Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Afin de faire face à la demande croissante de mémoires de plus en plus performantes dans les systèmes informatiques, de nouvelles technologies se sont développées. Parmi elles, les mémoires résistives à changement de phase (ou PCM pour Phase-Change Memory) ont des propriétés et une maturité suffisante pour développer les nouvelles mémoires SCM (pour Storage Class Memory) comme en témoigne la récente commercialisation des produits Optane par la firme INTEL®. Néanmoins, la consommation énergétique des PCM lors de leur programmation reste élevée, ce qui limite leurs performances. L’intégration de super-réseaux (GeTe)2/(Sb2Te3)m dans des mémoires dites iPCM (pour interfacial Phase-Change Memory) est une des voies les plus prometteuse pour permettre une diminution significative des courants de programmation. Cependant, le mécanisme de transition des iPCM et la structure du matériau dans ses deux états de résistances sont encore méconnus. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’élaborer des super-réseaux (GeTe)2/(Sb2Te3)m (m=1,2,4 et 8) cristallins, de déterminer leur structure puis de les intégrer dans des dispositifs mémoires. La pulvérisation cathodique alternée des matériaux GeTe et Sb2Te3 dans un équipement industriel de dépôt est utilisée pour effectuer l’épitaxie van der Waals de ces super-réseaux. Une optimisation du procédé par l’ajout d’une cible de Te en co-pulvérisation avec la cible de Sb2Te3 montre l’obtention de super-réseaux stœchiométriques présentant la périodicité souhaitée, ainsi qu’une orientation des plans cristallins (0 0 l) parallèle à la surface du substrat. Une description de l’ordre atomique local des super-réseaux ainsi optimisés est ensuite menée par l’étude d’images HAADF-STEM couplée à des simulations. Celle-ci révèle un phénomène d’inter-diffusion entre les couches de GeTe et de Sb2Te3 déposées aboutissant à la formation locale de GexSbyTez rhomboédriques, des mesures quantitatives de l’occupation des plans atomiques en Ge/Sb confirment aussi le phénomène. De plus, un modèle de structure à longue distance de ces super-réseaux considérant un empilement aléatoire de blocs cristallins permet la simulation des courbes de diffraction obtenues expérimentalement. Enfin, les premières intégrations des super-réseaux (GeTe)2/(Sb2Te3)m dans des dispositifs mémoires mettent en évidence une réduction importante des courants de programmation jusqu’à 4 fois inférieurs à une PCM et avec une endurance dépassant les 10 millions cycles. / In order to satisfy the demand for more and more efficient memory in computer systems, new technologies have been developed. Among the latter resistive phase-change memories (PCM) exhibit capacities and sufficient maturity to achieve the so-called new SCM (for Storage Class Memory) devices as evidenced by the recent commercialization of Optane products by INTEL®. Nevertheless, PCM still require strong electrical consumption limiting their performance. Integration of (GeTe)2/(Sb2Te3)m superlattices in so-called iPCM (for interfacial Phase Change Memory) was shown to permit a significant decrease in programming currents. However, the switching mechanism of this memory and the structure of the material in its two resistance states are still under debate. The aim of this thesis is therefore to deposit crystalline (GeTe)2/(Sb2Te3)m (m=1,2,4 et 8) superlattices, to determine their structure and to integrate them into memory devices. GeTe and Sb2Te3 materials are alternately deposited by means of sputtering in an industrial deposition tool to perform van der Waals epitaxy of these superlattices. Stoichiometric superlattices with the desired periodicity and with an orientation of the (0 0 l) crystalline planes parallel to the surface of the substrate are obtained by innovative co-sputtering of Sb2Te3 and Te targets during Sb2Te3 deposition. A description of the local atomic order of superlattices is then carried out by studying HAADF-STEM images coupled to simulations. Intermixing between GeTe and Sb2Te3 deposited layers is thus revealed, leading to the local formation of rhombohedral GexSbyTez. Quantitative measurements of the Ge/Sb atomic plans occupation in further confirm the phenomenon. A long-range order structural model of superlattices by means of random stacking of crystalline blocks allows the simulation of experimental diffraction curves. Finally, the first integrations of (GeTe)2/(Sb2Te3)m (with m=1,2,4 et 8) superlattices in devices demonstrate a programming current up to 4 times lower than a PCM reference with an endurance exceeding 10 millions cycles.

La diminution du coût ainsi que l'augmentation du rendement des cellules solaires sont devenues les axes principaux de recherche depuis la crise qui a touché le marché du photovoltaïque en 2011. Une des principales stratégies est l’amincissement des cellules solaires dans le but de réduire les coûts des matériaux. Cependant, ceci diminue fortement le rendement de conversion suite à une plus forte influence des défauts structurels et électroniques, présents en surface. Ces défauts peuvent être « passivés » par l’Al2O3 déposé par technique PE-ALD. Ce matériau présente les meilleurs résultats de passivation de surface du silicium cristallin de type p. La couche de passivation nécessite un traitement thermique pour être effective. Ce phénomène se traduit par une augmentation de la durée de vie des porteurs de charge. Cette thèse, encadrée par les deux projets ANR PROTERRA et BIFASOL, ainsi qu’un financement de l’Ecole Centrale de Lille, présente l’optimisation des paramètres de dépôt de la couche de passivation d’Al2O3 ainsi qu’une étude approfondie du phénomène d’activation de la passivation, sur des échantillons avec et sans émetteur. L’analyse de la passivation a été réalisée grâce à des mesures couplées de durée de vie (PCD), électriques (C-V), de potentiel de surface (Sonde de Kelvin) et de spectrométrie (XPS, SIMS). Les sources de la passivation chimique et par effet de champ sont déterminées dans l'empilement Si/SiO2/Al2O3. Le rôle et la dynamique des hydrogènes contenus dans la couche d’alumine sont explicités. L’impact d’une encapsulation par du SiNx ainsi qu’un recuit de diffusion des contacts de 3s à 830°C est étudié / The decrease of solar cell cost as well as the increase in their efficiency are main research topics since the photovoltaic market crisis in 2011. One of the main strategy is to move towards thinner solar cells, in order to decrease raw material consumption. However, the result is a higher impact of surface phenomena on cell characteristics because of a high influence of structure and electronic defects at the surface. These defects can be passivated by Al2O3 coated by PE-ALD (Plasma Enhanced-Atomic Layer Deposition) which has been shown to provide the best surface passivation on p-type silicon. In an as-deposited state, the passivation level of Al2O3 is very low and required an annealing treatment to be "activated". This phenomenon provides an increase of the minority carrier effective lifetime. This thesis founded by the ANR PROTERRA and BIFASOL projects with the financial support of the Ecole Centrale de Lille, focuses on the optimization of the deposition parameters of alumina with a deeper insight on the passivation activation phenomena on samples with and without emitter. The passivation analysis has been performed thanks to coupled lifetime (QSS and micro PCD), surface potential (Kelvin probe), electrical (C-V) and chemical (SIMS, XPS) characterizations. The origin of the chemical and field effect passivation has been determined within the Si/SiO2/Al2O3 stack. The dynamics of the hydrogen contained in bulk alumina is explained. The impact of a SiNx capping layer and a contact alloying anneal at 830°c for 3s is also investigated

Le massif des Ecrins -Pelvoux , ou Haut -Dauphiné, fait partie de la longue chaine de terrains anciens qui, du MontBlanc au Mercantour constituent les massifs cristallins externes des Alpes françaises . La région étudiée se trouve dans la partie sud est de ce massif . Le Sirac (3 440 m), point culminant est la pièce maitresse de l'architecture de ce secteur est et le grand sommet cristallin le plus méridional des Alpes

Le socle cristallin fracturé, situé à Ploemeur (Bretagne sud, France) est l'objet de ce travail de thèse. L'étude détaillée du socle nécessite une bonne compréhension de la structure interne, à savoir les propriétés intrinsèques, le mode d'écoulement, la densité et la distribution des fractures. Ce travail de thèse est consacré à la caractérisation pétrophysique des formations granitiques. Les propriétés physiques ont été déterminées à partir de l'interprétation des données de mesures de géophysique en forage, des images de paroi du puits et des mesures pétrophysiques réalisées sur carottes en laboratoire. Afin de replacer les mesures dans leur contexte lithologique, une lame mince a été analysée pour chaque mini-carotte. Les formations lithologiques rencontrées dans le socle cristallin de Ploemeur sont des schistes et granites sains et altérés, ces deux lithologies étant séparées par une zone de faille. Les résultats ont montré que les propriétés pétrophysiques des roches étaient fonction à la fois de la variation de la porosité et du degré d'altération des roches et que la topologie de l'espace poreux était fortement dépendante de la porosité. Cette thèse introduit une nouvelle formule entre la résistivité électrique et la porosité. De plus, les mesures en laboratoire sur les échantillons de Ploemeur révèlent que les vitesses sismiques ne sont pas seulement fonction de la quantité de porosité, mais aussi fonction de facteur de forme. Ce dernier a été calculé sur les échantillons du socle de Ploemeur à partir des vitesses acoustiques. Les résultats ont montré que la porosité est de forme fissurale. L'intégration des données issues des images optiques et acoustiques, des mesures de géophysique en forage, et de la description des carottes a permis d'étudier de façon détaillée la géologie et l'hydrodynamique du socle de Ploemeur. L'intégration effective de ces différentes méthodes avec les tests hydrogéologiques ressort comme la meilleure façon de caractériser les fractures et les circulations en eau dans le socle.

Le présent mémoire est destiné à présenter la constitution géologique et les problèmes qui en dérivent de 3 sites de barrages en amont de la Plaine de Tananarive dont le projet d'aménagement est en cours d' étude. La première partie comporte surtout des pages documentaires. Il s'agit de données générales qui serviront de références pour les études suivantes. Elle comprend: - une vue très rapide sur la géologie d'ensemble de Madagascar et sur celle des sites ; - une étude sur les latérites et les lavaka qui sont des faits régionaux et qui posent de sérieux problèmes quant à la valeur des sites; - une vue d'ensemble sur le projet d'aménagement de la Plaine de Tananarive. Elle permettra de comprendre l'importance du rôle que jouent ces sites dans l'aménagement. La deuxième partie expose nos observations personnelles détaillées sur les sites étudiés. Elle se compose pour chacun des sites d'une étude géologique détaillée et d'un aperçu sur leurs caractères géotechniques. Enfin les latérites et les "lavaka" constituant pour une bonne partie de Madagascar des terrains dont le comportement du point de vue géotechnique est loin encore d'être connu nous avons jugé bon de rassembler en une troisième partie de ce mémoire les résultats d'analyses et les renseignements relatifs aux échantillons prélevés. De la sorte dans la deuxième partie, en ce qui concerne les latérites,ne traiterons-nous que le nécessaire. Les références seront données pour permettre au lecteur de trouver les résultats analytiques complémentaires dans la troisième partie.

Généralités géologiques, étude pétrographique et tectonique des trois massifs de Belledonne, Grandes Rousses et des Ecrins.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude des excitations électroniques dans des matériaux fortement corrélés, ici les monoxydes de métaux de transition CoO, NiO et CuO, le cuprate La2CuO4 et le nickelate La2NiO4. Nous avons utilisé la diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS) pour étudier la dynamique des excitations de basse énergie (quelques eV) dans ces isolants de transfert de charge. Cette étude a été possible grâce à un développement instrumental permettant une amélioration de la résolution expérimentale d'un facteur 3 pour atteindre 300 meV. <br /><br /> Dans les monoxydes, nous avons étudié les excitations localisées du champ cristallin. Dans La2CuO4, et La2NiO4, nous avons plus particulièrement étudié les excitations de transfert de charge. Un exciton (état lié électron-trou) a été observé dans les deux matériaux avec cependant une dynamique différente. Dans La2CuO4, l'exciton a un comportement dispersif alors que dans La2NiO4, il est localisé par les corrélations antiferromagnétiques. Un modèle invoquant la formation d'un singulet de Zhang et Rice dans le cuprate a été proposé pour expliquer cette dynamique excitonique dans le réseau antiferromagnétique sous-jacent.

Dans une approche de dimensionnement en fatigue basée sur un critère multiaxial, les paramètres d'entrée ducritère (contraintes, déformations, termes énergétiques) sont généralement calculés sur un état stabilisé. Dans lesmétaux, il s'agit souvent du premier cycle, en supposant que le matériau se comporte élastiquement ou présente desprocessus de plasticité très localisés. Dans les matériaux viscoélastiques comme les polymères, l'évolutionsignificative de la raideur en début de cyclage soulève la question de la stabilisation du cycle sur lequel lesparamètres mécaniques devraient être calculés. Un enjeu majeur est donc de définir et prédire cet état stabilisé, c'està dire non seulement l'évolution de la déformation moyenne qui accompagne le cyclage mais aussi la bouclestabilisée elle-même et les contributions énergétiques pertinentes. Pour être applicable à des structures, le modèledoit conserver un formalisme aussi maniable que possible.Dans cette étude, réalisée sur les 1000 premiers cycles de la vie d'un polyéthylène, il est montré, par des essaisde recouvrance, que la contribution viscoélastique à l'évolution de la déformation moyenne est majoritaire. Unintérêt particulier est donc porté à la caractérisation expérimentale et à la modélisation macroscopique de cet aspectdu comportement.La première partie du travail est menée dans un cadre purement mécanique. L'accumulation cyclique estétudiée expérimentalement au cours des premiers 1000 cycles à force contrôlée et faible fréquence, à la températureambiante. L'influence de la fréquence et du rapport de charge sur la réponse viscoélastique est étudiée. Lacomparaison d'essais de traction et de cisaillement de type Iosipescu permet de discuter les parts volumique etdéviatorique. Un modèle viscoélastique non linéaire isotherme en petites déformations est proposé dans le cadre dela Thermodynamique des Processus Irréversibles.Dans la deuxième partie, l'étude expérimentale et théorique est étendue au cadre thermo-mécanique. Latempérature est en effet intrinsèquement couplée à la viscoélasticité dans les polymères ; cet effet peut conduire àdes auto-échauffements importants. Les mêmes essais de traction et cisaillement sont réalisés par le LMGC deMontpellier avec une métrologie différente : la mesure de champs de température et déformation au cours de l'essaipermet de calculer les différents termes de l'équation de diffusion de la chaleur et d'accéder aux sources de chaleur.Ces résultats expérimentaux sont analysés et confrontés à une extension du modèle thermo-viscoélastique dumodèle dans laquelle le couplage est introduit via la thermo-élasticité (par la déformation volumique) et via ladissipation visqueuse (sur la base du principe d'équivalence temps-température).

La liaison aube-disque d'un turboréacteur est soumise en opération à un chargement complexe composé d'une forte pression et d'un mouvement relatif oscillatoire, qui génère un phénomène de fretting–fatigue. L'apparition de celui-ci réduit la résistance en fatigue des structures et engendre des dégradations qui, sous différentes formes (usure, rupture), peuvent conduire à une perte de fonctionnalité. Afin d'assurer la fiabilité des turboréacteurs, il est donc utile d'améliorer l'estimation de la durée de vie sous chargement de fretting.Cette thèse est dédiée à la fois à l'étude de l'amorçage de la première fissure et de sa micropropagation dans le domaine dit "des fissures courtes", c'est-à-dire celles qui sont encore directement influencées par la microstructure locale. Pour remplir la première exigence, on développe un modèle numérique mettant en oeuvre un critère multiaxial de fatigue. Il permet de prédire la position de l'amorçage et le nombre de cycles correspondant, en prenant en compte d'éventuels traitements de surface. Dans un second temps, une étude numérique de la direction et de la cinétique de propagation des fissures est mise en place avec prise en compte de l'influence de la microstructure du matériau, à l'aide d'un modèle de plasticité cristalline qui prend en compte les différentes familles de systèmes de glissement. La vitesse de fissuration diminue à l'approche des joints de grains, ce qui est qualitativement conformes aux observations expérimentales. / The blade-disc fixings of an aircraft engine are subjected to complex loadings composed by a high pressure and oscillatory relative motions during operation. This corresponds to a loading type called fretting. The appearance of fretting phenomenon reduces the fatigue resistance of structuresand generates damage which, in various forms (wear, rupture), can lead to a loss of functionality. In order to ensure the reliability of turbo-engines, the improvement of the models for estimating life prediction is then needed.This thesis is devoted to the study of crack initiation and crack micro-propagation, in the so called "short crack domain", where they are still in interaction with the microstructure. At first, a multiaxial fatigue model is proposed. It predicts the location and the number of cycles to initiation, taken into account the possible surface treatments. Then, a numerical study of the direction and the kinetics of crack propagation is performed with consideration to the influence of the material microstructure. A crystal plasticity model is used, that takes into account all the relevant families of crystallographic slip systems. The crack plane is assumed to be one of the crystallographic plane where the plastic slip is the most intense. The crack propagation rate decreases when approaching grain boundaries, that is qualitatively consistent with the experimental observations.