Les caloducs permettent, au sein des équipements dans lesquels ils sont intégrés, de transférer de grandes quantités de chaleur en utilisant l'enthalpie de changement de phase d'un fluide à l'état de saturation. Ils garantissent ainsi de faibles gradients de températures. Grâce à leur fiabilité, leur autonomie et leur encombrement réduit, les caloducs sont des technologies dont le développement est en plein essor. La compréhension de la physique mise en jeu dans ces systèmes requiert une modélisation numérique fine des phénomènes régissant les transferts de masse et de chaleur qui s'y produisent. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement à la modélisation des échanges au sein des deux technologies particulières que sont les caloducs à pompage capillaire à rainures axiales et les caloducs tournants. Ce mémoire fournit d'abord, dans les deux premiers chapitres, une présentation générale des caloducs et des phénomènes physiques intervenant dans leur fonctionnement. Suit, une caractérisation complète de la micro-région située en haut des rainures des évaporateurs de caloducs rainurés. Cette région constitue une zone d'échange privilégiée. Des résultats originaux sont mis en évidence et sont établies, en particulier, des corrélations permettant de modéliser précisément cette micro-région au sein de modèles macroscopiques d'évaporateur. Le modèle utilisé pour la description de la micro-région est ensuite étendu à la caractérisation des transferts de masse et de chaleur au sein du film de liquide le long d'un caloduc tournant. Les résultats permettent alors de quantifier l'influence de certaines conditions de fonctionnement du caloduc sur ses performances. Enfin, à l'aide du code Trio_U développé au CEA-Grenoble, de premières caractérisations de comportement à l'interface liquide/vapeur sont effectuées pour des situations d'écoulements simples avant d'envisager d'étendre nos premiers travaux à la modélisation thermo- hydraulique d'un caloduc complet.

Ce travail s'inscrit dans le contexte des métamatériaux microondes avec possibilité de les accorder par films minces ferroélectriques. Nous étudions dans un premier temps l'extraction de la permittivité complexe d'un film mince de Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) déposé par voie sol-gel. Alors que la plupart des études sur les matériaux ferroélectriques présentent des résultats à relativement basses fréquences (souvent quelques dizaines de gigahertz), la caractérisation de la fonction diélectrique du BST est ici effectuée dans une très large gamme de fréquences (1MHz - 2.6THz). Ces mesures ont permis de mettre en évidence une dispersion de la permittivité complexe suivant un modèle de type Cole-Cole, traduisant une distribution des temps de relaxation. L'intégration de ces films minces dans des structures microondes est ensuite effectuée. Des circuits déphaseurs, éléments de base de la commande d'une antenne à balayage électronique, sont considérés. D'une part, des lignes classiques à retard de phase sont caractérisées et montrent des performances atteignant un déphasage différentiel de 360° à 30 GHz sous 40 Volts. D'autre part, des lignes à avance de phase sont conçues et caractérisées pour fonctionner en régime composite équilibré. Le point particulier d'indice nul en régime superluminal voit sa fréquence changer en tension avec le glissement du diagramme de dispersion. Les micro-résonateurs, permettant de créer un moment magnétique artificiel, peuvent aussi tirer profit du changement de permittivité des films minces de BST pour accorder les caractéristiques de transmission-réjection de lignes de transmission chargées par ces résonateurs. Ici, cette propriété est démontrée en technologie microruban. Une microstructuration du film ferroélectrique est réalisée réduisant le dépôt à la zone d'agilité, entraînant une réduction des pertes diélectriques. Enfin, la propriété de réfraction négative des métamatériaux est démontrée par la fabrication d'un prototype fonctionnant en régime composite équilibré dans les bandes X et Ku. Les étapes de conception par simulations numériques permettent de mettre en évidence les trois zones principales du diagramme de dispersion où la réfraction est respectivement négative, nulle et positive. Ces résultats sont vérifiés expérimentalement par la mesure de l'amplitude de l'onde réfractée à l'aide d'un dispositif de type goniomètre.

Des progrès importants ont été faits dans la compréhension de la technique de réflectivité de neutrons polarisés avec analyse de polarisation à la fois sur le plan théorique (effets d'énergie Zeeman) et expérimental (polarisation des faisceaux). Nous avons montré que la modélisation des expériences de réflectivité et leur simulation numérique permet de se dispenser de mesurer systématiquement l'ensemble des courbes de réflectivité pour chaque condition de champ et de température. Pour un système de bicouches magnétiques, il a été possible d'obtenir des informations magnétiques résolues en profondeur en fonction du champ magnétique appliqué grâce à quelques points expérimentaux de l'espace réciproque. Cette technique permet de réduire considérablement les temps d'expérience. Dans des systèmes de couches simples de nickel, nous avons montré qu'il est possible d'induire des inhomogénéités de rotation de l'aimantation lorsque ces systèmes sont soumis à des contraintes de déformation. Ces effets sont liés à des gradients de constante magnéto-élastique (ME). Dans des systèmes de tricouches à constante ME modulée nous avons pu induire des gradients de rotation d'aimantation importants. Une nouvelle technique magnéto-optique de mesure de la direction de l'aimantation dans des films minces sans rotation du champ magnétique extérieur appliqué a été démontrée. Le champ d'utilisation de la réflectivité de neutrons a été étendu au domaine non spéculaire. Il a été possible de rendre compte quantitativement de la diffusion hors spéculaire sur des systèmes 2D modèles de réseaux lithographiés. Cette nouvelle technique permettra à moyen terme de déterminer quantitativement l'aimantation de structures magnétiques avec une résolution non seulement en profondeur mais aussi latéralement dans le plan des couches magnétiques.

Pour la recherche de la matière noire sous forme de WIMPs l'expérience EDELWEISS utilise des détecteurs ionisation-chaleur qui permettent de les discriminer du fond radioactif. Cette méthode est limitée par les événements à collecte incomplète de charge qui ont lieu près des électrodes. Dans le but d'identifier et rejeter ces événements, des détecteurs équipés de couches minces servant à la fois de thermomètres, sensibles au régime thermique transitoire (régime athermique), et d'électrodes de collecte sont développés. Leur optimisation en terme de rejet des événements de surface et la modélisation des processus physiques permettant cette identification font l'objet de cette thèse. L'optimisation doit conserver une résolution en énergie qui conduise à un seuil de l'ordre de 30 keV et un volume fiduciel de détecteur maximal. Ce travail explore quatre générations de détecteurs qui correspondent à des évolutions successives de leur conception. Dans tous les cas l'électrode-thermomètre est une couche mince de NbSi amorphe de type isolant d'Anderson polarisée par deux peignes interdigités en Niobium. En dépit des progrès réalisés la génération la plus aboutie ne présente pas les performances requises pour l'expérience EDELWEISS II. L'étude menée a montré la difficulté de la modélisation des signaux thermique transitoires car la collecte des charges y apporte des contributions complexes. Des pistes émergent de ce travail pour explorer de nouvelles configuration de ces détecteurs afin d'exploiter mieux le régime athermique pour améliorer le pouvoir de rejet et la résolution.

Ce travail de thèse s'inscrit dans la thématique du stockage de données sur disques optiques haute densité. Il porte plus précisément sur une technologie visant à accroître la capacité des disques optiques, fondée sur l'emploi de techniques dites de Super-Résolution. Ces disques, qui comprennent des informations théoriquement trop petites pour être détectables, peuvent néanmoins être lus si leurs propriétés optiques varient localement sous l'influence du faisceau laser de lecture. Nous avons mis en évidence ce phénomène dans cette thèse, en insérant unempilements actif de couchesminces au coeur des disques. En particulier, nous avons montré que l'introduction d'une couche mince du matériau semiconducteur InSb permet de doubler la densité des disques optiques au format Blu-Ray, portant ainsi leur capacité à 46 Go. Nous avons également montré, par le biais de caractérisations optiques statiques, que la réflectivité de ce matériau augmente de manière réversible et reproductible sous excitation laser intense. Nous avons évalué l'importance de la thermique dans les mécanismes physiques et physico-chimiques associés à ces variations de propriétés optiques et avons réalisé une modélisation thermo-optique de l'évolution transitoire de la réflectivité des empilements actifs, fondée sur la variation des propriétés optiques de InSb avec la température.

Ce travail démontre la faisabilité de deux procédés de polymérisation d'un précurseur gazeux dans un plasma radiofréquence basse pression et liquide déposé sur un substrat activé par décharge à barrière diélectrique à pression atmosphérique pour l'obtention de couches minces de polymère. L'étude porte sur la fonctionnalisation de substrats organiques par des fonctions éther, connues pour leurs propriétés d'anti-adhésion vis-à-vis des microorganismes biologiques. Le procédé « voie sèche » par plasma radiofréquence basse pression induit la fragmentation du précurseur gazeux de façon contrôlée, à l'aide des paramètres de régulation de la décharge. Les dépôts formés sont homogènes, adhérant au substrat, stables au lavage et à la stérilisation par autoclave et possèdent un taux de rétention de la fonction C-O compris entre 70 et 80% suivant le monomère utilisé. Le procédé « voie humide » permet d'activer, par Décharge à Barrière Diélectrique à pression atmosphérique, des substrats de polystyrène et de polyéthylène à densité surfacique d'énergie contrôlée. Le précurseur est ensuite déposé en post-décharge sur le substrat prétraité, sous forme d'un nébulisât de gouttelettes microniques chargées par Pulvérisation ElectroHydroDynamique en mode cône-jet pour former un film liquide à flux de matière contrôlé. Cette étude a permis de confirmer que la polymérisation est initiée par les radicaux générés en surface du substrat formant des dépôts de quelques µm d'épaisseur. Les rendements de polymérisation dépendent alors de la densité surfacique d'énergie transférée au substrat, de la masse déposée par unité de surface et du temps entre le prétraitement et le dépôt.

Le phénomène de couplage d'échange est à la base du fonctionnement des capteurs magnétiques modernes ainsi que des futures mémoires magnétiques non volatiles. Bien que ce phénomène ait été découvert il y a plus de 50 ans et que son principe soit déjà utilisé pour des applications industrielles, les mécanismes physiques mis en jeu ne sont pas entièrement compris. Dans ce contexte, nous avons choisi d'étudier le système Co/alpha-Fe2O3 qui peut être considéré comme un système modèle ferromagnétique/antiferromagnétique pour l'étude du couplage d'échange.<br />Les films d'hématite (alpha-Fe2O3) ont été élaborés par épitaxie par jet moléculaire assistée par plasma d'oxygène atomique et ensuite caractérisés avec les techniques usuelles de surface réalisées sous ultra-vide au laboratoire. La croissance, la structure ainsi que les propriétés magnétiques des films minces d'hématite ont été étudiées en détail par de nombreuses expériences réalisées sur grands instruments (rayonnement synchrotron et diffusion de neutrons). Le cobalt est ensuite déposé in-situ sur ces films d'hématite d'une épaisseur de 20 nm. Les différentes expériences ont mené à une description détaillée du magnétisme (moment magnétique, aimantation, domaines...) ainsi qu'à une caractérisation fine du système Co/alpha-Fe2O3 (structure, morphologie...). Une attention particulière a été portée à la description de l'interface, élément déterminant du couplage d'échange. Ce travail expérimental repose sur l'utilisation d'un vaste ensemble de techniques de laboratoire (AES, XPS, RHEED, LEED, MOKE, VSM) complété par des expériences utilisant le rayonnement synchrotron (XAS, XMLD, XMCD, X-PEEM, GIXD, GISAXS) et la diffusion des neutrons.

Cette étude a pour but d'améliorer la compréhension et la modélisation du comportement en indentation de substrats de verre revêtus.<br /><br />Nous nous intéressons d'abord au contact élastique sur un substrat revêtu. Nous développons un algorithme semi-analytique permettant un calcul efficace de ce type de contacts. L'influence des désaccords de propriétés élastiques sur la réponse mécanique est étudiée. La méthode d'Oliver et Pharr induit une erreur sur la valeur du rayon de contact sur des systèmes revêtus. Nous proposons des pistes pour résoudre ce problème.<br /><br />Nous nous intéressons ensuite au comportement élastoplastique du verre de silice. Nous utilisons la microspectroscopie Raman pour évaluer la densité locale de ce matériau et ainsi cartographier la densification dans de la silice amorphe indentée et caractériser en pression hydrostatique de l'écrouissage de ce matériau. La prise en compte de cet écrouissage améliore les lois de comportement existantes. Nous étudions l'augmentation de la raideur de la silice amorphe avec sa densité. Nous utilisons la luminescence de Cr3+ pour étendre ces méthodes expérimentales à d'autres verres silicatés.

Ces quinze dernières années, l'élaboration d'oxydes fonctionnels sous forme de couches minces a connu un essor important. En microélectronique, ainsi qu'en spintronique, il est important de pouvoir synthétiser des films cristallins avec une épaisseur nanométrique et une interface abrupte. Dans cette configuration, les propriétés des films diffèrent des propriétés du matériau massif, notamment de part l'importance des conditions à l'interface entre le film et le substrat. Cette étude est focalisée sur la croissance par MOCVD a injection pulsée d'oxydes a base de fer : Fe3O4, g-Fe2O3 et BiFeO3. L'originalité de ce travail découle des études in situ des premiers stades de la croissance des films par AFM (microscope a force atomique) sous ultravide.

Des couches minces d'oxynitrure de titane, TiNxOy, ont été élaborées sur Si(100) par MOCVD (dépôt chimique en phase vapeur) à partir d'isopropoxyde de titane Ti(OCH(CH3)2)4 et d'ammoniac NH3. En modifiant la température de croissance, il est possible de contrôler le rapport N/O et d'obtenir ainsi des composés de conductivité variable.<br /><br />L'objectif de ce travail était la détermination de la composition et de la structure des couches minces de TiNxOy de façon à en comprendre les propriétés électriques. Cependant, cette étude s'est rapidement avérée plus complexe que prévue, les techniques de caractérisation classiques (MEB, DRX, Raman, XPS...) étant insuffisantes pour décrire le système TiNxOy dans sa totalité. En effet, une seule phase cristallisée, isomorphe de TiN, a pu être mise en évidence dans les échantillons élaborés à haute température (T > 550 °C) tandis que des analyses quantitatives ont révélé des proportions d'oxygène relativement importantes dans tous les échantillons. Aussi, cette étude a été élargie à des films de TiN afin de comprendre l'importance de l'oxygène dans cette structure.<br /><br />Des méthodes de caractérisation originales, basées sur le fait qu'il est possible de relier la structure d'un matériau à sa réactivité, ont alors été mises en œuvre afin de compléter les analyses précédentes. Notamment, l'étude de la réactivité des couches minces vis-à-vis d'une irradiation ionique ou lors de traitements thermiques a permis de qualifier et quantifier les différentes phases des films minces de TiNxOy en réalité constitués d'une phase Ti(N,O) conductrice et d'une phase TiO2 isolante. Un modèle de percolation permettant la simulation des variations de conductivité des films à partir des proportions relatives de chacune de ces deux phases a alors pu être proposé.