L’originalité de cette étude consiste dans l’analyse et la fabrication d’échangeurs de chaleur munis d’extensions de surface (ailettes) à base de polymères chargés, compacts et à hautes performances. Ce projet pluridisciplinaire se compose d’une étude numérique et expérimentale du comportement thermomécanique des matériaux (polymères chargés) et s’intéresse à l’analyse numérique et expérimentale des échangeurs de chaleur à tube-ailette en polymère. En effet, il vise principalement au : (i) développement de systèmes polymères chargés à conductivité thermique améliorée. (ii) L’étude de nouvelles architectures et conceptions d’échangeurs utilisant des polymères à conductivité améliorée.Le premier point est atteint par une étude numérique, élaboration et caractérisations expérimentales des formulations polymère-charge montrant une conductivité thermique intéressante.Le deuxième point est traité par une optimisation des paramètres géométriques de configurations classiques d’échangeurs de chaleur tube-ailettes par voie de simulations numériques. Une première étude réalisée sur un échangeur à rang de tubes permet de montrer la pertinence du point de vue énergétique d’un échangeur tube-ailettes en matériau polymère. Une seconde partie est consacrée à l’étude de plusieurs configurations d’échangeurs multi-tubulaires à plusieurs rangs de tubes définies à partir des résultats de la précédente étape. Les performances thermo-aérauliques de ces configurations sont favorablement comparées à celles d’échangeurs métalliques traditionnels.La dernière partie confirme la processabilité de ce type d’échangeurs par la construction des prototypes à partir de techniques d’élaboration traditionnelles (injection et extrusion) ou modernes (fabrication additive) afin de déterminer les avantages et les inconvénients de chacune. / The originality of this study consists in the analysis and the manufacturing of finned-tube heat exchangers (with extension surface) based on filed polymers, compact with high performances. This multidisciplinary project contains a numerical and experimental study on the thermomechanical properties of filed polymers and is interest in the numerical and experimental analysis of polymer finned-tube heat exchangers. Indeed, it aims mainly to : (i) develop filled polymer systems with improved thermal conductivity. (ii) Study of new architectures and configurations of heat exchanger using filed polymers.The first point is reached by a numerical study, elaboration and experimental characterizations of polymer/filler formulations showing interesting thermal conductivity.The second point is treated by an optimization of the geometric parameters of classic tube-fin heat exchanger configurations by numerical simulations. A first study carried out a single row of tube shows the effect of geometric and thermos-physical parameters on thermos-aeraulic performances of a tube-fin heat exchanger made of filed polymer material. A second part is devoted to the study of several configurations of multi-tubular heat exchangers with several rows of tubes defined from the results of the previous stage. The thermo-aeraulic performances of these configurations are favorably compared with those of traditional metal heat exchangers.The last part confirms the processability of this type of heat exchangers by the construction of prototypes with traditional techniques (injection and extrusion) or modern (additive manufacturing) methods to determine the advantages and disadvantages of each one.

Les mousses à cellules ouvertes ont diverses applications industrielles, par exemple pour des échangeurs de chaleur, des réacteurs structurés, la filtration, la catalyse, récepteurs solaires volumétriques en raison de leurs propriétés uniques telles qu'une importante porosité et une surface spécifique élevée. Pour déterminer théoriquement la surface spécifique géométrique et les relations entre les paramètres géométriques de mousses, une corrélation mathématique généralisée a été développée. A cet effet, la géométrie de la tetrakaidecahedron a été utilisé et différentes formes de sections transversales de brins de structures en mousse ont été pris en compte de façon explicite. La corrélation dérivée pour prédire les propriétés géométriques peut facilement être étendue à des formes différentes. Des simulations numériques 3-D à l'échelle des pores ont été réalisées pour étudier la perte de charge et la conductivité effective thermique. L'écoulement du fluide à travers la mousse à cellule ouverte a été réalisé dans trois régimes différents: les régimes de Darcy, transitoire et inertiel. L'importance des propriétés géométriques sur les caractéristiques d'écoulement de fluide et leurs inclusions dans les corrélations proposées pour prédire la perte de charge est discutée. La question « Les paramètres d'Ergun peuvent-ils avoir des valeurs numériques constantes ou non ? » est discutée. Trois différentes corrélations étaient dérivées pour prédire la conductivité thermique effective à la fois isotrope et anisotrope des mousses. Les paramètres géométriques de la matrice de mousse étaient introduits dans les corrélations pour prédire la conductivité thermique effective. / Open cell foams have diverse industrial applications e.g. heat exchangers, structured reactors, filtration due to their unique properties such as high porosity and high specific surface area. In order to theoretically determine the geometric specific surface area and relationships between geometrical parameters of isotropic open cell foams, a generalized mathematical correlation was developed. For this purpose the tetrakaidecahedron geometry was used and different shapes of strut cross-sections of foam structures were taken explicitly into account. The derived correlation to predict geometrical properties can be easily extended to different strut shapes. 3-D numerical simulations at pore scale were performed to study the pressure drop characteristics and effective thermal conductivity. Fluid flow through open cell foam was performed in three different regimes: Darcy regime, transition regime and inertia regime. Importance of geometrical properties on fluid flow characteristics and their inclusion in the proposed correlations for predicting pressure drop is discussed. "Can Ergun parameters have constant numerical values or not" is also extensively discussed. Three different correlations were derived to predict the effective thermal conductivity for both, isotropic and anisotropic open cell foams. Geometrical parameters of foam matrix were introduced in the correlations to predict effective thermal conductivity.

La vitrification des déchets nucléaires de hautes activités est une étape importante à maîtriser afin d’assurer leur confinement. Depuis 2010, un procédé de vitrification en creuset froid présentant de nombreux avantages est exploité à cet effet dans l’usine de La Hague. Cette technologie est basée sur la circulation de courants électromagnétiques directement dans la charge du creuset dont les parois sont refroidies. Grâce au gradient thermique créé entre ces parois refroidies et le bain de verre en fusion, une couche de verre solide appelée autocreuset est formée jouant le rôle de barrière anticorrosive et électriquement isolante. Du fait de leur composition et de leur microstructure complexes, l’étude des propriétés électriques et diélectriques des verres d’intérêt nucléaire et la compréhension des phénomènes mis en jeu sont nécessaires afin de maîtriser convenablement le fonctionnement du procédé en creuset froid ainsi que les simulations thermo-hydrauliques qui lui sont associées.L’étude présentée ici porte sur la description des phénomènes de mouvements de charges électriques à l’origine des propriétés électriques et diélectriques ayant lieu au sein de verres borosilicatés d’intérêt nucléaire. Des relations entre ces propriétés et la composition ainsi que la microstructure de ces verres sont également établies. Ces problématiques sont tout d’abord abordées dans le cas de deux verres technologiques inactifs de compositions complexes grâce à des caractérisations microstructurales et des mesures d’impédance complexe à l’état solide. Une description plus détaillée des phénomènes mis en jeu est réalisée grâce à la caractérisation de verres simplifiés à 5 oxydes (SiO2-B2O3-Na2O-CaO -RuO2 ou -MoO3) permettant ainsi une meilleure compréhension des mouvements de charges selon la fréquence du champ électrique, la température ainsi que la composition et la microstructure du matériau. / The vitrification of high-level nuclear waste is an important step to master in order to ensure their immobilization. Since 2010, a cold crucible induction melter is used in the La Hague plant due to its advantages. This process is based on electromagnetic currents directly induced on the load of the crucible whose walls are water-cooled. Thanks to the thermal gradient established between these cooled walls and the molten glass, a solid glass layer called self-crucible is created which protects the crucible from corrosion effects and acts as an electrical insulator. Due to their complex composition and microstructure, the study of electrical and dielectric properties of nuclear glasses and the understanding of the related phenomena are necessary in order to efficiently master the cold crucible process and the associated thermo-hydraulic simulations.This study is dealing with the description of the electric charge motion phenomena involving the electrical and dielectric properties of the nuclear borosilicate glasses. Relationships between these properties, the composition and the microstructure are also given. These issues are firstly broached through the investigation of two industrial inactive glasses of complex composition thanks to microstructure characterizations and complex impedance measurements in the solid-state. A more detailed description of the phenomena is performed thanks to the characterization of simplified glasses containing 5 oxides (SiO2-B2O3-Na2O-CaO -RuO2 or -MoO3) allowing a better understanding of the charge motion according to the electrical field frequency, the temperature, the composition and the microstructure of the material.

Le sujet de cette thèse est l'analyse du second champ critique supraconducteur (Hc2) ainsi que l'interaction entre la supraconductivité et les points critiques quantiques (PCQ), pour les composés CeCoIn5, URhGe et UCoGe. Dans le composé CeCoIn5, l'étude par résistivité du domaine de liquide de Fermi a permis la localisation précise du PCQ a pression ambiante. Cette analyse permet d'invalider l'hypothèse d'une coïncidence entre Hc2(0) et le PCQ. Dans une deuxième partie, l'évolution sous pression de Hc2 est analysée. Le dôme supraconducteur de ce composé est non-conventionnel avec deux pressions caractéristiques différentes: à ~1.6GPa, la température de transition supraconductrice est maximum alors que c'est à ~0.4GPa que la plupart des grandeurs physiques (maximum de Hc2(0), maximum de la pente dHc2/dT, maximum du saut de chaleur spécifique DC/C, ...) suggèrent la présence d'un PCQ. Nous expliquons cet antagonisme par l'importance des processus de brisure de pairs liés a la proximité du PCQ. Ces deux observations nous permettent de proposer un nouveau diagramme de phase pour CeCoIn5. Dans une troisième partie, les mesures de conduction thermique sur les composés URhGe et UCoGe sont présentées. Elles nous permettent dans un premier temps d'obtenir la transition "bulk" supraconductrice et de confirmer la forme in-habituelle de Hc2 observée en résistivité. La dépendance en températures et en champs de la conduction thermique nous permet d'identifier une contribution non-électronique au transport de chaleur jusqu'aux plus basses températures. D'autre part, nous identifions deux différents domaines supraconducteurs a bas et hauts champs appliqués selon l'axe b. Ces deux domaines sont compatibles avec un modèle de supraconductivité multigaps. Suivant ces observations et des mesures de pouvoir thermoélectrique, nous proposons un modèle de transition de Lifshitz pour ces deux composés. / The subject of this thesis is the analyze of the superconducting upper critical field (Hc2) and the interaction between superconductivity and quantum critical points (QCP), for the compounds CeCoIn5, URhGe and UCoGe. In CeCoIn5, study by mean of resistivity of the Fermi liquid domain allows us to localize precisely the QCP at ambient pressure. This analyze rule out the previously suggested pinning of Hc2(0) at the QCP. In a second part, the evolution of Hc2 under pressure is analyzed. The superconducting dome is unconventional in this compound with two characteristic pressures: at 1.6GPa, the superconducting transition temperature is maximum but it is at 0.4GPa that physical properties (maximum of Hc2(0), maximum of the initial slope dHc2/dT, maximum of the specific heat jump DC/C,... ) suggest a QCP. We explain this antagonism with pair-breaking effects in the proximity of the QCP. With these two experiments, we suggest a new phase diagram for CeCoIn5. In a third part, measurements of thermal conductivity on URhGe and UCoGe are presented. We obtained the bulk superconducting phase transition and confirmed the unusual curvature of the slope dHc2/dT observed by resistivity. The temperatures and fields dependence of thermal conductivity allow us to identify a non-electronic contribution for heat transport down to the lowest temperature (50mK) and probably associated with magnon or longitudinal fluctuations. We also identified two different domains in the superconducting region, These domains are compatible with a two bands model for superconductivity. Thermopower measurements on UCoGe reveal a strong anisotropy to current direction and several anomaly under field applied in the b direction. We suggest a Lifshitz transition to explain our observations in these two compounds.

La localisation de source d'EEG devient un outil important pour traiter les patients atteints d'épilepsie en localisant les zones épileptogènes avant d'effectuer une chirurgie de résection. Compte tenu d'un modèle de tête direct, la localisation de la source EEG est réalisée en résolvant le problème inverse. Le modèle de tête direct est un modèle biophysique de tête plus ou moins complexe qui décrit la distribution électrique. En considérant la propagation électrique expliquant la distribution de potentiels, outre la numérisation, le modèle nécessite le réglage deux paramètres lesquels sont la géométrie du modèle de tête et la valeur des conductivités de chaque compartiment du modèle de tête. En raison des progrès computationnel et des techniques d'imagerie (comme l'IRM et la CT), il est possible de générer des modèles de tête humaine qui représentent avec une grande précision la géométrie de la tête réelle. Cependant, il existe une incertitude sur les valeurs de conductivité de chaque compartiment et la méthode avec laquelle ils devraient être estimés. Dans la littérature, les valeurs communes pour les conductivités proviennent principalement des expériences in-vitro. Dans ce travail, nous effectuons une estimation de la conductivité in-vivo à partir de données EEG/SEEG/Stimulation électrique de trois patients épileptiques. Ces données sont constituées des images IRM et des CT SCAN pour la construction d'un modèle de tête FEM à cinq compartiments pour chaque patient, ainsi que les enregistrements SEEG et EEG qui ont été acquis en même temps que la stimulation électrique intracérébrale (IES). L'originalité de ce travail réside dans l'évaluation de la performance de l'estimation des conductivités in-vivo par des mesures EEG et / ou SEEG en fonction de différents paramètres spatiaux et de la localisation des IES. Le travail se compose de trois parties principales: la première partie vise à déterminer la méthode d’optimisation sous contraintes la plus robuste parmi les algorithmes courants pour optimiser les paramètres du modèle direct de tête. L'objectif de la deuxième partie est d'analyser la sensibilité des valeurs de conductivité à différentes conditions sur la position de stimulation, le conditionnement du problème avec les positions de mesure et leur nombre et le nombre de compartiments. Alors que dans la partie finale, les conductivités d'un modèle de tête FEM isotrope et homogène à cinq compartiments ont été estimées avec des paramètres précédemment déterminés pour les trois patients. Enfin, l'effet de la fréquence de stimulation sur les conductivités estimées est analysé / EEG source localization is becoming an important tool for treating epileptic patients by localizing the epileptogenic zones before performing a resection surgery. Given a forward head model, EEG source localization is performed by solving the inverse problem. The forward head model is a biophysical model which describes the electrical distribution in the human head. When considering the propagation as the only way for the current distribution to move in the head, the focus is directed primarily on two parameters for having an accurate forward head model. These parameters are: the geometry of the head model and the conductivity value of each compartment of the head model. Due to the recent advances in computers and imaging techniques (like MRI and CT), it is possible to generate human head models that represent with a high accuracy the geometry of the real head. However, there is still an argument about the conductivity values and the method by which it should be estimated. In literature, the common values for conductivities come mostly from in-vitro experiments. In this work we are performing in-vivo conductivity estimation by considering the data of three epileptic patients. This data consists of MR images and CT scans for building a five-compartment FEM head model for each patient along with SEEG and EEG recordings that were acquired in simultaneous with intracerebral electrical stimulation (IES). The originality of this work lies in evaluating the performance of in-vivo conductivity estimation by EEG and/or SEEG measurements in function of different spatial parameters and locations of the IES. The following work consists of three major parts: the first part aims to determine the most robust optimization algorithm among common algorithms for optimizing the forward head model. The objective of the second part is to analyze the sensitivity of the conductivity values given different conditions on stimulation position, measurement positions and number of compartments. While in the final part, the conductivities of an isotropic and homogeneous five-compartment FEM head model were estimated with previously selected parameters for three drug-resistant epileptic patients. Finally the effect of changing the stimulation frequency on the estimated conductivities was determined

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la contribution au programme de valorisation des matériaux phosphatés et plus particulièrement, les phosphates de type alluaudite ou α-CrPO₄. Ces composés se distinguent par leurs propriétés physico-chimiques aussi variées qu’importantes et sont très convoités dans plusieurs domaines d’applications comme la catalyse et l’électrochimie.Nous avons pu isoler onze nouveaux phosphates et déterminer leur structure par la diffraction des rayons X sur monocristal.Le phosphate PbMg₃(HPO₄)(PO₄)₂ a été préparé par la méthode hydrothermale. Sa structure cristalline a été résolue dans le système monoclinique I2/m.La substitution d’un cation Mg²⁺ par un fer trivalent (Fe³) dans le composé PbMg₃(HPO₄)(PO₄)₂ a permis d’isoler cinq nouveaux composés par voie solide. Quatre phosphates de formule MMg₂Fe(PO₄)₃ (M = Ba, Sr, Pb, Ca) s’apparentent à deux types structuraux différents. Les composés contenant Sr et Ba sont de type α-CrPO₄ et cristallisent dans une maille orthorhombique de groupe d’espace Imma. Quant à ceux contenant Ca ou Pb, leur structure s’affine dans le groupe d’espace P21/n du système monoclinique. Le cinquième phosphate est de formule Ca₂MgFe₂(PO₄)₄ cristallisant dans le système monoclinique avec un groupe d’espace Pbca.Enfin, nous avons synthétisé cinq nouveaux phosphates à base de Mg, de Fe et d’élément monovalents : NaMg₃(HPO₄)2(PO₄), Na₂Mg₂Fe(PO₄)₃, Ag₁,₆₇Mg₂,₃₃Fe₀,₈₉(PO₄)₃, Na₁,₈₅Mg₁,₈₅In₁,₁₅(PO₄)₃ et Ag₁,₆₉Mg₁,₆₉In₁,₃₁(PO₄)₃, en utilisant aussi bien la méthode hydrothermale que la synthèse par voie solide. Ces phosphates cristallisent dans le système monoclinique de groupe d’espace C2/c et s’apparentent au type structural alluaudite. La poudre cristalline des phases stoechiométriques A₂Mg₂Fe(PO₄)₃ (A = Na, Ag) a été synthétisée par voie solide et caractérisée par la diffraction de rayons X sur poudre. L’étude de la conductivité en fonction de la température de ces deux composés conduit à σ = 0,12x10⁻⁴ S.cm⁻¹ pour Na₂Mg₂Fe(PO₄)₃ et à σ = 4x10⁻³ S.cm⁻¹ pour Ag₂Mg₂Fe(PO₄)₃ à 500°C. / This study is a part of contribution to the investigation program aiming to elaborate and to characterize new phosphate-based materials, particularly, with the alluaudite and/or α- CrPO₄ type structure. These compounds are characterized by their wide physico-chemical properties that they can exhibit in several fields of application such as catalysis and electrochemistry.We have isolated and determined the structure of eleven new phosphates by means of single crystal X-ray diffraction.The phosphate PbMg₃(HPO₄)(PO₄)₂ was synthesized by hydrothermal method. Its structure was resolved in monoclinic system with space group I2/m.The substitution of one cation Mg²⁺ by Fe³⁺ has allowed us to isolate five new compounds using solid-state diffusion method. Four compounds of general formula MMg₂Fe(PO₄)₃ (M = Ba, Sr, Pb, Ca) exhibit two different structural types. The Sr or Ba based compounds are related to the α-CrPO₄ type structure and crystallize with the space group Imma of the orthorhombic system. Besides, the Ca or Pb based phosphates crystallize with the P21/n space group of the monoclinic system. The fifth phase, namely Ca₂MgFe₂(PO₄)₄, crystallizes in orthorhombic system with a Pbca space group.Finally, we have succeeded to synthesize five new Mg, Fe and monovalent elements based phosphates, namely NaMg₃(HPO₄)₂(PO₄), Na₂Mg₂Fe(PO₄)₃, Ag₁,₆₇Mg₂,₃₃Fe₀,₈₉(PO₄)₃, Na₁,₈₅Mg₁,₈₅In₁,₁₅(PO₄)₃ and Ag₁,₆₉Mg₁,₆₉In₁,₃₁(PO₄)₃, using both the hydrothermal and the solid-state diffusion methods. All these phosphates crystallize in the monoclinic system with C2/c space group and are similar to the alluaudite type structural. The powder of stoichiometric compounds A₂Mg₂Fe(PO₄)₃ (A = Na, Ag) were synthesized by solid-state method and characterized by X-Ray powder diffraction. Conductivity’s studies by impedance spectroscopic method have allowed determining values for Na₂Mg₂Fe(PO₄)₃ (σ = 0.12.10⁻⁴ S.cm⁻¹ at 500°C) and for Ag₂Mg₂Fe(PO₄)₃ (σ = 4.10⁻³ S.cm⁻¹ at 500°C) due to cations migration in the channels of the structure.

Les fils composites Cu/Nb étudiés ici sont d'excellents candidats pour les bobines non destructives générant des champs magnétiques pulsés intenses (B ≥ 100T). Ils sont fabriqués par Accumulative Drawing and Bundling (ADB) et sont constitué de renforts continus de Nb dans une matrice multi-échelles de Cu. Ces travaux rentrent dans le cadre du projet METAFORES (ANR-12-BS09-0002), visant l’évaluation des effets de taille et d’architecture sur les propriétés des conducteurs Cu/Nb. L’objectif principal consiste donc à caractériser leur microstructure et leurs propriétés à chaque étape de la fabrication par différentes techniques de caractérisation. Des essais mécaniques et électriques montrent une augmentation de la limite d’élasticité avec l’affinement de la microstructure tout en conservant une conductivité électrique adéquate. Les études de la texture globale par DRX ont mis en évidence trois composantes de texture de fibre dont deux pour la matrice de Cu (<111> et <100>) et une composante unique <110> pour le Nb. On retrouve ces trois composantes de texture dans les analyses locales (EBSD), cependant les proportions relatives des composantes du Cu varient en fonction du nombre de cycles ADB.Les essais de déformation in-situ sous neutrons ont mis en évidence des comportements élasto-plastique et purement élastique des familles de grains {111} du Cu et {110} du Nb respectivement, quels que soient les échantillons. Pour la famille {200} du Cu, le comportement mécanique varie en fonction du nombre de cycles ADB. Tous ces résultats viendront nourrir les simulations effectuées dans le cadre du projet METAFORES (Thèse de Tang Gu, ENSAM-Paris/Mines ParisTech). / High strength and high conductivity Cu/Nb composites studied here are very good candidates for the design of magnets generating high pulsed magnetic fields (B ≥ 100T). They are fabricated by Accumulative Drawing and Bundling (ADB) and are constituted with a multi-scale Cu matrix embedding continuous Nb filaments that are distributed in a controlled manner. This study is performed within the framework of the METAFORES project (ANR-12-BS09-0002) aiming at assessing size and architecture effects on properties of these Cu/Nb conductors. The main purpose is therefore to characterize the microstructure and properties of these conductors at different stages of the fabrication process. Mechanical and electrical results show an increase in yield strength while maintaining adequate electrical conductivity. Global texture studies confirm three fiber texture components: two for the Cu matrix (<111> and <100>) and a single component <110 > for Nb. These three texture components are also observed at the local scale analysis (EBSD); however the volume fractions of the Cu components locally depend on the number of ADB cycles.In-situ deformation tests under neutrons reveal elasticplastic and purely elastic behaviors of the {111} Cu and {110} Nb grains family respectively, whatever the samples. However, for the {200} Cu grains family, mechanical behavior strongly depends on the number of ADB cycles. These results will feed the simulations conducted in the METAFORES project (Thesis of Tang Gu, ENSAM-Paris / Mines ParisTech).

Les matériaux composites présentent un intérêt dans des secteurs de pointe tel que l’aéronautique du fait de leurs propriétés. Dans le cas des composites à matrice organique renforcés par des fibres longues, les propriétés dépendent non seulement du renfort et de la matrice mais également de l’interface fibre/matrice (F/M). Ce mémoire fait état de travaux menés pour incorporer des nanotubes de carbone (NTC) alignés directement sur des fibres de carbone (FC) tissées de manière sécurisée afin d’élaborer un composite à matrice thermodurcissable et thermoplastique et d’évaluer l’effet des NTC introduits à l’interface F/M sur les propriétés électriques et mécaniques des composites. Pour cela, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir d’aérosol mixte toluène/ferrocène a été développé pour la croissance de NTC alignés sur les FC, avec comme objectif la mise en place d’une procédure permettant d’éviter toute manipulation intermédiaire des produits. Il consiste à réaliser la synthèse de NTC en deux étapes successives qui sont le dépôt préalable d’une couche céramique de type SiO2 à la surface des fibres de carbone suivi de la croissance de NTC. Ce procédé a été ajusté pour permettre une croissance homogène de NTC alignés sur tissus de FC de taille suffisante pour permettre la préparation de matériaux composites. Les matériaux obtenus à l’issu de chacune des étapes ont été caractérisés en utilisant des techniques physico-chimiques complémentaires afin de comprendre le rôle de la sous-couche oxyde sur la croissance des NTC. Nous avons en particulier mis en évidence que cette dernière est modifiée lors de la croissance de NTC conduisant à la formation d’un oxyde mixte suite à l’incorporation de l’élément fer dans la sous-couche de type SiO2. Celle-ci joue alors le rôle de couche barrière de diffusion et permet une croissance de NTC alignés, denses et longs à la surface de substrats carbonés (carbone vitreux ou tissus de fibres de carbone). En outre, pour limiter les risques de dissémination de NTC dans l’atmosphère lors des manipulations des tissus de fibres recouverts de NTC pour l’élaboration des composites, nous avons réalisé une fonctionnalisation de surface des NTC afin d’encapsuler ces derniers sur le renfort fibreux. Enfin des mesures des propriétés mécaniques et électriques ont été réalisées sur les tissus présentant différents traitements et sur les matériaux composites incluant ces tissus. / Because of their properties, composite materials have attracted considerable interests in advanced technology such as in aeronautic field because of their properties. In the case of organic composite reinforced with long fibres, the properties depend not only on the reinforcements and the matrix but also on the interface between the fibre and the matrix (F/M). This thesis deals with the work led to integrate securely aligned carbon nanotubes (CNT) directly on carbon fibres (CF) in order to assess their effects on electrical and mechanical properties at the F/M interface in thermosetting and thermoplastic composite. To include aligned CNT directly on carbon substrates, the catalytic chemical vapour deposition synthesis method of CNT has been developed which consists in carrying out the synthesis in two steps in the same synthesis equipment avoiding intermediate handling. First, a deposition of oxide ceramic layer based on SiO2 is performed followed by the growth of CNT. The process has been adjusted in order to achieve a homogeneous growth of aligned CNT along the carbon fibre cloth compatible with industrial requirement for composite elaboration. Each material obtained from the different steps has been characterized with complementary physical and chemical analysis techniques in order to understand the ceramic sub-layer role on the growth of CNT. In particular, it has been pointed out that during the growth of CNT the sub-layer is modified by the incorporation of iron in the ceramic layer based SiO2, leading to the formation of mixed oxide which plays the role of diffusion barrier layer resulting in the growth of aligned, dense and long CNT on carbon substrates (glassy carbon, carbon fibre cloth). Besides, to avoid the dispersion of CNT in the atmosphere during the handling step for the elaboration of composite, a surface functionalization of CNT has been performed to encapsulate them. Finally, electrical and mechanical properties have been measured on carbon clothes exposed to different treatments and on composites reinforced with these clothes.

Les derniers scénarios du changement climatique, prévoient une élévation de température (Europe, +2 à +4°C en moyenne en 2099, IPCC, 2007) associée à des épisodes extrêmes, sécheresses sévères par exemple. Connaître les potentialités d'adaptation des espèces forestières s'avère crucial afin de comprendre leurs réponses et le devenir des écosystèmes forestiers, dans un futur proche. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à un complexe d'espèces du genre Fraxinus, (frêne, Oléacées). En France F. excelsior L., et F. angustifolia, Vahl, sont des espèces autochtones présentant une plasticité phénotypique et écologique remarquable. L'hybridation, suspectée depuis longtemps a été prouvée en conditions contrôlées et naturelles. Les principales zones documentées sont la vallée de la Saône et de la Loire. Cette hybridation entre les deux espèces de frênes européens, pourrait favoriser l'apparition d'individus (génotypes) plus aptes que les espèces parentales à faire face à un environnement changeant. Notre objectif est de caractériser les potentialités d'adaptations de différentes populations de frêne (espèces parentales et de statut hybride) sous une contrainte abiotique (contrainte hydrique). Pour répondre à cet objectif, nous avons testé les réponses à la fois écophysiologiques et génétique de jeunes plants à une contrainte légère (-0,9 MPa). Une seconde expérimentation, centré sur l'écophysiologie a eu pour objet de mesurer la perte de conductivité hydraulique des frênes, sous une forte contrainte (-4 MPa). Le principal résultat de ces travaux est le comportement souvent intermédiaire et très variable des populations de frênes hybrides testés dans ces 2 expérimentations (A, gs, WUEi, PLC), que ce soit en conditions avec ou sans contrainte hydrique. Ce comportement intermédiaire est en lien avec le degré d'introgression respectif des hybrides de frênes (plus proche de F.excelsior ou de F.angustifolia). Ces arbres hybrides pourraient servir de ressources et d'assurance contre des évènements de dépérissement catastrophiques pour les forestiers pour un environnement climatique futur. / The latest climate change scenarios predict a rise in mean temperature in Europe of 2 to 4°C for 2099 (IPCC, 2007), associated with extreme climatic events such as severe droughts. Knowing adaptation capabilities of tree species is crucial for understanding their responses and forest ecosystem fate in the near future. Our study object is a species complex inside the Fraxinus genus (ash, Oleaceae). In France, F. excelsior and F. angustifolia are autochthonous, form natural hybrid populations and show remarkable phenotypic and ecological plasticity. This could promote the emergence of new individuals (genotypes) more able to deal with fluctuating environments. Our objective is to characterise the capability of adaptation of different Fraxinus populations, representing the three statuses (F.excelsior, F.angustifolia and hybrids) under abiotic constraints (water constraint). To solve this issue, we examine in a low water constraint experiment (-0.9 MPa) ecophysiological and genetic response, using saplings. A second and more severe water constraint experiment (-4 MPa) was used to investigate ash response to the loss of hydraulic conductivity. The most noticeable result was an intermediate and highly variable behaviour of hybrid ash populations in the two experiments (A, gs, WUEi, PLC) linked with they respective introgression degree (closer to F.excelsior or F.angustifolia). This hybrid trees could be used for foresters as a resource and insurance against catastrophic forest stand decline, for a future climate.

Le transport thermique dû à des excitations magnétiques dans les composés 1D contenant des chaines et échelles de spins fait actuellement l’objet d’une collaboration fructueuse entre chimistes et physiciens du solide. Le composé à chaines de spins Sr₂CuO₃, qui est un excellent exemple de chaine de type Heisenberg antiferromagnétique de spins S = ½, présente une conductivité thermique anisotrope due à des excitations magnétiques le long des chaines, appelées spinons. Afin de comprendre les mécanismes de diffusion responsables de la conduction thermique magnétique observée, nous avons introduit du désordre dans les chaines en effectuant des substitutions chimiques sur les ions qui composent celles-ci. En appliquant la méthode de croissance dite de “zone solvante” (traveling solvent floating zone method) nous avons élaboré des monocristaux de grande pureté de Sr₂CuO₃ substitués, d’une part par des ions Ca²⁺ (S = 0) qui viennent remplacer des ions Sr²⁺ (S = 0) e, situés en dehors des chaines, créant ainsi un désordre dans les liaisons ; et d’ autre part, des cristaux du même composé, substitué par des ions nickel Ni²⁺ (S = 1) qui prennent cette fois la place des ions Cu²⁺ (S = ½) dans les chaines, introduisant du désordre dans la distribution des sites. Après caractérisation des cristaux par les techniques traditionnelles de diffraction X et chimiques, nous avons fait une étude systématique de leurs propriétés magnétiques et thermiques. Des mesures Raman, de susceptibilité magnétique et de chaleur spécifique ont confirmé l’existence du désordre attendu, et ont suggéré que la substitution par le nickel amenait une rupture des chaines alors que celle par le calcium introduisait des défauts dans les chaines. Par ailleurs, à l’aide de mesures de RMN du ⁶³Cu, nous avons pu observer l’ouverture d’un gap de spins dans le spectre d’excitation des spinons, lié au désordre crée. L’analyse des courbes de conductivité thermique semble indiquer la présence d’une forte interaction spinon-phonon qui limite la conduction thermique à basse température. On notera, en particulier, que pour de forts taux de substitution en calcium, la conductivité thermique croit avec la température, mettant ainsi en évidence l’origine magnétique, associée aux spinons, de la conduction thermique. / Heat transport due to magnetic excitations in strongly correlated electronic materials containing low dimensional spin structures such as chains and ladders is an emerging field of research due to a fruitful collaboration between condensed matter physicists and solid state chemists. The spin chain compound Sr₂CuO₃, which is known to be the best realization of the S = ½ Heisenberg antiferromagnetic model, exhibits anisotropic thermal conductivity due to magnetic excitations, called spinons, of the spin chains. In order to understand its magnetic thermal conduction and the nature of scattering mechanisms involved, we have induced disorder into the chain structure by carrying out chemical substitution. Employing the sophisticated traveling solvent floating zone method we have grown high purity single crystals of Ca-substituted Sr₂CuO₃, in which Ca²⁺ (S = 0) ions substitute Sr²⁺ (S = 0) ions situated off the spin chains in the lattice creating a bond disorder, and Ni-substituted Sr₂CuO₃ in which Ni²⁺ (S = 1) ions substitute Cu²⁺ (S = ½) ions in the spin chains creating a site disorder. After characterizing the crystals using standard techniques, we have performed a systematic study of their magnetic and thermal properties. Raman spectra, magnetic susceptibility and specific heat measurements performed on these crystals confirmed the introduction of the anticipated disorder, suggesting that the substituted Ni atoms lead to breaking of the spin chains, and the Ca atoms act as effective in-chain defects. We observed the phenomenon of opening of a spingap in the otherwise gapless spinon excitation spectrum due to the induced disorder using ⁶³Cu NMR measurements. Our analysis of the thermal conductivity measurements points towards the presence of a strong spinon-phonon scattering that limits heat conduction at low temperatures. Remarkably, substituting high concentrations of Ca, we observed that thermal conductivity increases linearly with temperature, revealing the intrinsic magnetic thermal conduction due to spinons.