La canalisation et la création de canaux de liaison, destinées à faciliter le développement industriel et les échanges commerciaux ont entraîné une forte pollution historique ainsi qu’une artificialisation de milieux naturels, désormais soumis aux objectifs de bon potentiel. La remise en suspension par le trafic fluvial des sédiments pose la question de son impact sur la qualité des eaux et sur l’atteinte des objectifs d’état. L’étude de la qualité chimique des sédiments et de l’eau de trois canaux du Nord de la France, la Deûle, la Sensée (naviguées) et la Scarpe (non naviguée) montre que ceux-ci présentent des concentrations variables en P et en ETM (globalement Deûle ~ Scarpe > Sensée), ces derniers restant globalement bien piégés par les sulfures dans les sédiments. Même si les concentrations en ETM dissous restent relativement faibles par rapport aux concentrations enregistrées dans les sédiments, elles peuvent parfois excéder les normes de qualité environnementales de la DCE. La labilité de ces ETM estimée par les DGT s’avère faible y compris pour Pb qui est cependant accumulé de façon importante par les gammares encagés déployés sur les trois sites. La navigation ne semble jouer qu’un rôle limité sur l’enrichissement de la colonne d’eau en métaux et en phosphore dissous, ainsi que sur l’oxygénation des eaux de surface. Le phytoplancton apparaît avoir une influence plus importante que la navigation sur l’évolution de ces milieux. Finalement, l’impact de la navigation sur la qualité chimique de l’eau reste limité en raison de la géochimie singulière du bassin Artois-Picardie. / Rivers channelization and creation of linking channels to facilitate industrial development and trade have led to a strong historical pollution and artificialization of aquatic environments that are now subjected to good potential status objectives. Sediment resuspension by navigation, its impact on water quality and the achievement of status are the main concern of this thesis. Sediment and water chemical quality of three channels of Northern France have been studied: the Deûle River, the Sensée River (both navigated) and the Scarpe River (not navigated). The rivers have varying concentrations of P and ETM (overall Deûle ~ Scarpe > Sensée), which are generally well trapped with sulfides in sediments. Although the concentrations of dissolved ETM remain relatively low compared to the levels recorded in the sediment, they can sometimes exceed the environmental quality standards of the WFD. Lability of these ETM estimated by DGT is weak, even for Pb which is however significantly accumulated by caged gammarids deployed on the three sites. The navigation seems to play a limited role in the enrichment of the water column in dissolved metals and phosphorus, as well as the oxygenation of surface waters. Phytoplankton appears to have a greater influence on the evolution of these environments. Finally, the impact of navigation on the chemical quality of the water remains limited due to the peculiar geochemistry of the Artois-Picardie basin.

Les cellules photovoltaïques en couches minces de silicium cristallin sont des candidates prometteuses pour réduire le prix du watt-crête de l'énergie photovoltaïque, grâce à une très faible utilisation de silicium de haute pureté. Dans notre cas, les couches actives de silicium sont supportées par des substrats, de bas coût et compatibles avec les conditions de haute température nécessaires à une croissance cristalline rapide et de bonne qualité des couches. La société S'TILE développe ces substrats, par frittage à partir de poudres de silicium, et en recristallisant les plaquettes ainsi obtenues. Le but de cette thèse est de valoriser ce substrat pour l'industrie photovoltaïque et de démontrer qu'il est adapté à la fabrication de cellules solaires à bas coût et rendement élevé. Ces travaux utilisent le procédé d'épitaxie de silicium, qui est central pour fabriquer des cellules minces. Ils s'articulent autour de deux axes principaux. Le premier est la fabrication de cellules solaires et leur optimisation sur des substrats de référence monocristallins. Dans ce cadre, de nombreuses voies ont été explorées : l'utilisation de réflecteurs de Bragg en silicium poreux, l'optimisation du dopage de l'émetteur, la formation de gradients de dopage dans la base et l'utilisation de structures à émetteur en face arrière. Ces études ont permis d'évaluer le potentiel de ces différentes voies ; des résultats prometteurs pour l'amélioration du rendement de conversion des cellules sur couches minces ont été obtenus. Le second axe de la thèse est la fabrication de cellules sur les substrats frittés préparés par S'TILE et l'application des moyens développés dans le cadre du premier axe pour améliorer ces cellules. Les rendements encoura-geants obtenus ont ainsi démontré la faisabilité de cellules solaires sur les substrats réalisés par le procédé de frittage à bas coût développé par la société S'TILE.

L'objectif de cette thèse est d'étudier le dépôt de couches minces par pulvérisation plasma à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, en mettant l'accent sur les mécanismes de la formation de la microstructure dans diverses conditions de dépôt pertinentes pour les expériences. Des dépôts de films minces de ZrxCu100-x et AlCoCrCuFeNi sur Si (100) par procédé magnétron de co-pulvérisation ont été étudiés par simulations de dynamique moléculaire utilisant des conditions initiales similaires à celles des expériences. Les résultats montrent que la phase de films minces ZrxCu100-x est déterminée par la composition de l'alliage binaire et par l'énergie cinétique moyenne des atomes incidents. Les alliages AlCoCrCuFeNi simulés possèdent la structure fcc / bcc modulée par la composition, en conformité avec l'expérience. Ils ont une tendance à évoluer vers une solution solide de verres métalliques massifs a été trouvée. Le dépôt par pulvérisation plasma d'atomes de platine sur deux substrats carbonés nanostructurés (carbone poreux et nanotubes de carbone) a également été étudié à température ambiante (300K) et pour deux ensembles de paramètres de potentiels Lennard-Jones et à trois distributions d’énergie cinétique différentes d'atomes Pt incidents sur le substrat. Les résultats des simulations sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, la simulation numérique des décharges magnétron a été introduite en vue de déterminer les paramètres d'entrée pour les simulations de MD. Les particules chargées sont décrites par le modèle hydrodynamique, en utilisant des expressions classiques des flux. Les caractéristiques du réacteur sont reproduites par les premières simulations. / The objective of this thesis is to study the deposition of thin films by plasma sputtering using moleculardynamics simulations, focusing on the mechanisms of formation of the microstructure in various deposition conditions relevant to experiments. Deposition of thin films AlCoCrCuFeNi and ZrxCu100-x on Si (100) by magnetron sputtering process of co-sputtering have been studied by molecular dynamics simulations using similar experiments to those initial conditions. The results show that the phase ZrxCu100-x thin films is determined by the composition of the binary alloy and the average kinetic energy of the incident atoms. The simulated AlCoCrCuFeNi alloys have fcc / bcc structure modulated by the composition in accordance with experience. They have a tendency to evolve into a solid solution of bulk metallic glasses found. Plasma deposition of platinum atoms spray on two nanostructured carbon substrates (porous carbon and carbon nanotubes) has also been studied at room temperature (300K) and two sets of parameters of Lennard-Jones potential and three distributions of different kinetic energy Pt atoms incident on the substrate. The simulation results are in good agreement with the experimental results. Finally, the numerical simulation of magnetron discharges was introduced to determine the input parameters for the MD simulations. The charged particles are described by the hydrodynamic model, expressions using conventional flow. The characteristics of the reactor are reproduced by the first simulations.

Les principales évolutions requises pour répondre aux besoins de la microélectronique visent à intégrer une micro-source d’énergie susceptible de fonctionner à plus bas potentiel que les systèmes actuels. Ainsi, en vue de répondre à cette demande, ce travail de recherche s’est focalisé sur l’étude, principalement par spectroscopie photoélectronique à rayonnement X (XPS), de deux matériaux d’électrode positive fonctionnant à 3 V vs Li+/Li : le spinelle LiMn2O4 et le Nasicon Fe2(MoO4)3. Le bismuth, matériau potentiel d’électrode négative susceptible de remplacer le lithium métallique et de subir le procédé de soudure classiquement utilisé en microélectronique (le solder reflow), est également étudié dans le cadre de cette thèse. Avant de caractériser ces matériaux en systèmes tout-solide, la première étape consiste à en étudier les comportements électrochimiques en électrolytes liquides. A cet effet, des couches minces d’une épaisseur d’environ 500 nm sont préparées par pulvérisation cathodique après une étape d’optimisation des paramètres de dépôt (puissance, pression partielle et totale dans l’enceinte de dépôt, température de recuit, …), puis caractérisées sur les plans structural (DRX), morphologique (SEM) et chimique (XPS, RBS, ICP). L’analyse des échantillons par XPS en fin de décharge et de charge a permis de mieux comprendre et d’expliquer les réactions électrochimiques se produisant au sein des matériaux et aux interfaces électrode/électrolyte dans les batteries au lithium. Une étude comparative avec un cyclage face au sodium a également été menée dans le cas du molybdate de fer et du bismuth, ce qui a permis d’identifier des comportements spécifiques lors de l’insertion/désinsertion des deux alcalins. L’homogénéité de la lithiation/sodation des couches minces a également été étudiée à partir de différentes analyses XPS menées après un procédé de décapage permettant de s’affranchir de la couche de passivation formée à l’interface électrode/électrolyte.Cette étude contribue à une meilleure connaissance des matériaux d’électrodes en cyclage pour micro-batteries au lithium et présente des perspectives très intéressantes d’intégration dans des dispositifs « tout solide ». / The main evolutions required for microelectronic applications aim to integrate an energy microsource operating at lower potential than current systems. Thus, in order to meet this demand, this research work has been focused on the study, mainly by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), of two positive electrode materials operating at 3 V vs Li+/Li: the spinel-type material LiMn2O4 and the Nasicon-type one Fe2(MoO4)3. The bismuth, a potential negative electrode material likely to replace the metallic lithium and to undergo the soldering process conventionally used in microelectronics (the solder reflow), has also been studied in this work. Before studying these materials in all-solid-state systems, the first step consists in investigating their electrochemical behaviors in liquid electrolytes. For this purpose, 500 nm-thick thin films are prepared by magnetron sputtering after a step of deposition parameters optimization (power, partial and total pressures in the sputtering chamber, annealing temperature, etc.). Physicochemical proprieties of the deposited thin films are then investigated by XRD, SEM, XPS, RBS and ICP analyses. The analyses of the electrodes by XPS at the end of discharge and charge has allowed better understanding of the electrochemical reactions occurring within the electrode materials and at the electrode/electrolyte interfaces in lithium cells. A comparative study with cycling against sodium has also been carried out in the case of iron molybdate and bismuth materials. This has allowed identifying specific behaviors of the thin films during the insertion/extraction of the two alkalis. The homogeneity of the thin films lithiation/sodiation has also been studied from various XPS analyses realized after etching process which allows eliminating the passivation layer formed at the electrode/electrolyte interface.This study contributes to a better knowledge of three potential electrode materials candidates for lithium micro-batteries and presents very interesting perspectives of materials integration in all solid state systems.

Au cours de ces travaux de thèse, la mésostructure et le comportement électrique/photoélectrique de mélanges de polymères semi-conducteur et ferroélectrique en films minces ont été étudiés pour des applications en électronique organique. Les propriétés de semi-conduction du P3HT et de ferroélectricité du P(VDF-TrFe) ont été associées au sein d’une même couche active. Il a été observé que le développement d’une morphologie de la couche active en film mince présentant des domaines bi-continus permet de conserver les propriétés intrinsèques des deux matériaux. Des dispositifs de type stockage d’informations ont été réalisés à partir de la couche active composée de 10 % P3HT – 90 % P(VDF-TrFe) et la modulation des propriétés d’injection des dispositifs par le champ ferroélectrique a été étudiée. Des cellules photovoltaïques ont également été réalisées à partir de cette couche active qui présente des propriétés optoélectroniques qui varient selon l’état de polarisation du P(VDF-TrFe). L’influence du champ ferroélectrique sur l’efficacité de la photogénération de charges du P3HT et la modulation du photocourant par l’état de polarisation du P(VDF-TrFe) ont ainsi été déterminées. / In this thesis, the mesostructure and the electric/photoelectric behavior of ferroelectric/semi-conductor polymer blends in thin films have been studied for organic electronic applications. The semi-conductivity property of P3HT was associated with the ferroelectricity of P(VDF-TrFe) in one active layer. It has been observed that the intrinsic properties of both materials remained with the bi-continous morphology of these thin films. Memory devices were fabricated based on the 10 % P3HT – 90 % P(VDF-TrFe) active layer and the modulation of the injection properties by the ferroelectric field has been studied. We have also demonstrated that the P3HT/P(VDF-TrFe) thin films exhibit optoelectronic properties which depend on the polarization state of P(VDF-TrFe). The influence of the ferroelectric field on the photogeneration of charges of P3HT and the variation of the photocurrent with the polarization state of P(VDF-TrFe) were determined.

L’élaboration de résistances calculables basées sur des dépôts de couches métalliques ultra minces s’inscrit dans un objectif général d’amélioration des connaissances des constantes fondamentales de structure fine , de von Klitzing RK, et Josephson KJ qui constitueront probablement la future base de définition des unités électriques dans le système International.Le Laboratoire National de Métrologie et d’Essais a développé un nouveau design d’étalon de résistance en alternatif, compact et robuste, basé sur le dépôt d’un film métallique ultra mince. Des revêtements à base de Ni80Cr20, Ni50Cr50 et evanohm ont donc été déposés sur substrats en céramique plans et cylindriques, par pulvérisation cathodique magnétron dans un réacteur de type Alcatel SCM 450. Les valeurs de résistance finales sont obtenues par mesures d’impédance de haute précision (HP 3458A) et reliées aux caractéristiques des films telles que l’épaisseur, l’homogénéité (en épaisseur et en composition) ou encore la structure cristalline. Finalement, il a fallu maîtriser les dépôts de couches ultra minces métalliques résistives sur des substrats cylindriques pour obtenir, compte tenu des très faibles épaisseurs des films, une homogénéité sur toute la longueur du bâtonnet de céramique et de très fortes résistivités par carré. Une amélioration des incertitudes dans la détermination de RK est attendue avec des conséquences directes sur les choix futurs du Comité International des Poids et Mesures concernant une éventuelle redéfinition du système international d’unité. / The development of calculable resistors based on ultra thin metallic films lies within a general purpose of enhancing of our knowledge of fundamental constants (fine structure α, von Klitzing RK, and Josephson KJ) which will probably constitute the future definition basis of the electric units in the International System. The National Laboratory of Metrology developed a new design of standard AC (alternative current) resistance, compact and strong, based on ultra thin metal film deposition. The Phase Vapor Deposition process is able to elaborate films whose composition, structure, adhesion, thickness or still homogeneity are controllable. That’s why Ni80Cr20, Ni50Cr50 and evanohm thin film were thus deposited on cylindrical ceramic substrate by cathodic magnetron sputtering in an Alcatel SCM 450 type reactor. The final resistance values are obtained by high precision impedance measures (HP 3458A) and linked with the characteristics of films such as the thickness, the homogeneity (thickness and composition) or still the crystalline structure. A particular attention is also awarded to the effects of ageing and\or oxidation on the stability of the resistance values. Finally, we have to control ultra thin resistive film deposition on cylindrical substrate to obtain, considering the very weak thicknesses of coats, homogeneity on all the length of the ceramic stick and very strong resistivities by square. An improvement of the uncertainties in the determination of RK is waited with direct consequences on the future choices of the International Committee of the Weights and Measures concerning a possible redefining of the International System of unity.

Les "Oxydes Transparents et Conducteurs" (TCOs) possèdent une conductivité de type métallique tout en conservant, à l'état de films minces, une absorption négligeable dans tout le domaine visible. Malgré les recherches intensives menées durant ces 35 dernières années, il est nécessaire d'obtenir des TCOs avec de meilleures performances afin de répondre aux exigences des nouveaux dispositifs opto-électroniques. C'est dans cette optique que nous avons étudié des TCOs suivants sous forme de céramiques et de couches minces : (i) ATO et AZTO (symbolisant respectivement l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine et l'oxyde d'étain co-dopé à l'antimoine et au zinc) ; (ii) IO (symbolisant l'oxyde d'indium) dopé avec des éléments spécifiques (résultats confidentiels) qui confèrent une conductivité électronique remarquable même lorsque le dépôt est réalisé sur substrat plastique. Dans le cas de AZTO, le co-dopage nous a permis d'obtenir des céramiques très denses et conductrices, sans perte d'antimoine lors du frittage. Par ailleurs, la conductivité électronique des films minces AZTO peut être modulée grâce au co-dopage. Ainsi nous pouvons proposer de nouveaux TCOs présentant des performances adaptées aux besoins d'applications spécifiques.

La réduction de la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide, de 1000°C à moins de 700°C, est la meilleure solution pour en diminuer les coûts de fabrication et augmenter la durée de vie. Néanmoins, l'abaissement de la température de fonctionnement s'accompagne d'une chute ohmique au sein de l'électrolyte et une augmentation des surtensions aux électrodes entraînant une diminution des performances de la pile. Dans cette optique, notre étude est centrée sur la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures pour les piles SOFC. Des demi-cellules cathode/électrolyte avec des couches minces interfaciales de YSZ, LSM et La2NiO4 ont été élaborées sur des substrats denses de YSZ par différentes techniques (ALD, PVD et sol-gel). Ces demi-cellules ont été caractérisées par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X) ; leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. Une deuxième étude a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ) présentant un gradient de composition, permettant de passer d'une conduction ionique à une conduction électronique. La dernière partie de ce travail a été dédiée à un nouveau matériau composite d'électrolyte, GDC-carbonates, dont l'étude des propriétés électriques et de vieillissement a montré des résultats encourageants.

L'annulaire des conduites pétrolières flexibles est un espace confiné entre deux gaines polymère qui peut contenir de l'eau et du CO2. Il présente un rapport V/S entre le volume d'électrolyte et la surface d'acier exposée généralement compris entre 0,01 et 0,06 mL cm-2. Dans ce type d'environnement confiné, le pH est relativement élevé tandis que les vitesses de corrosion sont très faibles par rapport à la situation rencontrée en plein bain. Afin d'étudier cet effet de confinement, une cellule à couche mince originale a été développée et validée. Celle-ci comprend un système d'apport de gaz et un dispositif de contrôle du positionnement. Les effets de la chute ohmique ont ensuite été modélisés à l'aide d'une ligne de transmission afin de calculer l'impédance dans cette cellule. A partir de ce modèle, les impédances mesurées lors de la corrosion d'un acier faiblement allié recouvert d'un film mince d'électrolyte contenant du CO2 dissous ont été analysées. La diminution des vitesses de corrosion en milieu confiné est attribuée à un blocage de la surface active de l'acier par un film de sidérite isolant. Un modèle de corrosion tenant compte de ce blocage ainsi que de l'effet tampon induit par la présence de CO2 dissous a été développé. Les prévisions théoriques sont en bon accord avec les observations expérimentales à l'état stationnaire.

Bien que les interconnexions optiques sur de longues distances soient supplantées depuislongtemps par leurs homologues électriques, la fabrication tout optique d'interconnexions surcourtes distances n'a pas encore été achevée en raison de la difficulté à les intégrer de manièresimple et rentable sur des cartes de circuits imprimés.<br />Les structures de couplage sont les éléments clés de ces dispositifs d'interconnexion sur courtesdistances car d'une part elles peuvent limiter significativement l'efficacité globale des composants etd'autre part, représentent la majeure partie de leur prix. Nous avons choisi de travailler avec descouplages à réseaux qui ont l'avantage d'être compatible avec les technologies planaires existantesainsi qu'avec une production en série. Dans ce manuscrit, nous proposons de fabriquer et decaractériser un démonstrateur tout optique comprenant deux réseaux résonnants agissant commeles portes d'entrée et de sortie de la lumière propagée dans un guide d'ondes multimode. Sondesign est original et permet théoriquement d'atteindre une efficacité de 90 %.<br />Dans le cadre d'un réseau d'excellence européen en micro-optique (NEMO), nous avons comparél'efficacité de deux démonstrateurs fabriqués sur le même principe. Le premier utilise des matériauxcommerciaux pour la fabrication des réseaux de diffraction et du guide d'ondes multimode tandisque le second utilise des matériaux innovants (tels que les matériaux hybrides organo-minéraux)ainsi que des procédés développés au laboratoire Hubert Curien.