L'intérêt porté au domaine Terahertz (THz) ayant beau être en pleine expansion depuis les années 1990, un gros effort de recherche doit encore être effectué pour tirer la quintessence des applications actuelles ou potentielles que représente cette gamme du spectre électromagnétique dans des domaines aussi variés que la spectroscopie, la cosmologie, l'imagerie médicale, la sécurité ou les télécommunications. En effet les sources, les détecteurs mais également les outils qui permettent d'amplifier ou de moduler un signal – dispositifs très présents dans les régions voisines du spectre électromagnétique que sont l'infrarouge et les micro-ondes - sont encore particulièrement limités par des facteurs tels que la compacité, la température de fonctionnement, l'intégrabilité mais également la puissance, la sensibilité ou encore le coût.Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de divers composants en nitrure de gallium (GaN) contenant un puits quantique avec pour objectif de déterminer leurs capacités d'émission, d'amplification ou de détection d'une radiation THz.Pour ce faire, trois différents dispositifs expérimentaux ont été utilisés, améliorés ou même créés dans le but de pouvoir faire varier des paramètres tels que la polarisation électrique, leur température de fonctionnement, les fréquences THz sondées et bien sûr les différentes géométries des échantillons.De plus amples détails sur le monde des THz, sur les dispositifs électroniques GaN utilisés ainsi que sur les montages expérimentaux mis en places sont développés dans ce manuscrit de thèse. Les principaux résultats expérimentaux obtenus montrent :- une émission vers 3 THz avec une fréquence accordable en fonction du champ électrique appliqué au puits quantique GaN,- un coefficient de transmission variable en fonction de la tension appliquée aux contacts en doigts interdigités de différentes structures GaN,- la détection hétérodyne de radiations avec une fréquence RF de 0,3 THz et IF pouvant monter jusqu'à 40 GHz. De plus, chaque type de résultats expérimentaux a été expliqué théoriquement à l'aide de modèles analytiques développés en collaboration avec des équipes internationales au cours de ces trois dernières années. / Even if the interest upon the Terahertz (THz) domain is increasing since the 1990s, a strong research effort still needs to be done to get the most of the current and potential applications that this area of the electromagnetic spectrum has to offer in the various domains of spectroscopy, cosmology, medical imaging, security and telecommunications. Indeed, sources, detectors and even the tools that permits to amplify or modulate a signal – these devices are well developed in the neighboring regions of infrared and microwaves – are still particularly limited by characteristics like compactness, operating temperature, integrability but also power, sensitivity or cost.This thesis focuses on the experimental study of different gallium nitride (GaN) devices containing a quantum well. The main objective was to determine their capacities in emission, amplification or detection of a THz radiation.To do so, three different experimental setups where used, improved or even created in order to be able to change parameters like the electric bias, their working temperature, the probed THz frequencies and of course the different geometries of the samples.More details about the THz domain, the studied GaN electronic devices and the used experimental setups are developed in this PhD thesis.The main obtained experimental results show:- an emission of radiation near 3 THz with a tunable frequency versus electric field applied to the GaN quantum well,- a transmission coefficient variable as a function of the voltage applied to the contacts of different GaN interdigitated fingers structures,- heterodyne detection of radiation with a RF frequency of 0.3 THz and an IF that can reach up 40 GHz.In addition, each type of experimental results has been investigated theoretically using analytical models developed in collaboration with international teams during the past three years.

Les moteurs piézoélectriques inertiels sont classiquement considéréscomme des moteurs d’une grande simplicité, mais offrant des forces et desvitesses inférieures aux autres technologies de moteurs piézoélectriques. L’étudeprésentée porte sur l’introduction d’un actionneur piézoélectrique amplifiécomme composant actif du moteur inertiel. L’objectif des travaux est decomprendre et valider, théoriquement et expérimentalement, l’intérêt del’innovation sur la vitesse maximale du moteur ainsi sur l’appel de courantnécessaire à son fonctionnement. La modélisation, analytique puis numérique,permet d’argumenter sur le réel intérêt et les limites de l’amplification dans lesmoteurs piézoélectriques inertiels. En complément, les conceptions, réalisationset tests de trois échelles de moteurs sont effectués, pour divers environnements.Les contraintes vont de la compatibilité à un fort champ magnétique (typeImagerie médicale par Résonnance Magnétique) jusqu’aux contraintes dudomaine spatial (vide, sollicitations mécaniques), en passant par laminiaturisation, la maximisation des efforts, ainsi que le fonctionnement à desbasses températures (jusqu’à -180°C). L’utilisation de paramètres « ajustables »des moteurs inertiels, tels que le signal de commande par exemple, permet des’assurer de la possible répétabilité des moteurs mais aussi d’étendre lespossibilités d’application. Finalement, la démarche de conception à l’aide deparamètres « arrêtés » complétés par des paramètres « ajustables » semblantoffrir de bonnes perspectives d’application au domaine mécatronique, elle estsynthétisée et globalisée afin de permettre aux concepteurs de la mettre enoeuvre. / Inertial Piezoelectric Motors are basically considered as extremely simplemotors, but weak and slow compared to other piezoelectric motor technologies.The present study is about introduction of amplified piezoelectric actuator asactive component of an inertial motor. The aim of this work is to understand andvalidate the benefits from amplification in terms of motor maximal speed as wellas motor input current, with theory and experimentations. Building of models,analytical and numerical, allows arguing on real interests and limitations of theproposed innovation. As a complement, designs, realisations and tests are madeon three different scales of motors, in order to fit various environmentsconstrains. These constrains go from strong magnetic fields compatibility (suchas Magnetic Resonant Medical Imaging) to space application field (vacuum,vibrations…), passing by miniaturisation, force maximisation, as well as lowtemperature operation (down to -180°C). In addition to design, use of“adjustable” parameters of inertial motors, input signal as an example, giveslarger application opportunities, by increasing force range, etc. Finally, becausedesign process using “stopped” and “adjustable” parameters seems to offergood application perspectives to mechatronics field, this process is summarisedand generalised in order to be implemented by designers.

Les propriétés thermiques exceptionnelles de l’hélium superfluide, ou He-II, sont mises à profit pour la réfrigération cryogénique d'installations de forte puissance, bien que les mécanismes physiques sous-jacents restent mal compris. L’He-II peut être décrit à l’échelle macroscopique comme la superposition de deux fluides en interaction : un fluide normal se comportant comme un liquide ordinaire, et un superfluide sans viscosité. En présence d’une source de chaleur, un contre-courant s’établit naturellement entre ces deux composantes. L’évacuation de la chaleur par ce contre-courant est limitée par l’apparition d’instabilités dans des conditions mal comprises ; la grande dispersion des données expérimentales ne permettant pas de discriminer les différents modèles théoriques. Cette thèse examine à l’aide de simulations numériques le rôle des conditions aux bords et du couplage mutuel entre les deux composantes de l’He-II dans le déclenchement des instabilités de contre-courant.Une approche originale de type Boltzmann sur réseau a été développée pour modéliser à l’échelle mésoscopique l'interaction entre les deux composantes de l’He-II. Un code reproduisant les écoulements de contre-courant en conduite 2d et 3d a été développé et validé. Les résultats obtenus indiquent des effets d’entrée de conduite amplifiés pour la composante superfluide, qui engendrent des pertes de charge anormalement élevées. Le mécanisme responsable de ces effets d’entrée a été étudié et il est montré qu'il peut fausser la détection du seuil de transition dans des conduites trop courtes ; ceci peut expliquer en partie la dispersion des données expérimentales.Pour illustrer la puissance de l'approche dans une géométrie complexe, le sillage d'un obstacle dans un écoulement de contre-courant a été simulé. La présence de zones de recirculation des deux côtés de l’obstacle, déjà observée expérimentalement, est retrouvée et expliquée par un mécanisme original de parois virtuelles. / The exceptional thermal properties of superfluid helium, or He-II, are exploited to the cryogenic refrigeration of high power installations, although the underlying physical mechanisms remain poorly understood. The He-II can be described macroscopically as the superposition of two fluids in interaction: a normal fluid behaves as an ordinary liquid, and a superfluid without viscosity. In the presence of a heat source, a counterflow established between these two components. The heat dissipation by this counterflow is limited by the occurrence of instabilities in misunderstood condition; the wide dispersion of experimental data does not allow to discriminate between the different theoretical models. This thesis examines using numerical simulations the role of boundary conditions and the mutual coupling between the two components of the He-II in triggering instabilities in counterflow.An innovative lattice Boltzmann type approach was developed to model the mesoscopic scale interaction between the two components of the He-II. A code reproducing counterflow in 2D and 3D conducts has been developed and validated. The results obtained indicate amplified entrance effects for superfluid component, which generate abnormally high pressure drops. The head of these entrance effects mechanism has been studied and it is shown that it can distort the detection of the transition threshold in too short pipes; This may partly explain the dispersion of experimental data.To illustrate the power of the approach in a complex geometry, the wake of an obstacle in a counterflow was simulated. The presence of recirculation areas on both sides of the obstacle, already observed experimentally, is found and explained by a new mechanism using "virtual walls".