Cette thèse de doctorat est dédiée à l’étude, avec des méthodes de calcul ab initio, desplasmons de surface et des états de surface de surfaces d’or, plate ou comportant desmarches (surface vicinale), par la simulation numérique de spectres de perte d’énergieélectronique (EEL) au moyen de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et de lathéorie de perturbation de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TDDFPT).L’influence du couplage spin-orbite (CSO) et celle de la géométrie de la surface ont étéétudiées. Dans l’or cristallin, j’ai étudié l’effet des électrons de semicoeur sur les spectresEEL à q = 0. J’ai montré en particulier que pour produire un spectre EEL sur une largegamme de fréquences, de 0 à 60 eV, il est nécessaire de tenir compte des électrons desemicoeur dans le pseudopotentiel, et qu’ils peuvent néanmoins être gelés dans le coeurpour l’étude de la partie basse en énergie du spectre EEL, pour des énergies inférieures à20 eV. J’ai réalisé des développements méthodologiques pour la TDDFPT avec CSO cou-plée à l’emploi de pseudopotentiels ultradoux, qui ont permis l’implémentation pratiquede cette approche dans les algorithmes de Liouville-Lanczos et de Sternheimer. J’ai utiliséavec succès ces approches qui m’ont permis de traiter des systèmes à plusieurs centainesd’atomes. J’ai examiné à nouveau le spectre EEL de l’or cristallin à q = 0, montrant enparticulier les traces d’un plasmon écranté dans le spectre EEL calculé sans inclure leseffets de CSO. J’ai ensuite montré que l’inclusion du CSO a un effet petit mais détectablesur le spectre EEL et le pic de plasmon, donnant un meilleur accord avec l’expérienceà q = 0. J’ai trouvé que la dispersion du plasmon acoustique (PAS) de la surface Au(111) est légèrement modifiée par le CSO, provenant du fait que la structure de bandesest elle-même modifiée par le dédoublement de Rashba de certains niveaux électroniques,dédoublement induit par le CSO. Puis, pour étudier les effets de géométrie, j’ai étudié lessurfaces vicinales (322), (455) et (788) de l’or. J’ai en particulier mené l’étude théoriquedes états électroniques de surface, et analysé l’évolution de l’état de surface de Shockleyentre la surface plate Au(111) et les surfaces ayant des marches dont les terrasses avaientdifférentes largeurs. J’ai montré la transition d’un état de surface résonant pour Au(322)à un état localisé pour Au(455) et pour Au(788), ainsi que le passage d’un état 2D étenduà travers la marche pour Au(322) à un état quasi-1D confiné dans la terrasse de la marchepour Au(455) et pour Au(788). Ces résultats sont en accord avec l’expérience, et avecceux d’un modèle de Kronig-Penney de potentiel périodique. J’ai calculé le spectre EELSpour la surface d’or (455) que j’ai modélisé par une tranche de 5 nm d’or séparée de sesvoisines (répétées périodiquement) par 5 nm de vide. J’ai identifié la signature du plas-mon acoustique de surface. J’ai montré que, pour un moment transféré perpendiculaireà la marche de la surface, la dispersion du PAS n’est pas modifiée par rapport à celle duPAS de la surface plate Au(111) pour q < 0.125 Å −1 . Cependant, pour des valeurs plusgrandes du moment transféré, le pic du PAS a une énergie plus basse que celle du PASde Au(111), montrant les signes du confinement du PAS et suggérant que deux types dePAS peuvent se produire: un plasmon intra(sous)bande, similaire à celui de la surfaceAu(111), et un plasmon inter(sub)band, caractéristique de cette surface vicinale. / The PhD thesis is devoted to the ab initio study of surface plasmons and surface states offlat and vicinal surfaces of Au through the simulation of electron energy loss (EEL) spectraby means of the density functional theory (DFT) and the time-dependent density func-tional perturbation theory (TDDFPT). The influence of the spin-orbit coupling (SOC)and of the surface geometry has been investigated. In bulk Au I have studied the effect ofthe inclusion of semi-core electrons on the EEL spectrum at q = 0 and the plasmon peakposition and intensity. In particular, I have shown that in order to reproduce the EELspectrum on a wide frequency range (0-60 eV) it is important to account for semi-coreelectrons in the pseudopotential although they can be frozen in the core in studies of thelow energy part of the spectrum (below 20 eV). I have made methodological developmentsfor TDDFPT with SOC in the ultrasoft pseudopotential scheme that led to the practicalimplementation of SOC in the Liouville-Lanczos and Sternheimer approaches. I have thensuccessfully applied these approaches that allowed me to model systems with hundreds ofatoms. I have revisited the plasmonic excitations in bulk Au, pointing out that, in partic-ular, one can observe traces of an unscreened s-like bulk plasmon in the EEL spectrum atq = 0 calculated without SOC. I have also demonstrated that SOC has a small but notice-able effect on the Au EEL spectrum and plasmon peak, mainly modifying the unscreeneds-like plasmon peak and thus bringing the calculated spectrum into a better agreementwith experimental results at q = 0. Moreover I have observed that the dispersion ofthe acoustic surface plasmon (ASP) on the Au(111) surface is slightly modified by SOC,because the ASP comes from the surface state that itself is modified by SOC through theRashba splitting. To investigate the effect of geometry I have studied the vicinal (322),(455) and (788) surfaces of Au. In particular I have performed the theoretical study of thesurface states, analyzing the evolution of the Shockley surface state from the flat Au(111)surface towards the surfaces with terraces of different width. I have shown the surfaceresonance-to-surface state transition from (322) to (455) and (788) surfaces. I have shownalso the transition from the average-surface-modulated to the terrace-modulated statefrom (322) to (455) and (788) surfaces, as well as the transition from the extended 2Dstate to the quasi-1D state confined within the terrace. These results are in agreementwith experiments and results obtained with the Kronig-Penney periodic potential model.I have performed the EEL spectrum calculations for the Au(455) surface which I havemodeled with a 5 nm sized slab separated from its periodic neighbors by 5 nm of vacuum.I have identified signatures of the ASP in these spectra, showing that indeed, for the caseof the transferred electron wavevector momentum perpendicular to the step, the ASPdispersion is not changed with respect to the ASP dispersion of the Au(111) surface forq < 0.125 Å −1 . For bigger values of q, however, the ASP peak has a lower energy com-pared to the ASP peak of the Au(111) surface, showing signs of the ASP confinement, andsuggesting that two types of the ASP could occur: an intra(sub)band plasmon, similarto the Au(111) surface plasmon, and an inter(sub)band plasmon, characteristic of thisvicinal surface.

Thin silver films are widely used in low-emissivity coatings for building glazing due to their high reflectance in the infrared and high transmittance in the visible spectrum. The determining parameter for the infrared reflectance is the electrical conductance of the layer stack - the better the conductance the higher the reflectance. Electrically conductive films of thicknesses smaller than the electron mean free path exhibit a strong increase in the residual resistivity proportional to the inverse of the film thickness. Despite intensive discussions, which have extended over tens of years, it is not understood yet if this conductive behavior originates from electron scattering at interfaces (Fuchs-Sondheimer model) or grain boundaries (Mayadas-Shatzkes model). To achieve a fundamental understanding of the prevailing electron scattering mechanisms, aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) / Ag / ZnO:Al layer stacks produced by magnetron sputtering were investigated concerning their electronic structure and electrical transport properties. The electronic structure of the layer stacks was probed and analyzed by electron energy-loss spectroscopy. By this technique, plasmonic excitations are observed, which can be categorized into excitations of the electrons in the bulk silver and excitations at the ZnO:Al / Ag interface. The plasmons were analyzed with respect to their dispersion and the peak width, and brought into relation with electrical conductivity measurements by calculating the plasmon lifetime and the electron scattering rate. The difficulty in determining the relative contributions of the interface and grain boundary scattering in experimental conditions is due to the fact that the way in which these scattering mechanisms depend on the film thickness, is very similar. Understanding the electron transport in thin films is of paramount importance, because the differentiation between the scattering mechanisms is a key issue for the improvement of the coatings. In the present work, the solution came from the expected difference in the temperature-dependent behavior of the resistivity between electron scattering at interfaces and electron scattering at grain boundaries. Hence, the resistivity was measured as a function of the temperature on layer stacks with different silver film thickness varying in the range of 4 to 200 nm. The data were analyzed using the extended Mayadas-Shatzkes model involving both electron scattering at interfaces (Fuchs-Sondheimer model), and electron scattering at grain boundaries. The results demonstrate that electron scattering at grain boundaries dominates for all film thicknesses. The basic layer stack was compared to more sophisticated systems, obtained either by adding a thin titanium layer in between silver and ZnO:Al, or by exposing the growing silver film to an oxygen partial pressure (oxidizing the film). Furthermore, the effect of annealing at 250°C was studied for all these systems. / Dünne Silberfilme werden aufgrund ihres hohen Reflexionsvermögens im infraroten Spektrum und ihres hohen Transmissionsvermögens im Spektrum des Sonnenlichtes als Wärmeschutzbeschichtungen für Fensterglas verwendet. Der entscheidende Parameter für das Reflexionsvermögen der Schicht ist die elektrische Leitfähigkeit - je höher die Leitfähigkeit, desto stärker wird Infrarotlicht reflektiert. Elektrisch leitende Schichten mit Schichtdicken dünner als die mittlere freie Weglänge der Elektronen weisen einen starken Anstieg des spezifischen Widerstandes auf, der sich proportional zur inversen Schichtdicke verhält. Trotz ausführlicher Diskussionen während der letzten Jahrzehnte, ist noch nicht geklärt ob dieses Verhalten auf Streuung von Elektronen an Grenzflächen (Fuchs-Sondheimer-Modell) oder an Korngrenzen (Mayadas-Shatzkes-Modell) zurückzuführen ist. Um ein grundlegendes Verständnis der vorherrschenden Streumechanismen zu erlangen, wurden Schichtstapel der Struktur Aluminium-dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) / Ag / ZnO:Al, welche mittels Magnetron-Sputtern hergestellt wurden, hinsichtlich ihrer Transporteigenschaften und elektronischen Struktur untersucht. Die elektronische Struktur der Schichtsysteme ist mittels Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie untersucht und bezüglich ihrer plasmonischen Anregungen analysiert wurden. Diese können in Anregungen der Volumenelektronen des Silbers und Anregungen der Elektronen aus der ZnO:Al / Ag Grenzfläche unterteilt werden. Die Plasmonen wurden hinsichtlich ihrer Impulsabhängigkeit und Anregungsbreite analysiert und durch Berechnung der Plasmonenstreurate mit den Messungen der elektrischen Leitfähigkeit verglichen. Aufgund der Tatsache, dass Genzflächen- und Korngrenzstreuung eine ähnliche Schichtdickenabhängigkeit aufweisen, gestaltet sich die Bestimmung der relativen Beiträge beider Streumechanismen als schwierig. Diese Problem kann durch die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Streumechanismen, die sich für Grenzflächen- und Korngrenzstreuung unterscheidet, gelöst werden. Der spezifische Widerstand wurde in Abhängigkeit von der Temperatur an mehreren Proben unterschiedlicher Silberschichtdicke (im Bereich von 4 bis 200 nm) gemessen. Die Daten wurden anhand des erweiterten Mayadas-Shatzkes-Modells, welches sowohl Streuung an Grenzflächen (Fuchs-Sondheimer-Modell) als auch an Korngrenzen berücksichtigt, evaluiert. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass für alle Schichtdicken die Elektronenstreuung an Korngenzen der dominierende Streumechanismus ist. Die Ergebnisse der Analyse des fundmentalen Schichtsystems wurden mit denen komplexerer Systeme verglichen, bei denen zum einen durch Hinzufügen einer dünnen Titanschicht die Grenzfläche zwischen Silber und ZnO:Al modifiziert wurde und zum anderen der Silberfilm durch einen erhöhten Sauerstoff-Partialdruck während der Beschichtung oxidiert wurde. Des Weiteren wurde der Effekt einer Temperung bei 250°C an allen Systemen untersucht. / Les vitrages bas-émissifs sont fréquemment élaborés par dépôts de revêtements dont la couche active est un film mince d'argent. Le paramètre qui détermine la réflexion dans l'infra-rouge est la conductance électrique de l'empilement. La résistivité électrique résiduelle de films dont l'épaisseur est inférieure au libre parcours moyen des électrons croît fortement en fonction de l'inverse de l'épaisseur. En dépit d'intenses recherches menées pendant des dizaines d'années, l'origine de cet accroissement de résistivité - réflexion des électrons par les interfaces (modèle de Fuchs-Sondheimer) ou par les joints de grains (modèle de Mayadas-Shatzkes). Pour comprendre les mécanismes à l'œuvre dans le transport des électrons, des couches ZnO dopé aluminium (ZnO:Al) / Ag / (ZnO:Al) produites par pulvérisation plasma ont été étudiée concernant leur structure électronique et propriétés de transport électrique. Les empilements ont été examinés par spectroscopie de pertes d'énergie d'électrons. Les spectres font apparaître les excitations des électrons de volume de l'argent et les excitations à l'interface ZnO:Al / Ag. Les excitations ont été analysés concernant leur dispersion. En outre, la durée de vie moyenne des plasmons déterminée d'après la largeur du pic de plasmon d'interface se compare bien à la l'inverse de la fréquence de diffusion des électrons qui se déduit de l'application du modèle de Drude aux données relatives à la résistivité. La difficulté dans la détermination des contributions relatives des modèles de Fuchs-Sondheimer et Mayadas-Shatzkes dans les conditions expérimentales est due au fait que ces deux modèles présentent des variations très similaires en fonction de l'épaisseur des films. D'importance primordiale pour la compréhension du transport dans les films minces, la question est une clé pour l'amélioration des revêtements bas-émissifs. La solution a été apportée ici par la différence de comportement en fonction de la température des diffusions des électrons aux interfaces et aux joints de grains. D'après cela, la résistance d'empilements comportant des films d'argent d'épaisseurs comprises entre 4 et 200 nm a été mesurée en fonction de la température. Les données ont été analysées au moyen de la version du modèle de Mayadas-Shatzkes qui inclut à la fois la diffusion des électrons aux interfaces (modèle de Fuchs-Sondheimer) et la diffusion des électrons aux joints de grains. Il a té démontré que, pour toutes les épaisseurs, la diffusion des électrons aux joints de grains constitue l'effet dominant. Les résultats de l'analyse du système fondamental ont été comparées avec les résultats de systèmes plus sophistiqués, obtenus soit en intercalant une couche additionnelle de titane entre l'argent et le ZnO (méthode communément utilisée pour améliorer le mouillage du ZnO par l'argent), soit par exposition à une pression partielle du film d'argent encours de croissance (pour oxyder le film). En outre, l'effet du recuit à 250°C a été étudié pour tous ces systèmes.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sind die Struktur und die Wasserstoffsorptionseigenschaften neuer nanokristalliner, hydridbildender magnesiumbasierter Legierungen, die mittels Rascherstarrung (Melt-Spinning Verfahren) hergestellt wurden, untersucht worden. Der Schwerpunkt der Arbeit bestand in der Erforschung der Vorgänge während der Aktivierung und der zyklischen Hydrierung/Dehydrierung der rascherstarrten Mg-Legierungen. Zusätzlich wurde das Gefüge, das sich nach der Kristallisation, Aktivierung bzw. Hydrierung einstellt, seine Erhaltung und Auswirkung auf das H2-Speicherverhalten (Struktur-Eigenschafts-Beziehungen) untersucht. Die für die Verbesserung der Kinetik des H2-Speicherverhaltens angestrebte Nanostruktur konnte nach der Hydrierung der rascherstarrten Legierungen erreicht werden. Die REM-, TEM- sowie EFTEM (EELS)-Untersuchungen zeigten, dass ein Y-Zusatz zu Mg-basierten Legierungen zu einer sehr feinen (ca. 50 nm) und homogenen Verteilung von Y-Hydriden im Gefüge der rascherstarrten Bänder führt. Mg2Ni-Hydride bilden dagegen größere Körner im Größenbereich von 2-3 µm. Bei den Cu-haltigen Legierungen wurde eine Koexistenz von Mg2NiH4 und MgCu2 in direkter Nachbarschaft nachgewiesen. Detaillierte Untersuchungen der Wasserstoffabsorption haben gezeigt, dass die Chemisorption während des linearen Anfangsbereiches des Hydrierungsverlaufes geschwindigkeitsbestimmend ist. Nach dem linearen Hydrierungsverlauf ist die Hydrierungskinetik von der Wasserstoffdiffusion durch eine geschlossene Hydridschicht beeinflusst. Mit dem breiten Spektrum der Untersuchungen (REM, EELS, TEM, HP-TGA, DSC, in situ-Synchrotron-XRD) als auch durch gezielte Variation der Zusammensetzungen wurden neue und grundlegende Erkenntnisse zum H2-Speicherverhalten der rascherstarrten Mg-basierten Legierungssysteme gewonnen. Besondere Beachtung verdient die Mg90Ni8Y1,6SE0,4-Legierung. Durch die Möglichkeit einer einfachen Herstellung, ihre schnelle Reaktionskinetik, ihren hohen Wasserstoffgehalt (bis zu 5,6 Gew.%) und ihre gute Zyklenstabilität eignet sich diese Legierung zur sicheren, volumeneffizienten sowie leichtgewichtigen Speicherung von Wasserstoff. Damit kann Wasserstoff gespeichert, transportiert und als CO2-freier Sekundärenergieträger in stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt werden.

Les dispositifs de stockage envisagés pour les déchets nucléaires de haute activité font intervenir une barrière ouvragée argileuse (smectites) ainsi que des conteneurs métalliques (fer). La diffraction des rayons X, la spectrométrie infrarouge et la microscopie électronique à transmission (pour l'analyse chimique et l'état d'oxydation du fer) permettent de déterminer l'évolution du système fer métal/smectites dans un milieu hydraté à 80°C. Le taux de déstabilisation des smectites en présence de fer métal varie de 0 à 100% en fonction des paramètres structuraux de la smectite (composition chimique, espace interfoliaire, quantité de fer octaédrique). La déstabilisation de la smectite et du fer métal génère de la magnétite ainsi qu'une phase gel à l'intérieur de laquelle cristallise une nouvelle phase argileuse très riche en fer. Cette phase montre deux degrés d'oxydation, avec un rapport fer(II)/fer(III) 20/80 (phase proche des odinites) ou 50/50 (phase proche des cronstedtites).

The present study was largely concerned with measuring accurate absolute values for the electronic state excitation cross sections in H2O, in the incident electron energy range 15eV to 50eV. It is hoped that these data will eventually help to improve the current state of electron - molecule scattering theory, as well as being useful in various fields of modelling. As an illustration of this latter point, the cross sections determined here were used to calculate quantities of importance in atmospheric modelling, namely, electron energy transfer rates and rates for the excitation of water molecules by auroral secondary electrons.

La synthèse de nanoparticules d'oxydes de titane par pyrolyse laser est étudiée dans ce mémoire. Cette technique de synthèse en voie gaz originale nous permet de modifier de manière souple les conditions de réaction et d'obtenir en une seule étape de synthèse des nanoparticules de taille, composition chimique et structure cristallographique contrôlées.Lors de cette étude, deux voies ont été envisagée afin de synthétiser des nanoparticules d'oxydes de titane présentant une absorption dans le domaine du visible. D'une part la synthèse de dioxyde de titane (TiO2) dopé azote et d'autre part, la synthèse d'oxydes de titane moins oxydés que le TiO2.Premièrement, la synthèse de nanoparticules de dioxyde de titane est réalisée grâce à l'utilisation du tetraisopropoxyde de titane comme précurseur. La pyrolyse laser nous permet de contrôler la phase de TiO2 obtenue, anatase ou rutile. Puis, en employant l'ammoniac comme dopant, nous avons pu synthétiser du TiO2 anatase dopé azote, présentant une absorption dans le visible.Deuxièmement, en modifiant les paramètres de synthèse, il a été possible de synthétiser des phases de Magnéli sous forme de nanoparticules, présentant également une absorption dans le visible. Il a également été possible d'obtenir à pression atmosphérique la phase TiO2-II, qui est une phase haute pression du TiO2, par oxydation d'une des phases de Magnéli. Troisièmement, en employant l'effet réducteur de l'ammoniac nous avons réussi à synthétiser des nanoparticules d'oxynitrures de titane Ti(O,N). Une étude poussée par diffraction de rayons X, spectroscopie d'absorption des rayons X, spectroscopie de photoélectrons X, spectroscopie de perte d'énergie électronique ainsi qu'une étude en température, nous ont permis de bien caractériser la structure de cette phase peu commune. De plus, les propriétés optiques se sont révélées très intéressante, puisque le matériau subit une transition métal/semi-conducteur selon son oxydation et présente une absorption très importante dans la région du visible.Enfin, les nanoparticules de TiO2 et de TiO2 dopées azote ont été employées pour l'élaboration de cellules solaire tout solide à colorant organique. Les premiers résultats montrent d'une part que la morphologie des ces nanoparticules est adaptée à leur emploi pour ce type de dispositifs, avec des rendements proche de l'état de l'art mondial. Et d'autre part, que le dopage à l'azote permet de collecter une quantité de photons plus importante grâce au domaine d'absorption de ces nanoparticules et de générer une densité de courant plus élevée.

The discovery and subsequent synthesis of metal containing fullerenes- IFS (Inorganic Fullerene-like Structures) by R. Tenne et al. has generated considerable scientific interest with great potential impact in many industrial application areas such as lubrication. The lubrication mechanism (tribofilm formation) via exfoliation and deposition of the atomic layers from this cage-like IF-particles was revealed and demonstrated first by this research group. The incorporation of the nanoparticles into lubricants (oils, greases) is however not straightforward. When two surfaces are sliding against each other and a lubricant is used, a thin layer (tribofilm) is formed on the contact area. The friction reducing effects of the nanoparticles can be altered or hindered by certain additives that are used in lubricative oils. The effects of such additives on the tribological behavior of the nanoparticles are investigated by analyzing the tribofilms formed on the worn surfaces using energy-dispersive X-ray spectroscopy in a scanning electron microscope. Another challenge of nanoparticles in lubricants is the penetration of the nanoparticles into the contact zone. A possible solution of this problem is briefly discussed. A modified burnishing technique can be used to coat sliding metallic surfaces with a friction reducing tribofilm. The morphology and composition of these tribofilms was investigated with analytical electron microscopy techniques. In the second part of the thesis electron microscopy was used to investigate the material transfer. Titanium is an elements with high adhesive ability to the counter surface, it displays poor tribological properties in sliding metallic contacts. This can lead to material transfer and consequently severe surface damage. The cold formation and machining of titanium, thus can lead rapid tool wear and poor surface finish. Electron microscopy techniques were used to study the mechanism of titanium transfer to different counter surfaces.

Les phases MAX sont des carbures et nitrures ternaires dont les propriétés remarquables sont intermédiaires entre celles des métaux et des céramiques. Elles présentent une grande variété de composition sous la même structure cristalline. Ce travail de thèse a pour objectif de mesurer leur constante diélectrique complexe ["(!)] en fonction de la composition. La variation de celle-ci en fonction de l'orientation cristallographique est 'également étudiée. Les échantillons utilisées sont des monocristaux élaborés en couches minces et des polycristaux massifs. Les mesures ont été effectuées par spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS) et par l'ellipsom'etrie V-UV. L'ellipsom'etrie possède une très bonne résolution en 'énergie et angulaire toutefois fenêtre en énergie accessible expérimentalement est réduite (1.5 'a 5.5 eV). L'EELS, permet de couvrir une gamme d'énergie allant du proche IR aux X mous ( 1 'a 100 eV). Les résultats issus de ces deux méthodes de mesure sont tr'es comparables. L'utilisation d'un monochromateur avant 'echantillon s'av'ere toutefois indispensable en EELS pour mesurer correctement le signal dans la région des très basses énergies. Les propriétés diélectriques des composés Ti2AlC et Ti2AlN sont remarquablement différentes suivant l'orientation cristallographique de la sollicitation. du faisceau électronique incident dans le plan de base ou le long de l'axe de c. Les propriétés diélectriques très différentes en fonction de l'orientation du cristal ont été mises en 'évidence et ont donc confirmé l'anisotropie montre par la théorie à l'origine de cette 'étude. L'étude d'autres composés en couches minces tel que Ti2GeC, Ti2SnC dont la synthèse a été réalisée nous a permis d'étudier l'influence des éléments A sur les propriétés diélectriques et optiques de ces matériaux. Un modèle phénoménologique semi-classique de Drude-Lorentz a été utilisé pour reproduire la fonction ". Dans ce modèle la réponse d'un métal à une excitation electromagnétique est décrite comme celle d'un gaz d'électrons libres et d'une somme d'oscillateurs représentant les transitions interbandes possibles. Après ajustement de ce modèle aux mesures expérimentales, il a été possible d'extraire la densité électronique et d'estimer un temps de relaxation des électrons libres. Ces mesures ont ensuite été utilisées pour déduire la conductivité statique qui a été comparée aux meures macroscopiques. Les résultats sont en bon accord avec les valeurs publiées et nous permettent de confirmer que la conductivité statique présente une forte anisotropie dans Ti2AlC et Ti2AlN. Enfin, une approche ab initio a été mise en œuvre afin de modéliser les constantes diélectriques complexes. Ces calculs basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TDDFT) reproduisent l'anisotropie de la réponse diélectrique et montrent qu'elle est intimement liée aux champs locaux.

Zr cladding alloys have been used for many years as the first safety barrier layer of a nuclear reactor. However, the recent Fukushima accidents and industrial demands to increase the burnup of fuels have led to increasing interest in a detailed mechanistic understanding of aqueous corrosion and hydrogen pickup and the performance at high temperatures. As part of an international MUZIC-2 programme (Mechanistic Understanding of Zr Corrosion and Hydrogen pickup), I have used a range of advanced microscopy techniques to study the microstructure, the nanoscale chemistry and the porosity in a series of zirconium alloys at different stages of corrosion and hydrogen pickup. Samples from both autoclave and in-reactor conditions were available to compare, I have focussed on RXA (recrystallised 580°C) Zr-1.0Nb and annealed (720°C) Zr-1.0Nb alloys. A set of samples from different exposures times were chosen to represent early, pre-transition and post-transition samples in order to compare the microstructure and microchemistry of the oxides, the metal-oxide interface and the metal. (Scanning) Transmission Electron Microscopy ((S)TEM), Transmission Kikuchi Diffraction (TKD) and automated crystal orientation mapping with TEM (ASTAR mapping) were used to study the grain structure and phase distribution. Significant differences in grain morphology were observed between samples oxidised in the autoclave with different corrosion rates, with more uneven metal-oxide interface, more parallel cracks and less organised oxide grains in the fast corroding samples. Comparing with autoclave samples, the in-reactor samples have shorter, less well-aligned monoclinic grains and more tetragonal grains. The rapidly oxidising annealed Zr-1.0Nb alloy also have much higher tetragonal grain fraction comparing with the slow corrosion rate RXA Zr-1.0Nb alloys. Porosity in the oxide is predicted to have a major influence on the overall rate of corrosion and hydrogen pickup, and there is much more porosity in the annealed Zr-1.0Nb alloy than found in either the RXA alloy or the similar alloy exposed to neutron irradiation. A combination of Energy Dispersion X-ray (EDX) mapping in STEM and Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) analysis of second phase particles can reveal the main and the minor element distributions respectively. The annealed Zr-1.0Nb alloys have Î2-Zr SPPs with nano crystalline structure and much larger size. Although they does not relate with the higher density of cracks in the oxide, the large SPP size can connect together all the small cracks that are generated by the huge amount of tetragonal to monoclinic phase transformation during corrosion and provides pathway for corrosion and hydrogen pickup. Two kinds of SPPs are found in the RXA Zr-1.0Nb alloys, one is Î2-Nb and another one is Zr-Nb-Fe Laves phase. Neutron irradiation seems to have little effect on promoting fast oxidation or dissolution of Î2-Nb precipitates, but encourages dissolution of Fe from Laves phase precipitates. Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) analysis of the oxidation state of Nb in Î2-Nb SPPs in the oxide revealed the fully oxidised Nb⁵⁺ state in the SPPs deep into the oxide, but Nb²⁺ in the crystalline SPPs near the metal-oxide interface. EELS, TKD and ASTAR mapping have also revealed the presence of suboxide layers with the hexagonal ZrO structure predicted by ab initio modelling. The combined thickness of the ZrO suboxide and oxygen-saturated layers at the metal-oxide interface correlates well to the estimated instantaneous oxidation rate, suggesting that the presence of this oxygen- rich zone combining with the part where porosity is not interconnected is the protective oxide that is rate limiting in the key in the transport processes involved in corrosion and hydrogen pickup.

En milieu naturel, évaluer l’effet des contaminants sur les organismes aquatiques s’avère difficile dû aux nombreux facteurs (température, oxygénation, prédation, parasitisme, …) agissant sur les organismes. Le but de ces travaux de thèse était alors de tester la possibilité de détecter et hiérarchiser les effets de divers facteurs naturels et anthropiques sur des individus prélevés in situ. Le modèle d’étude utilisé était l’anguille Européenne (Anguilla anguilla) et Américaine (Anguilla rostrata). Pour appréhender les effets in situ des polluants, nous avons tenté d’identifier des gènes pour lesquels le niveau de transcription était spécifiquement corrélé à un polluant ou un facteur naturel mesuré sur le terrain au moyen de deux outils transcriptomiques : le séquençage haut débit et la puce à ADN. Les profils transcriptomiques obtenus à partir des foies d’anguilles directement prélevées sur le terrain ont été comparés dans un deuxième temps, à ceux obtenus à partir d’individus exposés au laboratoire à divers facteurs naturels et anthropiques de façon séparée. La comparaison de ces profils a montré une différence notable des réponses des individus exposés en laboratoire et ceux prélevés in situ, soulevant un effet non négligeable du stress induit par la captivité en mésocosme. La réalisation d’une étude similaire en utilisant la nageoire caudale comme méthode non invasive s’est révélée pertinente dans la capacité de cet organe à discriminer les différentes conditions expérimentales et de terrain. L’utilisation de la puce sur des gonades d’anguilles européennes maturées artificiellement a indiqué que la pollution pourrait affecter les capacités de reproduction des futurs géniteurs et contribuer alors au déclin massif de cette espèce observé depuis les dernières décennies. / In the natural environment, assessing the impact of contaminants on aquatic organisms remains difficult due to many factors (temperature, oxygenation, predation, parasitism, ...) acting on organisms. The purpose of this thesis was then to test the ability to detect and prioritize the effects of various natural and anthropogenic factors on individuals sampled in the natural environment. The models used were the European (Anguilla anguilla) and American (Anguilla rostrata) eels. To understand the effects of pollutants in situ, weat tempted to identify genes for which the transcription level was correlated to a specific pollutant or a natural factor measured in the field with two transcriptomic tools: high through put sequencing and DNA microarray. Transcriptomic profiles obtained from livers of eels taken directly from the field were compared in a second phase to those obtained from individuals exposed in the laboratory to various natural and anthropogenic factors separately. Comparison of these profiles showed a significant difference in responses of individuals exposed in the laboratory and those collected in the field, showing a significant effect induced by captivity mesocosm stress. Conducting a similar study using the tail fin as a non-invasive method was relevant for the ability of this tissue to discriminate different experimental and field conditions. Finally, the use of the microarray on the gonads of artificially matured European eels indicated that the pollution could affect the reproductive capabilities of futures pawners and contribute to massive decline of this species observed in last decades.