Le supraconducteur à base de fer KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] constitue une énigme en raison de la symétrie inusitée de son paramètre d'ordre. Contrairement aux autres supraconducteurs à base de fer, qui sont de symétrie s-wave, ce matériau semble partager la symétrie d-wave des cuprates comme YBCO. Le transport thermique est une sonde expérimentale très efficace pour déterminer la structure du paramètre d'ordre en révélant la présence de nœuds sur la surface de Fermi où le gap en énergie associé à la supraconductivité est nul. Ce mémoire présente des données de conductivité thermique obtenues dans KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] selon les axes cristallins a et c et pour différentes orientations du champ magnétique. Les mesures couvrent un intervalle en température de 50 mK à 500 mK. La présence d'un terme résiduel linéaire k[indice inférieur 0] / T en champ nul indique la présence de nœuds. L'anisotropie de ce terme résiduel selon les directions a et c implique que les nœuds sont disposés sur des lignes verticales selon l'axe k[indice inférieur z] sur tous les feuillets de la surface de Fermi. Ce résultat suggère fortement un gap de symétrie d-wave. De plus, k[indice inférieur 0] / T n'est pas affecté par la variation du taux de diffusion dans des échantillons de puretés différentes. Cette propriété, appelée universalité de la conductivité thermique, est caractéristique des supraconducteurs de symétrie d-wave. Bien qu'une récente étude menée à l'aide de l'ARPES dans KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] indique plutôt un gap s-wave, le calcul du comportement en champ magnétique de ce matériau à partir des valeurs du gap obtenues par l'ARPES est incompatible avec les données expérimentales de conductivité thermique. La dépendance en champ magnétique de la conductivité thermique est par ailleurs reproduite presque parfaitement par un modèle d-wave. Déterminer la symétrie du paramètre d'ordre du supraconducteur est crucial afin de comprendre le mécanisme d'appariement. À cet égard, KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] offre la possibilité de faire le lien entre les deux grandes familles de supraconducteurs: les cuprates et les supraconducteurs à base de fer.

La méthode de levé géophysique à impulsion électromagnétique dans le domaine du temps (TDEM - Time-domain Electromagnetics) est couramment utilisée afin de détecter et caractériser la résistivité des couches du sol en fonction de la profondeur. Deux types de systèmes sont fréquemment utilisés dans le cadre de prospection et exploration minérale, soit les systèmes de surface et les systèmes aéroportés, ayant des caractéristiques et objectifs différents. Afin de caractériser les couches peu profondes et d’obtenir une résolution spatiale supérieure, il est préférable d’utiliser des systèmes de surface. Dans le cadre de cette thèse, un système émetteur – récepteur à géométrie fixe porté par deux opérateurs est développé et utilisé afin de déterminer les caractéristiques électriques de cibles naturelles et de cibles culturelles (dues à l’activité humaine). Ce système propose l’avantage d’avoir une résolution spatiale très élevée puisqu’il est opéré près du sol, cependant les vibrations et changements d'orientation causés par son déplacement créent des faibles déformations au niveau de la géométrie émetteur – récepteur qui influencent la qualité des données acquises. Il est possible de remédier à ce problème en modifiant la structure du système ou en caractérisant les vibrations à l’aide de capteurs supplémentaires installés sur la plateforme. Une méthode de traitement du signal numérique comportant un filtre adaptatif est décrite dans cette thèse et est utilisée afin de corriger les signaux lors de prises de mesures sur le terrain. Les recherches ont démontré qu’il est possible d’améliorer la qualité des données de levés avec la méthode de traitement numérique présentée. The time-domain electromagnetics (TDEM) geophysical survey method is frequently used in order to characterize the resistivity of the layers of the ground as a function of depth. In the case of mineral exploration and prospection, TDEM systems are most often operated either on the surface or airborne. Both methods have different characteristics and objectives. In order to characterize the subsurface layers and to have a high spatial resolution, it is better to use systems operated on the surface. In this thesis, a fixed geometry emitter – receiver system carried by two operators is developed and used in order to determine the electrical characteristics of natural targets and cultural targets (caused by human activity). This system has a very high spatial resolution since it is operated close to the ground, however, vibrations and changes in its orientation that are due to its operation create subtle deformations in the emitter – receiver geometry, which in turn influence the quality of the data acquired during the survey. It is possible to address this problem by modifying the structure of the supporting platform, or by characterizing the vibrations using different measuring instruments installed on the platform. A digital signal processing method using an adaptive filter is described in this thesis and is used in order to correct the signal acquired on a survey. The research has showed that it is possible to improve the survey data quality using the digital signal processing method presented.

La méthode de levé géophysique à impulsion électromagnétique dans le domaine du temps (TDEM - Time-domain Electromagnetics) est couramment utilisée afin de détecter et caractériser la résistivité des couches du sol en fonction de la profondeur. Deux types de systèmes sont fréquemment utilisés dans le cadre de prospection et exploration minérale, soit les systèmes de surface et les systèmes aéroportés, ayant des caractéristiques et objectifs différents. Afin de caractériser les couches peu profondes et d’obtenir une résolution spatiale supérieure, il est préférable d’utiliser des systèmes de surface. Dans le cadre de cette thèse, un système émetteur – récepteur à géométrie fixe porté par deux opérateurs est développé et utilisé afin de déterminer les caractéristiques électriques de cibles naturelles et de cibles culturelles (dues à l’activité humaine). Ce système propose l’avantage d’avoir une résolution spatiale très élevée puisqu’il est opéré près du sol, cependant les vibrations et changements d'orientation causés par son déplacement créent des faibles déformations au niveau de la géométrie émetteur – récepteur qui influencent la qualité des données acquises. Il est possible de remédier à ce problème en modifiant la structure du système ou en caractérisant les vibrations à l’aide de capteurs supplémentaires installés sur la plateforme. Une méthode de traitement du signal numérique comportant un filtre adaptatif est décrite dans cette thèse et est utilisée afin de corriger les signaux lors de prises de mesures sur le terrain. Les recherches ont démontré qu’il est possible d’améliorer la qualité des données de levés avec la méthode de traitement numérique présentée. The time-domain electromagnetics (TDEM) geophysical survey method is frequently used in order to characterize the resistivity of the layers of the ground as a function of depth. In the case of mineral exploration and prospection, TDEM systems are most often operated either on the surface or airborne. Both methods have different characteristics and objectives. In order to characterize the subsurface layers and to have a high spatial resolution, it is better to use systems operated on the surface. In this thesis, a fixed geometry emitter – receiver system carried by two operators is developed and used in order to determine the electrical characteristics of natural targets and cultural targets (caused by human activity). This system has a very high spatial resolution since it is operated close to the ground, however, vibrations and changes in its orientation that are due to its operation create subtle deformations in the emitter – receiver geometry, which in turn influence the quality of the data acquired during the survey. It is possible to address this problem by modifying the structure of the supporting platform, or by characterizing the vibrations using different measuring instruments installed on the platform. A digital signal processing method using an adaptive filter is described in this thesis and is used in order to correct the signal acquired on a survey. The research has showed that it is possible to improve the survey data quality using the digital signal processing method presented.

Le modèle de Hubbard bi-dimensionnel (2D) est souvent considéré comme le modèle minimal pour les supraconducteurs à haute température critique à base d'oxyde de cuivre (SCHT). Sur un réseau carré, ce modèle possède les phases qui sont communes à tous les SCHT, la phase antiferromagnétique, la phase supraconductrice et la phase dite du pseudogap. Il n'a pas de solution exacte, toutefois, plusieurs méthodes approximatives permettent d'étudier ses propriétés de façon numérique. Les propriétés optiques et de transport sont bien connues dans les SCHT et sont donc de bonne candidates pour valider un modèle théorique et aider à comprendre mieux la physique de ces matériaux. La présente thèse porte sur le calcul de ces propriétés pour le modèle de Hubbard 2D à couplage faible ou intermédiaire. La méthode de calcul utilisée est l'approche auto-cohérente à deux particules (ACDP), qui est non-perturbative et inclue [i.e. inclut] l'effet des fluctuations de spin et de charge à toutes les longueurs d'onde. La dérivation complète de l'expression de la conductivité dans l'approche ACDP est présentée. Cette expression contient ce qu'on appelle les corrections de vertex, qui tiennent compte des corrélations entre quasi-particules. Pour rendre possible le calcul numérique de ces corrections, des algorithmes utilisant, entre autres, des transformées de Fourier rapides et des splines cubiques sont développés. Les calculs sont faits pour le réseau carré avec sauts aux plus proches voisins autour du point critique antiferromagnétique. Aux dopages plus faibles que le point critique, la conductivité optique présente une bosse dans l'infrarouge moyen à basse température, tel qu'observé dans plusieurs SCHT. Dans la résistivité en fonction de la température, on trouve un comportement isolant dans le pseudogap lorsque les corrections de vertex sont négligées et métallique lorsqu'elles sont prises en compte. Près du point critique, la résistivité est linéaire en T à basse température et devient progressivement proportionnelle à T[indice supérieur 2] à fort dopage. Quelques résultats avec sauts aux voisins plus éloignés sont aussi présentés.

Les matériaux de protection incendie sont largement utilisés pour assurer la sécurité des usagers des infrastructures. Les normes de protection incendie évoluant régulièrement, les matériaux doivent être de plus en plus performants. Ceux-ci sont généralement des mortiers constitués d’oxydes réfractaires et isolants. L’objectif de ce travail est de mettre au point un composite coupe-feu 4 h applicable par projection mais également de déterminer ses propriétés thermiques et mécaniques.Dans une première partie, cette étude reprend les différentes étapes de l’élaboration d’un matériau de protection incendie, après la présentation de la démarche qui a guidé l’élaboration de nos matériaux, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la composition chimique de la matrice ainsi que celle du ciment. Leurs propriétés thermiques et mécaniques ont été passées en revue.Les matières premières nécessaires à l’élaboration d’un mortier ont ensuite été sélectionnées. L’évolution, respectivement de la conductivité thermique, de la diffusivité, de la porosité, de la chaleur spécifique et des propriétés mécaniques des mortiers choisis en fonction de la nature et de la quantité de charges incorporées à la matrice a été étudiée. Une description des divers modèles analytiques et numériques permettant la représentation de la conductivité thermique et du module d’Young des matériaux a permis de développer un modèle capable de prédire le comportement thermique et mécanique des composites en fonction de la nature et de quantité de charges ajoutées.Dans une seconde partie, la cinétique de la réaction d’hydratation du plâtre afin de maîtriser les temps de prise et pour faciliter la production des projetés dans la chaîne industrielle a été étudiée. L’influence sur la cinétique d’hydratation, de la composition chimique du plâtre, de sa granulométrie et de l’ajout d’adjuvants couramment utilisés dans l’industrie plâtrière, a également été traitée.10A l’issue de cette étude, deux formulations de composites projetables ont été mises au point. / Fire protection materials are widely used to ensure the safety of users of the infrastructure. Standards of fire protection regularly operating, the materials must be more efficient. These are generally composed of refractory mortar and insulating oxides. The objective of this work is to develop a firewall composite 4 h applied by projecting but also to determine the thermal and mechanical properties.In the first part, this study describes the various stages of the development of a fire protection material, after the presentation of the approach that has guided the development of our materials, we are interested especially in the chemical composition of the matrix and that of the cement. Their thermal and mechanical properties have been reviewed.The raw materials for the preparation of mortar were selected. The evolution respectively of thermal conductivity, diffusivity, porosity, specific heat and the mechanical properties of mortars chosen according to the nature and amount of the fillers incorporated in the matrix has been studied. A description of the various analytical and numerical models for the representation of the thermal conductivity and Young's modulus of the materials led to the development of a model able to predict the thermal and mechanical behavior of composites based on the nature and amount of charges added.In a second part, the kinetics of the hydration reaction of gypsum to control setting time and to facilitate the production of the composite in the industrial chain was studied. The influence on the kinetics of hydration, of the chemical composition of the gypsum, particle size distribution and the addition of adjuvant commonly used in the plaster industry, has also been treated.At the end of this study, two formulations of composites applied by projection were developed.

La thermoélectricité convertit fiablement l’énergie thermique en énergie électrique de manière directe, silencieusement et sans vibrations. Dans le contexte des réserves limitées en énergies fossiles, de l’effet de serre et de besoin énergétiques mondiaux en hausse, la récupération d’énergie thermique dissipée peut être une solution d'appoint. Un bon matériau thermoélectrique intègre des propriétés antagonistes : haute conductivité électrique (σ) et faible conductivité thermique (κ). La thermoélectricité conventionnelle utilise des matériaux nocifs, complexes, coûteux et incompatible avec des techniques de fabrication massive ex. CMOS rendant la thermoélectricité peu populaire sur le marché. En revanche, les matériaux CMOS, à savoir le silicium (Si), le germanium (Ge) et le silicium-germanium (SixGe1-x), sont simples, facilement approvisionnables et industriellement compatibles. Ils offrent une excellente conductivité électrique (σ) mais leur utilisation dans la thermoélectricité est limitée par une conductivité thermique (κ) trop élevée. Les progrès récents dans les domaines de micro et nano-fabrication permettent de réduire κ sans affecter σ. Cela permet de fabriquer des générateurs thermoélectriques (TEG) compatibles CMOS, tout en gardant une production massive réduisant le coût. Les simulations présentées placent Si, Ge et SixGe1-x dans une position compétitive par rapport aux matériaux thermoélectriques conventionnels, à condition de réduire substantiellement κ. Une réduction de la conductivité thermique d'un facteur 3 a été expérimentalement démontrée dans des membranes de Si intégrées au sein d'une plateforme micrométrique conçue, fabriquée et caractérisée dans le cadre de cette thèse. / Thermoelectricity converts heat into electric energy in a silent, direct, vibrationless and reliable way. In light of limited reserves in fossil fuels, increasing greenhouse effect and constantly rising worldwide demand in energy, recovering heat losses can be a solution. Good thermoelectric material integrates antagonistic properties: high crystal-like electrical (σ) and low glass-like thermal (κ) conductivities. Conventional thermoelectricity uses materials that are harmful, complex, expensive and incompatible with mainstream fabrication technologies e.g. CMOS making thermoelectricity unpopular. In constrast, CMOS materials, namely Silicon (Si), Germanium (Ge) and Silicon-Germanium (SixGe1-x), are simple, easy-to-get, cheap and industrially compatible offering a high electrical conductivity (σ). However, their usage in thermoelectricity is hindered due to a prohibitive thermal conductivity (κ). Recent progress in nano- and micro-fabrication opened new possibilities to reduce κ with minor impact on σ. This opportunity enables fabrication of CMOS compatible ThermoElectric Generators (TEGs) enabling massive production and cost reduction which can significantly popularize TEGs on the market. Our modelling approach place Si, Ge and SixGe1-x in a competitive position compared with conventional thermoelectrics providing that their high bulk κ can be substantially reduced. Within the framework of this thesis, a 3-fold size induced κ reduction in Si is experimentally obtained based on a micrometer measurement platform that has been designed, fabricated and characterized in this work.

La thermoélectricité rencontre un intérêt croissant ces dernières années comme source d'énergie alternative pour l’alimentation de dispositifs micro- et nano- électroniques. Les matériaux thermoélectriques transforment par effet Seebeck une différence de température en énergie électrique utile. Dans les dispositifs thermoélectriques, l’énergie perdue en général sous forme de chaleur résiduelle peut ainsi être recyclée en utilisant les gradients de température existants. L'efficacité thermoélectrique dépend des propriétés électroniques du matériau et de sa conductivité thermique κ. Le silicium présente une très bonne conductivité électrique et un coefficient Seebeck prometteur, mais sa conductivité thermique phononique limite fortement son potentiel pour des applications thermoélectriques, du moins sous forme de matériau massif. Par contre, la nanostructuration du silicium en couches minces, et a fortiori la fabrication de cristaux phononiques permet de réduire fortement la conductivité thermique. Dans ce travail, des simulations de dynamique moléculaire sont réalisées pour confirmer cette stratégie et permettre la définition d'un design optimal de membranes perforées. De plus, le travail expérimental montre différentes méthodologies de fabrication de membranes phononiques de silicium intégrées dans une plate-forme de métrologie. Plusieurs techniques de caractérisation (Electrothermique, Raman et Microscopie à sonde thermique) ont ensuite été utilisées pour déterminer la conductivité thermique des membranes. Une réduction considérable de κ est obtenue pour le silicium, permettant d’envisager l’intégration de ces membranes dans un convertisseur thermoélectrique. / In the last twenty years, the continuous seek for alternative energy sources to power micro- and nano-electronic devices has marked the rise of interest toward thermoelectricity. Thermoelectric materials can turn directly, by Seebeck effect, the temperature difference into useful electric power. The energy lost as waste heat can be re-used as a power source. It is known that, to improve thermoelectric efficiency, an important role is played by material’s electronic properties and its thermal conductivity. Silicon exhibits very good electrical conductivity and Seebeck parameter, but its lattice thermal conductivity represents the bigger obstacle for thermoelectric applications, preventing its direct integration as bulk material. It has been demonstrated that nanostructuring silicon in thin films enables the reduction of thermal conductivity down to one order of magnitude. Furthermore, a supplementary decrease of thermal conductivity is possible by periodical patterning of the silicon thin film in a photonic-like way, creating Phononic Crystals (PnCs). In our work molecular dynamics simulations are performed to confirm the trend envisaged and allow the definition of an optimal design for the patterned membranes. Moreover, our experimental work lists different fabrication methodologies of silicon phononic engineered membranes integrate into a metrology platform. Several characterization techniques (Electrothermal , Raman thermometry, Scanning Thermal Microscopy) are used to determine the membranes thermal conductivity. A considerable reduction of κ is obtained for silicon, paving the way for a prospective integration of those membranes into a thermoelectric converter.

Le matériaux polymère : de l'isolant au conducteur thermique.

Le matériaux polymère : de l'isolant au conducteur thermique.

Ce mémoire présente des mesures de conductivité thermique sur les supraconducteurs YBCO et Tl-2201 afin de statuer sur la présence possible d'un point critique quantique (QCP) dans le diagramme de phase de cuprates. Ce point critique quantique serait à l'origine de la reconstruction de la surface de Fermi, d'un large cylindre de trous en de petites poches de trous et d'électrons. La conductivité thermique dans le régime T [arrow right] 0 permet d'extraire une quantité purement électronique liée aux vitesses de Fermi et du gap, au noeud. Une discontinuité dans cette quantité pourrait signaler la traversée du dopage critique qui reconstruit la surface de Fermi. Plusieurs sondes expérimentales distinguent une transition de phase ou un crossover à T * à température finie. D'autres sondes mettent en évidence une transition de phase sous l'effet d'un champ magnétique. La présence ou non de cet ordre, à température et champ magnétique nul questionne la communauté depuis plusieurs années. Dans cette étude, nous détectons une variation brusque de ?0 /T à p = 0.18 dans YBCO et à p = 0.20 dans Tl-2201. Ces sauts sont interprétés comme un signe de la transition à température nulle et sont en faveur d'un QCP. Le manque de données d'un même matériau à ces dopages ne permet pas de valider hors de tout doute l'existence d'un point critique quantique. Le modèle théorique YRZ décrit aussi bien les données de conductivité thermique. Des pistes de travaux expérimentaux à poursuivre sont proposées pour déterminer la présence ou non du QCP de façon franche.