La présente thèse porte sur l’étude de l’auto-organisation induite par laser de nanoparticules (NPs) d’argent dans des couches minces de TiO2. Cette technique laser a été récemment mise au point pour fournir des solutions d'impression originales pour des applications comme l'imagerie polarimétrique, la sécurité ou le design. Ici, nous étudions expérimentalement et théoriquement les différents mécanismes impliqués dans la formation des NPs pour un meilleur contrôle de leur morphologie et de leur organisation. Dans le cas de lasers continus, nos résultats expérimentaux prouvent que la vitesse à laquelle le faisceau laser balaye la surface de l’échantillon est un paramètre crucial pour le contrôle de la taille finale des NPs, et de l’élévation de température induite dans la couche par le laser. La taille des NPs d’argent diminue aux basses vitesses d’écriture, alors que leur croissance est activée par effet thermique et apparait uniquement au-dessus d’un seuil de vitesse. La taille finale des NPs varie dans ce cas de façon non-monotone avec la vitesse de balayage alors que la hausse de température ne cesse de croître. Afin d'expliquer ces phénomènes contre-intuitifs, plusieurs modèles numériques ont été développés qui permettent de simuler la variation de la taille des NPs sous insolation laser dans le domaine spectral du visible. Les résultats théoriques concordent bien avec les observations expérimentales et révèlent que l’origine de ces phénomènes résulte d'interactions complexes entre les différents processus physico-chimiques impliqués dans la formation des NPs. Finalement, cette thèse démontre que l’auto-organisation des NPs à l’échelle sub-longueur d’onde peut être aussi réalisée avec des impulsions laser femto-secondes (fs), et une croissance anisotrope des NPs a été également observée pour une gamme particulière de paramètres laser. La comparaison avec les structures de NPs produites par lasers continus suggère que les impulsions laser fs offrent une meilleure maîtrise des effets thermiques et de la taille des NPs. L'usage de laser fs offre ainsi une nouvelle approche pour transférer ces technologies sur des supports souples comme les papiers ou les plastiques / This doctoral thesis focuses on the study of laser-induced self-organization of Ag nanoparticles (NPs) in TiO2 thin layers. This laser technique was recently developed to provide original printing solutions for applications like active color displays, security, or polarization imaging. Here, we investigate experimentally and theoretically the different mechanisms involved in the NPs formation for a better control of their morphology and organization. In the case of continuous-wave (cw) laser, our experimental results prove that the speed at which the laser scans the sample surface is a crucial parameter to control the NP size and the laser-induced temperature rise. Ag NPs shrink at low scan speed, whereas growth governed by a thermal effect only occurs above a speed threshold. Above this threshold, the size of grown Ag NPs changes in a non-monotonous way with scan speed, whereas laser-induced temperature rise increases with speed. In order to explain these counter-intuitive behaviors, several numerical models have been developed to simulate changes in the size distribution of Ag NPs induced by visible light. Simulation results are in good agreement with experimental observations and reveal the origin of the observed phenomena by collective interactions of various physico-chemical processes involved in the variation of NPs size. Finally, this thesis demonstrates that self-organization of NPs at sub-wavelength scale on large areas can also be performed with femtosecond (fs) laser pulses. Oriented anisotropic growth of NPs has also been observed using a proper selection of laser irradiation parameters. Compared with the cw laser induced structures, fs pulses offer better control of the thermal effect and NP size, which opens the way to transfer these technologies on plastic or paper substrates

Dans de nombreuses métropoles, il n'existe pas de transports collectifs centralisés, publics ou privés. Des solutions alternatives se sont développées grâce à des systèmes de transports artisanaux qui reposent sur l'éclatement de la propriété et l'autonomie des équipages de véhicules. Leur mode d'organisation permet aux transports artisanaux de s'adapter à la demande de manière dynamique. Nous proposons d'analyser les caractéristiques de ces systèmes grâce à la modélisation multi-agents et les théories de l'auto-organisation. A travers plusieurs modèles, nous verrons comment les structures et les dynamiques de ces systèmes dépendent des stratégies individuelles et de la structure urbaine. A travers la question de l'adaptabilité du transport en commun, les transports artisanaux nous amènent à nous interroger sur les dimensions urbaines de la mobilité collective mais également sur la flexibilisation des services de transport. / Several metropolises have not any centralized collective transport system, neither private nor public. Alternative solutions appeared, their caracteristics are principally that the ownership is spread out and the vehicle crew is self-directed. The mode of organization of these transports allows them to adapt dynamically to the demand.We propose to analyse the caracteristics of these systems by means of multi-agents modeling and self-organization theory. Using several models, we show how structures and dynamics of these systems are linked to individual strategies and urban structure.Through the question of adaptability of collective transport, small-scale transports led to concern about urban dimensions of collective mobility and flexibilisation of transport services.

Les foldamères d’oligoquinoline carboxamide forment des structures hélicoïdales en solution et dans le solide. Ces structures sont stabilisées par liaisons hydrogène, empilement aromatique et interactions électrostatiques. Dans une première partie de ce manuscrit, les fonctions amide connectant les unités quinolines ont été substituées par des fonctions vinylène, isostères de celles-ci. Ces composés quinolynènes-vinylènes, seuls, forment principalement des structures étendues en solution. Toutefois lorsque ces nouvelles unités sont en faible proportion au sein de l’oligomères contenant principalement de connections amides, des architectures hélicoïdales ont pu être obtenues. Dans une seconde partie, des ions Cu (II) ont été introduits au centre des hélices d’oligoquinoline carboxamide. Ces ions sont liés aux atomes d’azote des quinolines, et à ceux des fonctions amides après leur déprotonation. Une organisation linéaire de ces ions a été observée dans le solide. L’auto-assemblage d’hélices, en faisceaux, par empilement aromatique d’unités acridines portées par les chaines latérales a été entrepris dans une troisième partie de ce manuscrit. De faibles associations ont pu être mises en évidence en solution. Dans le solide ces interactions, bien que faibles, ont permis le contrôle de l’organisation des hélices dans le cristal. Dans une dernière partie de ce manuscrit, la coordination de métaux a été utilisée afin de permettre l’assemblage d’hélices d’oligoquinoline carboxamide. Des ligands acridine et pyridine ont été fixés sur la périphérie de l’hélice de façon à permettre la coordination par des métaux de transition tel que le palladium (II). Ces assemblages d’hélices induits par le palladium, ont été caractérisés par RMN en solution et par diffraction des rayons X dans le solide. / Oligo-quinolinecarboxamide foldamers form stable helical structures in solution and in the solid state. These helices are stabilized by hydrogen bonds, π-π stacking and electrostatic interactions. In a first part of this manuscript, vinyl functions have been introduced as isosteres of amides. The resulting quinolylene-vinylene oligomers form mainly extended structures in solution. Helical folded conformations can nevertheless be stabilized by attaching two segments of oligoamides at both ends of an oligoquinolylene-vinylene. In a second part, copper (II) ions have been loaded into the single helices of quinolinecarboxamide foldamers. The copper (II) ions coordinate the nitrogen atoms of the quinoline units and also deprotonated amide nitrogen atoms. A one dimensional alignment of the copper (II) ions was observed in the solid state. In a third part, acridine functionalized foldamers were prepared in order to test their self-assembly into bundles through interactions between aromatic functions at the exterior of helices. Associations of the acridine functionalized oligoamides are weak in organic solution. In contrast, in the solid state, interactions between helices are mainly governed by acridine units. In a fourth part, metal coordination has been used to promote helix-helix assembly of quinoline oligoamides foldamers. Acridine and pyridine rings have been attached on the side chains of these oligomers to allow coordination with metals, palladium (II) in this case. The helix-helix assembly of quinoline oligoamides by palladium coordination has been confirmed by NMR and x-ray diffraction.

Les réseaux de capteurs sont au cœur des efforts de recherche de la communauté internationale depuis plusieurs années. Les domaines d'applications sont variés allant du suivi médical à la traçabilité alimentaire en passant par le bâtiment intelligent ou le monitoring urbain (pollution, bruit, consommation électrique...). Pour que ces réseaux denses, composés de centaines voire de milliers d'entités contraintes en énergie, en puissance de calcul et en communication puissent fonctionner et s'adapter aux différentes applications, il est nécessaire, selon nous, de recourir à l'auto-organisation. L'auto-organisation est un processus duquel émerge une structure globale provenant seulement des multiples interactions locales, sans références à la globalité du réseau. De nombreuses études traitent de l'évaluation de performances des stratégies d'auto-organisation. Mais le réseau est toujours considéré comme entièrement déployé, statique. Nous montrons qu'une analyse plus fine est possible pour caractériser les différentes stratégies d'auto-organisation durant la vie d'un réseau de capteurs sans fil en prenant en compte la dynamique du réseau malgré l'immobilité physique des capteurs. On propose de mettre en évidence les différentes phases de la vie d'un réseau de capteurs et de caractériser un ensemble de protocoles d'auto-organisation sur ces différentes phases ; c'est-à-dire d'en déterminer les comportements. Nous ne concevons pas l'auto-organisation comme une fin en soi, elle doit servir à résoudre des problématiques. Après avoir démontré par une série d'expérimentations dans des environnements réels, l'inadaptation de la mesure du signal reçu (RSSI) pour résoudre le défi de la localisation dans les réseaux de capteurs, nous montrons qu'il est possible de concevoir un protocole d'auto-organisation dédié à la localisation du voisinage : le Protocole de Localisation Qualitative: QLoP. Ce protocole permet de déterminer une distance qualitative en se basant uniquement sur le voisinage à 1 et 2 sauts. Nous montrons dans cette thèse que QLoP possède à la fois de bonnes propriétés pour estimer la proximité d'un nœud mais s'adapte aussi parfaitement aux changements de topologie induite par le déploiement de nouveaux capteurs ou la disparition d'autres. Les propriétés de QLoP, démontrées précédemment permettent de construire une topologie logique, le Relative Neighborhood Graph (RNG), de façon efficace. Cette topologie permet de favoriser les liens les plus robustes et d'acheminer ainsi les paquets même dans un environnement très bruité. Enfin, nous montrons que le choix de la couche MAC ainsi que la topologie influent grandement sur les performances d'un réseau de capteurs. Nous proposerons une solution utilisant les propriétés de QLoP afin de définir une couche MAC appropriée.

Des gouttes d'un fluide déposées sur la surface libre d'un bain du même fluide coalescent normalement avec celui-ci en quelques dixièmes de seconde. En faisant osciller verticalement le bain, on peut inhiber entièrement cette coalescence. En effet si l'accélération oscillante est d'amplitude suffisante, la goutte sautille sur la surface. Les gouttes peuvent survivre dans cet état pour un temps illimité. Lors de chacun de ses chocs, la goutte déforme la surface. Si la viscosité est faible, il en résulte l'émission d'ondes capillaires. Les gouttes interagissent par celles-ci et s'organisent spontanément en états liés ou en réseaux réguliers. Toutefois, à proximité du seuil de l'instabilité de Faraday, le choc des gouttes suffit à générer localement une onde de Faraday amortie. On constate que l'interaction d'une seule goutte avec l'onde qu'elle génère conduit à une bifurcation où la goutte acquière spontanément une vitesse horizontale bien définie. On obtient ainsi ce que nous appelons des "marcheurs". Cette transition est décrite en détail expérimentalement et théoriquement. Enfin nous nous sommes intéressés aux interactions de plusieurs de ces marcheurs via leurs ondes. On peut voir que l'interaction attractive de deux marcheurs les conduits à orbiter l'une autour de l'autre. Ces orbites ont des diamètres discrets et résultent de l'interaction que créent entre les gouttes les interférences des ondes qui leur sont associées. On discutera les similarités qui existent entre ces nouveaux objets et les structures localisées (quasi-solitons) observées dans divers systèmes dissipatifs à deux dimensions.

Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à l'élaboration de réseaux de nanoplots magnétiques, afin d'en étudier les propriétés magnétiques. Les nanoplots sont élaborés sur Au(788), une surface spontanément pré-structurée et qui permet la croissance de réseaux avec un ordre à grande distance et une distribution de taille étroite. La première partie de ce travail consiste à étudier les mécanismes qui conduisent à la croissance organisée sur un réseau de pièges ponctuels. Nous établissons le lien entre la plage de température qui permet d'observer la croissance organisée et les paramètres énergétiques du problème. Ensuite, grâce à des études exhaustives de la croissance en fonction de la température de substrat, réalisées à l'aide d'un Microscope à Effet Tunnel à température variable, nous étudions la croissance du cobalt et du fer sur Au(788). La comparaison avec des simulations multi-échelles (Dynamique Moléculaire, Monte Carlo cinétique) nous permet alors de déterminer les mécanismes atomiques à l'origine de l'organisation. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude du magnétisme des nanostructures que nous savons former, et plus particulièrement à la détermination du lien entre la morphologie des plots et leur énergie d'anisotropie magnétique (MAE). Après une étude sur les limites du modèle du macromoment et du retournement cohérent de l'aimantation habituellement utilisé pour les nanostructures, nous nous intéressons aux propriétés magnétiques de nanoplots contenant une centaine d'atomes de cobalt. Grâce à la mesure de cycles d'hystérésis à différentes températures, nous déduisons la distribution de MAE dans l'échantillon. Celle-ci est large, contrairement à des résultats précédents sur des îlots plus gros. La comparaison avec la distribution de taille des îlots implique une relation non triviale entre la taille des îlots et leur MAE.

Ce mémoire porte sur une étude multi-échelles des propriétés structurales et électroniques de systèmes pi-conjugués dopés et non dopés. La première partie est consacrée à une étude comparative entre la polyaniline et un oligomère modèle, la tétraaniline, tous deux dopes par HCl. Elle est essentiellement basée sur l'utilisation de méthodes de dynamique de spin qui permettent de sonder le mouvement des porteurs de charge (polarons) par leur spin : 1/ la RMN : mesure du temps de relaxation nucléaire longitudinal T1 en fonction de la fréquence, 2/ la RPE : mesure de la largeur de raie en fonction de la température et de l'oxygène adsorbé. Ces études ont permis de démontrer l'existence d'un comportement métallique de la conductivité microscopique dans le polymère, non présent dans le tétramère. Ce résultat tranche le débat existant sur l'origine de l'élargissement de la raie RPE du polymère à haute température. D'autre part, il apparaît que la conductivité microscopique est quasi-1D dans les deux composes, mais nettement plus élevée dans le polymère. Le processus d'auto-organisation de polymères π-conjugués non dopés, les poly(3-alkylthiophènes) regio-reguliers, est étudié dans la seconde partie par microscopie a effet tunnel. Sur des monocouches de poly(3-héxylthiophène) et de poly(3-dodécylthiophène) déposées sur graphite (HOPG), nous avons montré que la structuration a plusieurs échelles (zones organisées/zones amorphes, taille des nanocristallites, défauts ponctuels, repliements,...) dépend des paramètres de dépôt et de post dépôt. Enfin, les premières études de spectroscopie tunnel 2D ont permis de sonder les propriétés électroniques du poly(3-dodécylthiophène).

L'écriture est un acte de coordination motrice entre les mouvements rythmiques des doigts et du poignet qui sont assimilables à des oscillateurs approximativement orthogonaux. L'hypothèse défendue dans cette thèse est que l'écriture, comme l'ensemble de la motricité rythmique, peut être étudiée comme un processus auto-organisé et qu'elle répond aux modèles d'oscillateurs couplés non linéaires. Cette approche dynamique de l'écriture a pour objectif d'identifier la dynamique de coordination spontanée de l'écriture sur laquelle repose la production de formes graphiques plus ou moins précises et stables ainsi que leur dégradation et leur changement en fonction des conditions dans lesquelles un individu écrit. Trois expériences ont été conduites afin de répondre à cet objectif. Afin d'identifier la dynamique spontanée, les participants ont produit 26 formes graphiques apparaissant sur une tablette digitale, qui correspondaient à des valeurs fixes de phase relative et d'amplitude relative entre les deux oscillateurs orthogonaux. Les résultats ont révélé que les participants adoptaient spontanément quatre patrons de coordination stables pour chaque tâche (i.e., 0°, 45°, 135°, 180°) correspondant à des traits et des ellipses dans différentes orientations. Ces patrons étaient caractérisés par de plus grande précision et stabilité temporelle ainsi que par une attraction des patrons adjacents : tous sont les signes identificateurs d'attracteurs. En se basant sur la stabilité différentielle de ces attracteurs, notre 2ième expérience a confirmé que sous une vitesse de mouvement élevée ou avec la main non dominante, les patrons les moins stables se déstabilisaient substantiellement, alors que les patrons les plus stables maintenaient un haut niveau de stabilité et de précision. Enfin, la 3ième étude a montré que les règles de passage entre les patrons stables étaient également sous l'égide de la dynamique de coordination spontanée. Comme tous les mouvements périodiques, la formation de patrons graphiques stables, leur co-articulation, ainsi que leur dégradation sont tributaires d'une dynamique de coordination sous jacente. Cette dynamique est celle d'oscillateurs couplés non linéaires, si bien que l'écriture pourrait être décrite par un nombre limité de variable(s) collective(s), en particulier la phase relative. Ces résultats ouvrent une porte pour comprendre la production d'écriture et faire des prédictions robustes concernant son acquisition et sa dégradation, un projet difficilement envisageable dans des modèles traditionnels de l'écriture.

La croissance et l'étude des propriétés des nano-structures magnétiques est un enjeu important du point de vue fondamental et technologique. De par leur taille, les nano-structures sont susceptibles de présenter des structures et des propriétés magnétiques nouvelles. Les surfaces vicinales permettent de maîtriser la densité et la direction des marches atomiques et constituent des substrats nano-structurés à 1D. L'auto-organisation sur les surfaces cristallines fournit des substrats avec des nano-structurations que l'on peut combiner à un réseau de marches pour stabiliser un ordre 2D à grande distance. Une étude STM à température variable et des simulations numériques nous permettent d'étudier la croissance organisée de nano-plots de cobalt sur des substrats vicinaux d'or reconstruits et de déterminer les mécanismes atomiques responsables de l'organisation de la croissance. Sur ces nano-particules mono-disperses nous menons des mesures magnétiques par effet Kerr magnéto-optique MOKE. Nous caractérisons ainsi le super-paramagnétisme des nano-plots de cobalt et nous en mesurons l'énergie d'anisotropie. Dans un second temps nous étudions les modifications structurales induites par les marches pour des films de cobalt déposés sur des substrats d'or vicinaux. Nous présentons des mesures de diffraction des rayons X interprétées dans le cadre d'un modèle probabiliste d'empilement de plans (111). Nous déterminons précisément la structure des films minces et montrons qu'ils présentent une structure cubique à faces centrées. Le magnétisme de ces couches de cobalt mesuré par MOKE révèle des propriétés d'anisotropie magnétique liées à leur structure cubique et à la vicinalité de l'interface.

Nous avons étudiée le magnétisme et la morphologie de dépôt de Co, CoAu et Rh sur la surface d'Au(111), à différentes températures, par effet Kerr, microscopie à effet tunnel, diffraction d'électrons lents et spectroscopie Auger. En exploitant la reconstruction de l'Au(111) à 300 K, il est possible de former des agrégats auto-organisés, des chaînes et films d'atomes de Rh ou Co à partir d'un dépôt unique ou d'un codépôt CoAu. Contrairement aux dépôts à 300 K qui ont une anisotropie perpendiculaire entre 1.7 et 4 monocouches (MC), les dépôts de Co à 30 K ont une aimantation planaire dans cette gamme d'épaisseur. Lorsque ces films sont recuits à 300 K, une réorientation de l'aimantion se produit. L'évolution du magnétisme et de la morphologie du film après recuit, à 450 K, suggère une interdiffusion Co-Au qui nous a conduit à étudier l'influence de la température sur le magnétisme de films d'alliage CoAu sur l'Au(111). Pour les codépôts (0.4 à 14 MC) réalisés à 300 K, une démixtion ordonnée est observée sur les images STM. Les codépôts riches en Co (>50%) sont ferromagnétiques avec une anisotropie perpendiculaire, alors que ceux de Co50Au50 sont constitués d'amas de Co superparamagnétiques. Un codépôt de Co et Au à 30 K permet une croissance d'alliage métastable d'éléments immiscibles dans le volume, par limitation de la diffusion atomique. Nous avons étudié l'évolution de films entre 2 et 20 MC, riches en Co, en fonction de la température. A 30 K, les codépôts sont amorphes et non magnétiques. Après recuit à une température critique, un signal magnétique d'anisotropie perpendiculaire, apparaît. Cette évolution qui s'étale sur plusieurs minutes, voire heures selon l'épaisseur du film, est due à une séparation de phase dans le film d'alliage conduisant à une percolation ferromagnétique. Concernant le Rh, il s'agissait de vérifier l'existence du magnétisme prédit par des calculs, pour 1 MC sur métal noble. Dans nos conditions de croissance et de mesure, aucun signal magnétique n'a été détecté. Cette absence de signal magnétique peut s'expliquer, à 300 K par la formation d'un film rugueux et à 30 K par la formation d'un alliage de surface Rh-Au dans les premiers stades de la croissance.