Le but de ce projet de maîtrise est d’explorer la dynamique des jonctions Supraconducteur/métal Normal/Supraconducteur (SNS) diffusives dans un régime de fréquence de l’ordre du temps électron-phonon, soit l’échelle de temps sur laquelle un électron diffuse sur les phonons. Les jonctions utilisées possèdent des bornes en niobium tandis que le métal normal est de l’aluminium. Les mesures sont réalisées à des températures supérieures à 1.4 K, soit au-dessus de la température critique de l’aluminium (1.20 K) et largement en dessous de celle du niobium (9.26 K). On étudie ces jonctions en mesurant leurs caractéristiques courant-tension lorsqu’elles sont excitées avec un signal radio-fréquence (rf). Pour une demi-période d’excitation sinusoïdale (demi-cycle), on observe deux possibilités : soit la jonction reste dans l’état supraconducteur, soit elle transite vers l’état normal. En variant la fréquence et l’amplitude de l’excitation, on relève la statistique de ces transitions. On met ainsi en évidence des changements dans le comportement dynamique de la jonction lorsqu’on varie les paramètres de l’excitation. Si l’on fixe la fréquence d’excitation à une valeur suffisamment basse et qu’on augmente progressivement l’amplitude de cette excitation, on observe une variation graduelle du pourcentage de cycles (ou demi-cycles) d’excitation sinusoïdale où la jonction transite de l’état supraconducteur à l’état normal. Pour les très basses fréquences, cette variation se fait sur un intervalle d’amplitude d’excitation qui coïncide avec la largeur de la distribution du courant critique de la jonction. En augmentant la fréquence d’excitation, cette variation est de plus en plus abrupte et devient un saut discontinu au-delà d’une fréquence critique [florin]*. Ce saut discontinu à haute fréquence s’accompagne d’une hystérèse. Pour un régime de fréquence intermédiaire, les cycles présentant une transition vers l’état normal se regroupent dans le temps et forment des blocs de transitions vers l’état normal. On a montré que la durée moyenne de ces regroupements croît exponentiellement avec la fréquence. Par exemple, pour une température de 1.4 K, la durée moyenne de ces regroupements peut varier de sept ordres de grandeur sur la plage de radio-fréquence étudiée. Enfin, ces comportements dynamiques sont fortement dépendants de la température. En caractérisant ces changements de comportement en fonction des divers paramètres d’excitation et de la température, on met en évidence que le bruit thermique associé au bain de phonons fait partie intégrante du mécanisme causant les regroupements dans le régime de fréquence intermédiaire. À suffisamment basse fréquence (ou à toutes les fréquences dans l’approximation que la dynamique n’affecte pas le « bain »), la caractérisation de ce régime transitoire constitue en soi une « mesure » de l’occurrence d’événements rares, ici les fluctuations thermiques menant la jonction à transiter vers l’état normal.

Le but de ce projet de maîtrise est d’explorer la dynamique des jonctions Supraconducteur/métal Normal/Supraconducteur (SNS) diffusives dans un régime de fréquence de l’ordre du temps électron-phonon, soit l’échelle de temps sur laquelle un électron diffuse sur les phonons. Les jonctions utilisées possèdent des bornes en niobium tandis que le métal normal est de l’aluminium. Les mesures sont réalisées à des températures supérieures à 1.4 K, soit au-dessus de la température critique de l’aluminium (1.20 K) et largement en dessous de celle du niobium (9.26 K). On étudie ces jonctions en mesurant leurs caractéristiques courant-tension lorsqu’elles sont excitées avec un signal radio-fréquence (rf). Pour une demi-période d’excitation sinusoïdale (demi-cycle), on observe deux possibilités : soit la jonction reste dans l’état supraconducteur, soit elle transite vers l’état normal. En variant la fréquence et l’amplitude de l’excitation, on relève la statistique de ces transitions. On met ainsi en évidence des changements dans le comportement dynamique de la jonction lorsqu’on varie les paramètres de l’excitation. Si l’on fixe la fréquence d’excitation à une valeur suffisamment basse et qu’on augmente progressivement l’amplitude de cette excitation, on observe une variation graduelle du pourcentage de cycles (ou demi-cycles) d’excitation sinusoïdale où la jonction transite de l’état supraconducteur à l’état normal. Pour les très basses fréquences, cette variation se fait sur un intervalle d’amplitude d’excitation qui coïncide avec la largeur de la distribution du courant critique de la jonction. En augmentant la fréquence d’excitation, cette variation est de plus en plus abrupte et devient un saut discontinu au-delà d’une fréquence critique [florin]*. Ce saut discontinu à haute fréquence s’accompagne d’une hystérèse. Pour un régime de fréquence intermédiaire, les cycles présentant une transition vers l’état normal se regroupent dans le temps et forment des blocs de transitions vers l’état normal. On a montré que la durée moyenne de ces regroupements croît exponentiellement avec la fréquence. Par exemple, pour une température de 1.4 K, la durée moyenne de ces regroupements peut varier de sept ordres de grandeur sur la plage de radio-fréquence étudiée. Enfin, ces comportements dynamiques sont fortement dépendants de la température. En caractérisant ces changements de comportement en fonction des divers paramètres d’excitation et de la température, on met en évidence que le bruit thermique associé au bain de phonons fait partie intégrante du mécanisme causant les regroupements dans le régime de fréquence intermédiaire. À suffisamment basse fréquence (ou à toutes les fréquences dans l’approximation que la dynamique n’affecte pas le « bain »), la caractérisation de ce régime transitoire constitue en soi une « mesure » de l’occurrence d’événements rares, ici les fluctuations thermiques menant la jonction à transiter vers l’état normal.

L'utilisation de la température comme variable d'état dans les études de comportement des matériaux, bien que prometteuse, est rarement adoptée. Les difficultés métrologiques expérimentales qui apparaissent, en particulier dans le contexte de la fatigue à grand nombre de cycles, expliquent en partie ce délaissement. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie expérimentale suffisamment sensible pour détecter les variations d'énergie thermique dissipée lors de la déformation cyclique d'un matériau à des niveaux de contraintes inférieurs à la limite élastique macroscopique. Elle consiste à déterminer les différents termes de l'équation de la chaleur en partant du champ de température acquis à l'aide d'une caméra infrarouge. L'écart type du bruit global de la méthode est de 1 mK.s-1, exprimé en vitesse d'échauffement. Cette résolution est obtenue grâce à un certain nombre de précautions expérimentales, à la prise en compte de l'ensemble des échanges thermiques et à un traitement simple mettant à profit les caractéristiques de la caméra infrarouge matricielle. La procédure expérimentale développée est testée sur un acier à très bas carbone et un aluminium A5. Elle permet en particulier de suivre la dissipation thermique due à l'adaptation microplastique du matériau aux premiers cycles de sollicitations et de distinguer les seuils de passage d'un comportement élastique à viscoélastique puis microplastique. Les performances obtenues devraient permettre de lever une partie des verrous limitant le choix de la température comme variable d'observation du comportement des matériaux.

Ce travail s'inscrit dans le domaine des cellules solaires organiques et se focalise sur le dimensionnement et design de la cellule. Nous avons cherché à établir la relation entre la forme d'une cellule solaire et sa dissipation thermique dans les électrodes, plus spécifiquement l'électrode inférieure transparente, car les matériaux utilisés pour la réaliser ont souvent une conductivité très faible par rapport à celle des électrodes métalliques. D'autre part nous présentons un modèle actif capable de simuler le comportement de la couche active selon différentes conditions d'éclairage (illumination partielle et défauts localisés) et pour différents régimes de fonctionnement (injection, polarisation). Dans le cadre du projet PHASME en partenariat avec Disasolar et l'INES, on a posé les bases pour le développement d'un logiciel de conception capable de réaliser un module solaire multicolore à partir d'un substrat de forme géométrique quelconque. On a identifié deux types d'algorithme. Une solution A (dite matricielle), pour laquelle on effectue le remplissage de la surface active du module avec des cellules identiques, relie entre elles ces cellules en sous-groupes pour créer le potentiel de fonctionnement souhaité. Une méthode B (dite non-matricielle) consiste à partager la surface du module en sous-modules de surface quelconque adaptée aux zones de couleur. Ces sous-modules sont ensuite découpés en groupement en série cellules du même type (couleur, performance, matériaux de couche active), mais dont la forme s'adapte exactement au remplissage du sous-module. Ces cellules doivent nécessairement avoir la même surface, afin de produire le même courant pour éviter les pertes dans le groupement en série. / This work concerns organic solar cells and it focuses on several aspects of the design of the device that are related to the sizing. The core of this study highlights the relation between the shape of an organic solar cell and the thermal dissipation inside the electrodes. The main contribution to this power loss comes from the transparent back electrode, since its conductivity is typically lower than those of the top electrode. In parallel we developed a non-linear model for the active layer in order to simulate the behavior of the solar cells in several particular illumination cases (such as spotlights, shadows and defects in the active layer) and different working regime. In the framework of PHASME project, a grant in collaboration with Disasolar and CEA-INES, we developed another piece of software closer to the CAD domain which the main function was to create a photovoltaic polychrome module starting from a substrate with given shape and size. We found two strategies. One consists in filling by the same solar cell shape and size the entire substrate and then in finding a suitable grouping in order to have the correct working point outside the device (matrix approach). The other one (non-matrix approach) consists in adapting the shape of the device to a given colored region, each individual cell keeping the same surface extension, which allows them to be connected in series since they all generate the same amount of current.