la symétrie des répliques. Enfin, nous présentons des résultats préliminaires concernant le modèle de Potts q=4 dilué en dimension d=3. Le système pur donne lieu à une transition du premier ordre fortement marquée. A fortes dilutions, nous présentons quelques arguments en faveur de l'existence d'un régime de second ordre et donc d'un point tricritique.

Nous présentons une étude des propriétés de frottement d'une interface multicontacts (IMC), formée de multiples microcontacts entre les aspérités de surface de deux solides macroscopiques. Nous nous intéressons tout d'abord à la dynamique de glissement d'une IMC soumise à une charge normale modulée. Nous montrons que l'effet de la modulation est de diminuer la force de frottement moyenne, et de stabiliser le glissement vis-à-vis du stick-slip. Le modèle de frottement ``state and rate-dependent'' (SRF), qui décrit la dynamique de glissement en termes de la compétition entre vieillissement géométrique par fluage des microcontacts, interrompu par le glissement, et rhéologie interfaciale, ne rend pas quantitativement compte de ces effets. Nous l'étendons avec succès en tenant compte de l'élasticité interfaciale, dont le rôle est essentiel dans les couplages entre charge normale et force de frottement. Dans un deuxième temps, nous étudions la réponse interfaciale à une force tangentielle alternative biaisée, afin d'obtenir des informations sur la façon dont se fait le passage du régime statique, piégé, à glissant, dissipatif. Nous mettons en évidence, pour des amplitudes d'excitation voisines du seuil statique, un régime de fluage saturant sous cisaillement. Le modèle SRF ne permet pas à lui seul de décrire cette dynamique de fluage, ce qui suggère l'existence d'un mécanisme de vieillissement structural à l'\oe{}uvre au sein de la jonction adhésive, d'épaisseur nanométrique, formant le contact entre aspérités. Pour tester cette hypothèse, nous réalisons des expériences de frottement à une interface rugueux/lisse qui permettent de sonder finement la rhéologie interfaciale. Nous obtenons ainsi la preuve directe que la jonction adhésive confinée présente un comportement analogue à celui des solides vitreux ``faibles'' cisaillés~: elle s'écoule au delà d'un seuil, vieillit à l'arrêt, et ce vieillissement est interrompu par le cisaillement.

Ce travail a porté sur l'étude des propriétés des monocouches de copolymères diblocs neutres-chargés de poly(tert-butylstyrène)/poly(styrène sulfonate) à l'interface eau/air. Conformément aux modèles théoriques, l'étude des isothermes de compression des monocouches a permis de montrer que les chaînes chargées ancrées à l'interface ont une conformation de type brosse osmotique aux aires moléculaires étudiées. Nous montrons aussi l'importance du solvant d'étalement sur les isothermes de pression de surface et une restructuration de l'interface à forte compression qui apparaît sous la forme d'une relaxation de la pression de surface. Les observations de la monocouche par microscopie à l'angle de Brewster et diffusion de rayons X ont révélé l'existence d'une instabilité de flambage de l'interface. Lors de sa compression, l'interface se déforme et laisse apparaître des structures de grandes dimensions (5 à 35 micromètres), aisément observables malgré leur faible amplitude (quelques nanomètres). Nous avons montré que l'apparition du flambage résulte d'un échange de molécules entre l'interface et la sous-phase. Nous avons proposé différents mécanismes de déformation de la monocouche qui permettent de rendre compte qualitativement des différentes caractéristiques du flambage comme la dépendance de la taille des structures avec l'épaisseur de la monocouche, la dépendance de la pression d'apparition des structures avec la concentration en copolymère dans la sous-phase et l'insensibilité au sel. L'impossibilité de mesurer directement l'amplitude des structures à l'interface nous a conduit à développer une nouvelle méthode d'observation des monocouches à l'interface eau/air au moyen d'un microscope à force atomique. Les résultats obtenus sur différentes couches à l'interface eau/air montrent ainsi toutes les potentialités de cette nouvelle technique dans l'observation de monocouches présentant des domaines de taille inférieure à 100 nm.

La majeure partie de ce travail consiste en l'étude de systèmes de spins soumis à des interactions compétitives et présentant de la frustration. Nous donnons une description détaillée de la situation expérimentale et numérique dans le domaine. Un des points cruciaux qui découle de cette analyse est la nécessité d'aller au delà des théories de perturbation pour comprendre la physique de ces systèmes. Ceci justifie d'utiliser une approche non-perturbative. Nous présentons une telle approche, basée sur une équation exacte du groupe de renormalisation. Nous discutons en détail les résultats obtenus lors de l'étude du modèle vectoriel, afin d'illustrer son utilisation dans les situations concrètes et de montrer la puissance de cette méthode. Lors de l'étude des systèmes frustrés, l'utilisation de cette méthode non-perturbative mène à la conclusion que ces systèmes présentent une transition faiblement du premier ordre. Ce comportement est en bon accord avec les résultats expérimentaux et numériques. Nous présentons dans le dernier chapitre une étude du modèle d'Ising en présence d'impuretés non magnétiques, en utilisant la même approche non perturbative.

Ce manuscrit d'HDR regroupe dans une première partie certains de mes travaux sur la /mise en œuvre, la structure et la fonctionnalité à l'échelle nano de/macromolécules, colloïdes et nanoparticules aux surfaces et interfaces. Dans une deuxième partie, j'expose brièvement les directions que j'explore actuellement autours des surfaces fonctionnelles à partir de l'assemblage contrôlé de briques élémentaires organiques et/ou inorganiques et de texturation de surface à diverses échelles.

Ce travail s'intéresse au renforcement mécanique de films lubrifiants auto-assemblés en milieu aqueux par réticulation. Deux stratégies ont été suivies. La première consiste à réticuler physiquement un film de tensioactifs cationiques par coadsorption d'un copolymère associatif anionique. La deuxième est de réticuler chimiquement un film de copolymères triblocs par la création de liaisons covalentes entre les différentes macromolécules. Nous étudions l'auto-assemblage des films par microbalance à cristal de quartz et microscopie à force atomique (AFM). Nous discutons ensuite les effets de la réticulation sur la morphologie des films (caractérisée par AFM), et sur leurs propriétés mécaniques mesurées avec l'appareil à mesure de force SFA-nanotribomètre. Cette étude a montré que dans les deux cas, la réticulation modifie les propriétés des films lubrifiants et permet une augmentation de la cohésion des films adsorbés.

Les modèles théoriques décrivant la physique des fondus de polymères en bulk permettent d'établir un lien entre les propriétés rhéologiques et la dynamique des chaînes à l'échelle microscopique. Toutefois, les mécanismes mis en jeu pour les polymères aux interfaces et sous confinement sont encore mal compris. De récents travaux en relaxométrie RMN suggèrent que le diamètre du tube de reptation d'un polymère confiné dans une matrice de confinement isotrope est significativement réduit (cas du POE : dconf = 0.6 nm << dbulk = 7 nm). On parle de " corset effect ". Nous étendons l'étude du corset effect au cas du POE confiné dans des matrices anisotropes. Nous sondons le phénomène par une technique qui mesure simultanément des corrélations spatiales et temporelles : la diffusion inélastique de neutrons. Les systèmes de confinement que nous synthétisons et caractérisons sont des membranes d'alumine (AAO). Leur structure poreuse est constituée de canaux cylindriques nanométriques parallèles et orientés macroscopiquement. Nous montrons par une étude couplée de microscopie et de diffusion de neutrons aux petits angles que l'ajustement des paramètres de synthèse des AAO permet de parfaitement contrôler leur morphologie. Nous montrons comment tirer parti de l'alignement macroscopique des pores pour découpler les effets d'anisotropie (parallèle et perpendiculaire à l'axe des canaux) sur la dynamique du POE. A grande échelle, on observe une anisotropie dynamique importante. En revanche, nous n'observons pas de corset effect. D'un point de vue appliqué, la conductivité ionique d'un système : POE+sel de Lithium confiné dans des AAO diminue d'un ordre de grandeur.

Le but de ce travail était de développer des modèles mécaniques de cellules basés sur les vésicules lipidiques géantes unilamellaires (GUVs) et d'étudier les relations entre paramètres mécaniques et comportements sous contraintes. Nous avons tout d'abord réussi à modifier les propriétés structurelles des membranes soit en les décorant de polyélectrolytes (chitosane ou acide hyaluronique), soit en utilisant la transition de phase des lipides pour obtenir des membranes en phase gel. La caractérisation des membranes décorées a montré l'origine électrostatique de l'interaction polyélectrolyte/membrane, et a mis en évidence le rôle de la structure chimique des polymères sur leur conformation à la surface des vésicules. Concernant les membranes en phase gel, nous proposons un protocole astucieux permettant de préserver la forme sphérique de GUVs lors de la diminution de température. Nous avons ensuite montré que la structure de la membrane influence fortement la valeur des paramètres mécaniques et le comportement des GUVs complexes soumises à différentes contraintes (pression osmotique, chocs de pH et de sel, compression entre deux plans (microscopie à force atomique) ou force ponctuelle (extrusion de nanotubes de membrane)). Les expériences d'AFM ont révélées que la décoration rigidifie les membranes, augmentant notamment leur module de compressibilité. Le dégonflement osmotique de GUVs en phase gel a mis en évidence une grande variété de formes polyédriques, que nous avons pu retrouver numériquement en utilisant un modèle 2D élastique adapté. Nous avons enfin proposé une technique originale pour caractériser les vésicules en étudiant leur écoulement dans des géométries confinées.

Les plasmas inductifs radiofréquence basse pression sont utilisés pour la gravure de motifs nanométriques. Ces plasmas contiennent des ions négatifs et peuvent être soumis à deux types d'instabilités. La première est décrite par des oscillations de relaxation entre les modes de couplage de l'énergie capacitif (E) et inductif (H). Les mesures temporelles au cours de ces oscillations sont conformes aux résultats publiés. L'autre instabilité, liée au transport des espèces chargées, n'existe que lorsque le plasma peut diffuser. Des mesures spatio-temporelles montrent que les fluctuations des paramètres plasma sont liées à la formation et à la propagation périodique d'une double couche d'amplitude moyenne. Cette double couche est une gaine interne séparant un plasma haute densité, forte température électroniques et sans ions négatifs dans la source d'un plasma faible densité, faible température électronique et de forte fraction d'ions négatifs dans la chambre de diffusion. Cette double couche propagative apparaît lorsque la fraction d'ions négatifs dépasse un seuil. Sous ce seuil, la double couche est statique et disparaît pour des fractions d'ions négatifs très faibles. Les transitions entre ces trois états sont soumises à une forte activité acoustique ionique. L'ajout d'un champ magnétique modifie le chauffage des électrons par absorption de l'onde hélicon (mode W). Des oscillations de relaxation H/W ont été observées dans une fenêtre restreinte de paramètres. D'autre part, le confinement des espèces chargées est modifié: au centre, le plasma ne contient pas d'ions négatifs; au bord, le plasma ne contient plus d'électrons, un plasma ions - ions a été créé.