Les effets d'une pression hydrostatique non dénaturante (3kbar) sur les mouvements internes du lysozyme sont étudiés selon deux approches conjuguées : la dynamique moléculaire et la diffusion quasiélastique de neutrons qui couvrent les mêmes échelles de temps et de distance. Les simulations montrent une compaction du lysozyme avec la pression et une diminution des fluctuations atomiques surtout aux basses fréquences. La partie quasiélastique de la fonction de diffusion subit un léger abaissement difficilement mis en évidence dans les résultats expérimentaux. Les simulations reproduisent correctement le profil des spectres expérimentaux et le modèle Brownien fractionnaire est pertinent pour rendre compte des multiples temps de relaxation caractérisant la dynamique interne d'une protéine.

Nous avons déterminé, par diffusion de neutrons aux petits angles, la conformation et la dynamique de polymères cristaux liquides dans la phase nématique ou isotrope. En phase isotrope les polymères, linéaires ou en peigne adoptent une conformation gaussienne. En phase nématique les polymères linéaires ou greffés en haltère sont confinés dans de très longs cylindres. Pour les linéaires cela implique les repliements en épingle à cheveux prévus par P.G. de Gennes. La conformation des polymères en peigne est faiblement anisotrope. L'étude de la dynamique à l'état fondu de ces polymères non enchevêtrés a révélé l'existence d'amas dus à des interactions temporaires entre les mésogènes. La taille de ces amas est supérieure aux dimensions d'une chaîne mais inférieure à celle de l'échantillon. La relaxation de la conformation est décrite en détail.

La dynamique de spins dans les supraconducteurs à haute température critique est discutée à la lumière de la diffusion inélastique de neutrons. Ces mesures montrent l'existence de fortes fluctuations magnétiques maximales autour du vecteur d'onde antiferromagnétique, $(\pi/a,\pi/a)$. tant dans l'état supraconducteur que dans l'état normal. Le rôle de ces fluctuations magnétiques est nécessairement important pour le mécanisme de la supraconductivité à haute température critique. L'état supraconducteur est en particulier caractérisé par une excitation collective magnétique, "pic de résonance", dont l'énergie est proportionnelle à la température critique supraconductrice.

Le but de ce travail était de réaliser une étude systématique de la structure électronique et magnétique de la famille des manganites semi-dopés du Ca: Ln0.50$Ca0.50MnO3 (Ln = terre rare). Nous avons particulièrement focalisé notre attention sur l'ordre de charge et l'ordre orbital généralement présents à cette composition. Nous avons dérivé un modèle microscopique de structure nucléaire et magnétique à partir de techniques de diffraction neutronique sur les poudres et de calculs ab-initio afin de comparer les résultats expérimentaux et les modèles numériques et comprendre ainsi le rôle de l'inhomogénéité chimique et magnétique dans ces systèmes. La modification de l'état de spin électronique et du métal de transition par le dopage correspond à une modification structurale de la géométrie du polyèdre de coordination des atomes autour du métal de transition. Ceci induit des modifications structurales coopératives observables par diffraction de neutrons. En contraste avec l'ordre induit par le dopage chimique, un désordre chimique intrinsèque est associé à l'élément de dopage sur le site A du perovskite (formule générale ABO3) où sont placés les ions trivalents (RE3+) et bivalents (Ca2+). Ce désordre est dû à la différence de rayon ionique et d'affinité chimique entre ces ions. Afin d'étudier systématiquement l'effet de la substitution au niveau du site A et la relation entre les propriétés structurales (nucléaires et magnétiques) et les propriétés magnétiques macroscopiques, plusieurs échantillons (spécificiés auparavant) ont été synthétisés et caractérisés par des mesures magnétiques macroscopiques. Les résultats de diffraction de neutrons sont une étape fondamentale vers la compréhension de la relation entre les propriétés structurales et macroscopiques et représentent de fait une source de motivation pour l'étude de la structure magnétique et des phénomènes de CO/OO par des simulations ab-initio. Dans la thèse, suite à la description du diagramme de phase des manganites les plus étudiés (La1-xCaxMnO3), leurs propriétés physiques, les concepts de base et les modèles les plus importants tels que l'effet Jahn-Teller, l'interaction de super-échange, le double-échange et le modèle de Zener seront introduits. Une brève introduction à toutes les techniques expérimentales utilisées dans cette étude sera présentée. Les propriétés magnétiques macroscopiques ont été mesurées en fonction de la température á l'aide d'un SQUID qui sera également décrit au cours dans la partie du techniche expérimentaux. La technique microscopique principale utilisée pour cette thèse a été la diffraction neutronique sur poudre. Celle-ci, ansi que les instruments utilisés à l'institut Laue Langevin à Grenoble, D20 et D1A, seront décrits ainsi que la méthode de Rietveld utilisée pour affiner les données expérimentales et en extraire les informations structurales sous-jacentes. Les résultats expérimentaux correspondant à l'étude systématique sur les échantillons de manganites de Ln0.50Ca0.50MnO3 (Ln = P.R., ND, TB, Dy, Ho, TM, Yb et Lu), seront présentés suite à une description de leur préparation par réaction à l'état solide. La susceptibilité magnétique mesurée jusqu'à 530 K présente un pic large à températures élevées correspondant à la températures d'ordre de charge (TCO). A partir de ces résultats, nous définissons la nature des corrélations magnétiques au-dessus et en-dessous de cette température dans le cadre du modèle des polarons de Zener comme proposé par Daoud-Aladine. Nous présenterons également dans ce chapitre les détails de la structure nucléaire et magnétique pour tous les échantillons en fonction de la température. Tous nos échantillons présentent une configuration magnétique de type pseudo-CE à la plus basse température correspondant à un état fondamental de type CE avec un effet de canting. Les déformations dues au dopage et à l'effet du rayon ionique seront également analysées. Nous décrirons les calculs ab-initio realisés à l'aide de la théorie de la DFT pour modéliser la série des Ln0.50Ca0.50MnO3. Les caractéristiques de ces matériaux sont obtenues à partir de la résolution de l'équation de Schrodinger pour les électrons du système. La théorie de la DFT sera présentée ainsi qu'une discussion sur l'interprétation de l'énergie d'échange-corrélation et des approximations nécessaires à son évaluation. A cet effet, le programme VASP, utilisé pour les calculs, sera présenté ainsi que ses différents fichiers d'entrée et de sortie. Les résultats des simulations seront décrits et comparés aux résultats expérimentaux. En effet, ces calculs ont été effectués pour confirmer les résultats expérimentaux mais également pour accéder à d'autres quantités significatives comme la densité d'états électroniques. Les simulations ont été effectuées avec la DFT spin-polarisée, la fonctionnelle d'échange-corrélation GGA-PBE, et, quand nécessaire, avec une correction d'Hubbard dans l'approche GGA+U, pour prendre en considération la corrélation électronique forte dans les manganites. Nous avons choisi comme système deux manganites purs: CaMnO3 et NdMnO3, ayant déjà fait l'objet d'études précédentes (Filippetti and Picozzi), afin de valider notre protocole de simulation. Deux systèmes semi-dopés -- Nd0.5Ca0.5MnO3 et Lu0.5Ca0.5MnO3 -- ont ensuite été considérés. Nous avons choisi ces systèmes pour deux raisons: (i) les composés semi-dopés contenant le La et le Pr ont déjà fait l'objet de travaux antérieurs (Picozzi, Anisimov}, et il nous a donc semblé naturel de poursuivre la série de lanthanide avec le système Nd-Ca; (ii) nous avons choisi les composés de LuCa parce que le Lu, à l'instar de La, est saturé au niveau de ses orbitales 4f et qu'il présente de surcroit le plus petit rayon ionique dans la série de lanthanides.

La plupart des solides dans la vie quotidienne, tels que les métaux et les céramiques, sont des systèmes cristallins dans lesquels les atomes ou molécules sont arrangés sur une structure périodique. Les solides cristallins sont rarement composés d'un cristal unique, mais sont en général des systèmes polycristallins formés par un grand nombre de grains cristallins avec une même structure cristalline, mais différente orientation. On appelle joints de grain (JG) les réseaux 2D de défauts qui séparent deux grains d'orientation différente. Les polycristaux jouent un rôle important en science et technologie et une connaissance complète de leurs propriétés mécaniques est de grand intérêt. La plasticité des polycristaux est liée à leur microstructure, mais les mécanismes qui régissent leur comportement plastique sont encore mal compris, en partie du fait de limitations techniques pour les systèmes atomiques. D'autre part, les colloïdes, dont l'étude expérimentale est souvent plus aisée que celle des systèmes atomiques, du fait de temps et taille caractéristiques plus grands, sont souvent considérés comme des systèmes modèles pour les atomes. L'objectif de la thèse est l'étude des propriétés mécaniques d'un polycristal colloïdal formé par une suspension aqueuse d'un copolymère tribloc commercial (Pluronic F108), dopé par une faible quantité de nanoparticules (NPs). Le polymère présente une phase micellaire cristalline pour une gamme de température et de concentration. De manière similaire à ce qui est fait couramment pour les systèmes atomiques, on peut contrôler le taux de cristallisation en faisant varier la vitesse à laquelle l'échantillon est porté de la phase liquide à basse température (T ~ 0°C) à la phase micellaire cristalline à température ambiante. Une caractéristique importante est que la taille des grains peut être facilement contrôlée en faisant varier la vitesse d'augmentation de la température ou la concentration en NPs. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la structure du polycristal par diffusion de neutrons (SANS) et de lumière. Les mesures par SANS ont permis de sonder la structure du polycristal à l'échelle du nanomètre, i.e. sur des échelles de longueur comparable à celle des micelles et des NPs. Nous avons constaté que la structure cristalline micellaire est conservée indépendamment de l'histoire thermique de l'échantillon et de la concentration en NPs. De plus, nous avons montré que la distribution des NPs dans l'échantillon est hétérogène: les grains sont pauvres en NPs alors que les JG sont enrichies en NPs. Par conséquent, les NPs ségrégent dans les JG et et jouent un rôle analogue aux impuretés dans les cristaux atomiques. En outre, en raison de leur ségrégation, les NPs sont structurées sur une échelle de longueur beaucoup plus grande que leur taille. Nous avons étudié la structure mésoscopique des NPs par diffusion statique de la lumière, grâce à un appareil de diffusion de la lumière (MALS) spécialement construit pour accéder à la plage correcte de vecteurs d'onde. D'autre part, afin d'étudier les propriétés mécaniques des polycristaux, des mesures de diffusion dynamique de la lumière ont été réalisée dans la configuration MALS sur un échantillon soumis à des déformations de cisaillement cycliques. Dans la configuration MALS, l'intensité diffusée étant dominée par les NPs dans les JG, la technique permet de sonder la dynamique du réseau de JG induite par le cisaillement. Expérimentalement, on calcule la corrélation de l'intensité diffusée mesurée après un nombre donné de cycles de déformation. Les données montrent systématiquement une décroissance de la corrélation après un nombre caractéristique de cycles, démontrant ainsi l'existence de plasticité dans les échantillons. À l'avenir, des échantillons avec des tailles de grain différentes seront étudiés. De telles expériences pourraient faire la lumière sur les liens entre plasticité d'un polycristal colloïdal et microstructure. / Most everyday life solids, such as metals and ceramics, are crystalline systems in which atoms or molecules are arranged in a regular periodic structure. Crystalline solids are rarely composed of one single crystal, but are usually polycrystalline systems made of a large number of crystalline regions (grains), which share a common crystal structure, but with different lattice orientations. The interfaces where crystallites meet are denoted as grain boundaries (GBs). Polycrystalline materials play an important role in science and technology and a complete knowledge of their mechanical properties, including their elasticity and plasticity, is of great interest. It is well known that the plasticity of polycrystals is related to their microstructure, but the mechanism governing the plastic behavior is still poorly understood, partly because of the limits of experimental techniques and simulations for atomic polycrystals. On the other hand, colloids are often regarded as model systems for atoms, since many of the forces governing the behavior of condensed matter govern also that of colloidal suspensions, whose experimental study is often easier than that of atomic systems because of the larger characteristic time- and length-scales. In particular, colloidal crystalline systems can be used to investigate mechanical properties of polycrystals. The aim of the PhD thesis is the investigation of the mechanical properties of a colloidal polycristal formed by an aqueous suspension of a commercial triblock copolymer called Pluronic F108, doped with a small amount of nanoparticles (NPs). The polymer presents a micellar crystalline phase for a given range of temperature and concentration. Similarly to what is commonly done for atomic systems, we can control the crystallization rate by varying the speed at which the sample is brought from the fluid, at low temperature (T ~ 0°C), to the crystal phase at room temperature. An important characteristic of our system is that the grain size can be easily tuned by changing the temperature rate or the nanoparticles concentration. We have first characterized the structure of the Pluronic polycrystal using neutron (SANS) and light scattering. The SANS measurements have permitted to investigate the (doped) Pluronic polycrystal at nanometer length scale, i.e. at the length scale of the micelles and nanoparticles. We have found that the micellar crystal structure is preserved independently of the thermal history of the sample and the amount of added nanoparticles. Moreover, we have shown that the NPs distribution into the sample is heterogeneous: grains are poor in NPs whereas GBs are enriched in NPs. Hence, NPs segregate into the GBs as impurities in atomic crystals. In addition, because of their segregation in the GBs, NPs form structures on a length scale much larger than their size, that we have investigated with static light scattering, thanks to a novel light scattering apparatus (MALS) specifically built to access the correct range of wave-vectors. On the other hand, in order to investigate the mechanical properties of the Pluronic crystal, dynamic light scattering measurements have been performed with the MALS setup on the Pluronic polycrystal submitted to cyclic shear deformations. Since, in the range of wave-vectors covered by the MALS apparatus, the scattered intensity is dominated by the NPs segregated in the GBs, the techniques allows the shear-induced dynamics of the GB network to be probed. Experimentally, one computes the correlation of the scattered intensity measured after a given number of shear deformation cycles. Data systematically show that the correlation decays after a characteristic number of cycles, demonstrating the existence of plasticity. In future, samples with different grain size will be investigated with this technique. Such experiments could shed light on how the plasticity of a colloidal polycrystal is related to its polycrystalline microstructure.

Il est très facile de "piéger" des phases moléculaires complexes dans des états métastables ou hors-équilibre, en usant d'actions complexes (voies athermiques), d'environnements complexes (topologie), ou en manipulant la complexité intrinsèque du système (réseaux d'interactions). Des procédés industriels les plus courants aux nanotechnologies les plus poussées, on rencontre des phases moléculaires piégées par des processus de forçage (trempe thermique, irradiation, broyage mécanique...) ou de confinement nanométrique (basse dimensionalité, hétérogénéité, champs aléatoires, phases interfaciales...). Ce document de synthèse met en avant les problématiques physiques communes à ces situations, au travers d'études expérimentales de systèmes modèles. Des matériaux forcés à intérêt pharmaceutique aux fluides complexes nanoconfinés, la puissance des approches complémentaires par des techniques locales (résonance magnétique du solide) ou collectives (diffusion de neutrons) est soulignée.

Cette thèse a pour objet l'étude du supraconducteur non conventionnel Sr2RuO4. Dans ce supraconducteur, le mécanisme d'appariement des paires de Cooper ne serait pas dû au couplage électron-phonon mais plutôt lié aux fluctuations de spins, comme dans l' 3 He superfluide. On pense de plus qu'il serait de symétrie p, induite par d'hypothètiques fluctuations ferromagnétiques. Pour attaquer ce problème, la première étape est l'élaboration de monocristaux avec d'excellentes propriétés physico-chimiques. J'en ai synthétisé avec des tailles de l'ordre de quelques cm de long et 4.5 mm de diamètre. Ils ont servi à étudier les excitations magnétiques dans Sr2RuO4 par des mesures de diffusion inélastique des neutrons. Ces mesures ont confirmé que les fluctuations de spin autour du vecteur d'onde Q0 = ( ± 2 pi/3a, ±2pi=3a,0) dominent le spectre des excitations magnétiques aussi bien dans la phase normale que dans la phase supraconductrice. Q0 est un vecteur d'emboîtement de la surface de Fermi. Par l'étude de ces fluctuations le long de l'axe c, nous avons mis en évidence le caractère bidimensionnel des corrélations électroniques dans Sr2RuO4. Des études complémentaires ont permis de montrer que la susceptibilité dynamique est isotrope dans l'espace des spins. Le fait que ces excitations incommensurables dominent et que les fluctuations de spin ferromagnétiques attendues n'aient pas été observées fait reconsidérer l'image simpliste d'une supraconductivité de symétrie p. Des théories récentes proposent un paramètre d'ordre supraconducteur de type f compatible avec ces fluctuations de spin incommensurables. Il n'en reste pas moins que nos résultats ne montrent aucun point commun entre l'état de spin du paramètre d'ordre le plus utilisé (spin dans le plan et d selon l'axe c) et les fluctuations incommensurables de spin observées.

Le nanomagnétisme est actuellement un champ d'investigation très actif grâce aux développements de méthodes de synthèse et d'investigation originales. Cette thèse s'attache à sonder le magnétisme de nanofils magnétiques synthétisés par un procédé polyol. Ce procédé présente l'avantage de fournir un large éventail d'objets magnétiques anisotropes présentant une très bonne qualité cristalline. Les nanofils ainsi synthétisés présentent des diamètres variant de 7nm à 20nm, leur conférant un mode de renversement de l'aimantation cohérent. Cette thèse montre que les nanofils ainsi synthétisés ont des coercivités élevées comparées à celles de nanofils synthétisés par d'autres voies. Par ailleurs, les effets de l'oxydation de ces nanofils sur leurs propriétés magnétiques ont été étudiés. Les mesures magnétiques ont révélé une dépendance en température des champs d'échange et coercitif non reportée jusqu'à présent dans la littérature. Cela a permis de mettre en lumière le rôle prépondérant des fluctuations superparamagnétiques des grains antiferromagnétiques d'oxyde de cobalt dans le phénomène d'Exchange Bias. Enfin, cette thèse a aussi eu pour objectif de développer la technique de Diffusion de Neutrons Polarisés aux Petits Angles pour sonder le magnétisme de nanofils. Jusqu'à présent, cette technique a été surtout réservée à l'étude d'objets magnétiques isotropes. En effet, l'alignement des nanofils est crucial pour extraire des informations quantitatives d'une telle étude. C'est pour cela, qu'outre les nanofils synthétisés par procédé polyol, des nanofils inclus dans des matrices d'alumine poreuse ont aussi été étudiés par cette technique. Cette étude a ainsi montré la nécessité de prendre en compte le champ dipolaire- habituellement négligé- dans l'analyse des figures de diffusion.

Les superalliages à base de nickel sont utilisés dans l'industrie aéronautique pour leur bonne tenue mécanique à haute température (1100°C). Les particules durcissantes de phase γ' présentent une évolution morphologique de cuboïdes à plaquettes au cours d'un test de fluage. C'est la mise en radeaux. Nous présentons ici les résultats d'investigation par diffusion de neutrons aux petits angles, diffraction à haute résolution de rayonnement synchrotron et microscopie électronique permettant d'établir le lien entre le développement de la plasticité et l'évolution microstructurale des superalliages. L'utilisation de la diffusion de neutrons aux petits angles au cours d'un recuit in situ d'un échantillon déformé permet de caractériser la cinétique de mise en radeaux des précipités γ'. Par ailleurs, l'analyse in situ de l'évolution des contraintes internes au cours de la transformation microstructurale permet de caractériser les micromécanismes mis en jeu. Des observations en microscopie électronique en transmission des structures de dislocations avant et après la mise en radeaux confirment ces résultats. De plus, un modèle basé sur la théorie des inclusions d'anisotropie élastique est présenté, permettant de corréler l'ensemble des résultats expérimentaux au comportement en fluage de ces matériaux. L'ensemble des résultats montre que la relaxation anisotrope du désaccord paramétrique induit par la déformation plastique introduite dans la matrice γ est la force motrice des phénomènes de diffusion intervenant lors de la mise en radeaux des précipités γ'.

Dans cette thèse, l'étude des liquides est envisagée d'un point de vue théorique et expérimental. La diffusion de neutrons permet l'investigation des propriétés structurales et dynamiques des liquides. Sur le plan théorique, les simulations par dynamique moléculaire sont d'un grand attrait car elles donnent accès aux positions et vitesses des atomes ainsi qu'aux forces qu'ils exercent entre eux. Elles permettent aussi de calculer les corrélations spatiales et temporelles, aussi mesurées par diffusion de neutrons. Par conséquent, les résultats de simulations par dynamique moléculaire et d'expériences de diffusion de neutrons peuvent être comparés afin d'améliorer notre compréhension de la structure et de la dynamique des liquides. <br /><br />Toutefois, l'extraction de données fiables à partir des expériences de diffusion de neutrons étant délicate, nous proposons de simuler l'expérience dans son ensemble, c'est-à-dire l'instrument et l'échantillon, afin de mieux comprendre et évaluer l'impact des différentes contributions parasites (absorption, diffusion multiple associée à la diffusion élastique et inélastique, résolution instrumentale). Cette approche, dans laquelle l'échantillon est décrit par ses caractéristiques structurales et dynamiques calculées par dynamique moléculaire, est présentée et testée dans un premier temps sur des systèmes modèles isotropes.<br /><br />Par la suite, le germanium liquide est étudié par diffusion inélastique des neutrons ainsi que par dynamique moléculaire classique et ab initio. Ceci permet ensuite de simuler l'expérience réalisée et d'évaluer l'influence sur le signal détecté des contributions de l'instrument et de l'échantillon.