NOUS AVONS DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT LA QUANTIFICATION DE LA CHARGE MOYENNE D'UNE ELECTRODE METALLIQUE CONNECTEE A UN RESERVOIR D'ELECTRONS PAR UNE JONCTION TUNNEL. EN UTILISANT UNE JONCTION DE DIMENSIONS NANOMETRIQUES ON PEUT RENDRE L'ENERGIE ELECTROSTATIQUE D'UN ELECTRON EN EXCES DANS L'ILE (L'ELECTRODE METALLIQUE) LARGEMENT SUPERIEURE A L'ENERGIE CARACTERISTIQUE DES FLUCTUATIONS THERMIQUES. NOUS AVONS MONTRE QUE NOUS POUVIONS FIXER LE NOMBRE MOYEN D'ELECTRONS EN EXCES PAR UNE TENSION DE COMMANDE. LES VARIATIONS DE LA CHARGE MOYENNE DE L'ILE (CHARGE MACROSCOPIQUE) EN FONCTION DE CETTE TENSION ONT LA FORME D'UNE COURBE EN MARCHES D'ESCALIER ET SONT EN BON ACCORD AVEC LES PREDICTIONS THEORIQUES PRENANT EN COMPTE LES FLUCTUATIONS THERMIQUES. POUR UNE ILE SUPRACONDUCTRICE, L'EXPERIENCE MONTRE QUE LES MARCHES CORRESPONDANT A UN NOMBRE IMPAIR D'ELECTRONS SUR L'ILE SONT PLUS COURTES QUE LES MARCHES CORRESPONDANT A UN NOMBRE PAIR D'ELECTRONS. NOUS INTERPRETONS CET EFFET COMME UNE MANIFESTATION DE L'APPARIEMENT DES ELECTRONS DANS L'ILE SUPRACONDUCTRICE. DE L'ASYMETRIE DES MARCHES NOUS AVONS DEDUIT LA DIFFERENCE D'ENERGIE LIBRE ENTRE LES ETATS A NOMBRE IMPAIR D'ELECTRONS DANS L'ILE ET LES ETATS A NOMBRE PAIR D'ELECTRONS ET NOUS AVONS OBTENU UN TRES BON ACCORD ENTRE NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES CALCULS THEORIQUES. ENFIN, EN DESSOUS D'UNE TEMPERATURE SEUIL, NOUS AVONS OBSERVE QUE LES MARCHES IMPAIRES DISPARAISSAIENT ET QU'ALORS LA CHARGE MACROSCOPIQUE ETAIT QUANTIFIEE EN UNITES DE 2E. NOUS AVONS EGALEMENT MONTRE QUE LE DISPOSITIF DE LA POMPE A ELECTRONS, QUI PERMET DE BATIR UN COURANT ELECTRON PAR ELECTRON, POURRAIT THEORIQUEMENT, AVEC QUATRE ILES, ATTEINDRE UNE PRECISION METROLOGIQUE. CETTE ANALYSE EST BASEE SUR LE CALCUL D'UNE EXPRESSION NON DIVERGENTE DU TAUX DES EVENEMENTS TUNNEL D'ORDRE SUPERIEUR A TRAVERS PLUSIEURS JONCTIONS TUNNEL EN SERIE. ENFIN, NOUS AVONS OBSERVE DES EVENEMENTS TUNNEL INDIVIDUELS EN MESURANT LES VARIATIONS DE LA CHARGE INSTANTANEE D'UNE ELECTRODE CONNECTEE A UN RESERVOIR D'ELECTRONS PAR QUATRE JONCTIONS EN SERIE

Pendant 10 ans, j'ai travaillé au LAREG (Laboratoire de Recherche en Géodésie de l'IGN) sur la méthodologie du traitement GPS pour le positionnement vertical précis, avec plusieurs applications à des domaines variés des sciences de la Terre. J'ai cherché : 1) à mettre en évidence et quantifier les sources d'incertitudes, qu'elles viennent d'effets physiques (traversée de l'atmosphère par les signaux GPS en particulier) ou géodésiques (effets géométriques ou de systèmes de référence..) ; 2) à obtenir les résultats les plus précis, voire les plus exacts possible, en développant une méthodologie adaptée. Les domaines d'application où j'ai obtenu des résultats novateurs sont : la déformation d'une zone de subduction rapide, l'arc des Vanuatu. Sur cette zone bien instrumentée par l'IRD depuis plus de 15 ans, nous avons obtenu un champ de vitesses 3D précis grâce à un traitement adapté et cohérent. On met ainsi en évidence l'effet de la Ride d'Entrecasteaux, relief sous marin qui s'engage dans la subduction, sur les vitesses verticales proches de la fosse et très probablement sur le cycle sismique. l'étude des variations à long terme du niveau de la mer. La mise en place d'un centre d'analyse GPS des données des stations colocalisées avec les marégraphes d'un réseau mondial permet, avec près de 10 ans de données continues traitées de 1) proposer un champ de vitesses verticales homogènes sur plus de 220 stations, validé par des estimations géophysiques indépendantes ; 2) en utilisant ces vitesses, réévaluer la vitesse long terme de variation du niveau de la mer dans un référentiel absolu (donc comparable aux variations données par l'altimétrie sur 15 ans). l'étude de l'humidité atmosphérique dans le cycle de mousson en Afrique de l'Ouest. Durant la campagne AMMA, qui s'est déroulée principalement de 2005 à 2007 en Afrique de l'Ouest, nous avons mis en place un réseau de 6 stations GPS permanentes et un centre d'analyse de leurs données pour la production de Contenus Intégrés en Vapeur d'Eau atmosphérique. Des traitements automatiques en temps peu différé ont fourni, pendant toute la durée de la campagne, des indicateurs d'aide à la décision, avec des CIVE comparables aux prévisions et aux analyses. Le traitement scientifique, à l'état de l'art, met en évidence des biais importants des mesures « classiques » de radio sondages en Afrique, qui se répercutent ensuite sur les analyses. Il apporte des informations nouvelles sur les différentes étapes de la mousson (que l'on caractérise bien par l'évolution de la vapeur d'eau atmosphérique) et sur le cycle diurne et son évolution au cours du cycle de mousson. la géodésie de fond de mer. Les résultats ne concernent pour l'instant que la composante verticale. Sur une zone calme au Vanuatu, des tests sur un réseau de répétition montrent que la répétabilité sur la hauteur ellipsoïdale d'un repère installé par 16 m de fond est sub centimétrique. Le facteur limitant est la précision que l'on peut obtenir sur la mesure de hauteur par GPS en surface, évaluée grâce à une étude méthodologique à 10 à 15 cm sur la zone d'intérêt (fosse de subduction). On a obtenu, sur cette zone, une cartographie GPS de la surface moyenne océanique à même précision, qui met en évidence des biais importants dans les surfaces altimétriques et alti-gravimétriques au Vanuatu.

Le Delta de l'Okavango est un système endorhéique formant un cône alluvial dans la dépression du Kalahari. L'écosystème y est rythmé par une crue annuelle en provenance de l'Angola et entravée par l'escarpement des failles normales du graben de l'Okavango. Ce régime annuel est très variable, car la répartition de la crue annuelle diffère tous les ans. À plus grande échelle temporelle, du millénaire au Ma, l'endorhéisme du Delta peut varier entre des marais (actuel), un mega-lac ou perdre son caractère endorhéique (rivière). Les processus pouvant contrôler ces variations de régime sont 1) l'hydrologie du système, 2) l'activité des failles du graben, 3) l'apport sédimentaire et 4) l'écosystème. Cette étude apporte des contraintes quantifiées éclairant deux de ces processus à travers l'observation de la déformation de la surface terrestre par l'enregistrement de stations GPS permanentes. Le signal observé est annuellement impacté par la charge hydraulique résultant de la saison des pluies, et inter-annuellement par les variations de cette charge, ainsi que l'activité tectonique du graben. Les satellites GRACE fournissent un enregistrement quasi-continu de la variation du stock d'eau continentale, rendant possible la modélisation de la déformation élastique de la surface terrestre sous l'effet de cette charge. Le signal de déformation ainsi modélisé est comparable au signal saisonnier enregistré, validant les données satellitaires GRACE et révélant un important aquifère dans le bassin de l'Okavango. GRACE fournit ainsi un nouveau proxy permettant de suivre l'évolution de l'aquifère, et de valider le modèle hydrologique calibré précédemment pour le bassin. Les variations inter-annuelles d'eau souterraine dans le bassin validées par GRACE confirment le rôle de tampon des variations climatiques joué par l'aquifère sur la modulation des variations climatiques. La phase des variations du stock d'eau met de plus en évidence un effet de seuil dans la recharge de ce stock, en fonction de l'intensité des premières pluies. La faible résolution spatiale des variations du stock d'eau continental fournie par GRACE peut finalement être mieux contrainte par un examen plus détaillé des signaux GPS dans le bassin. Les vitesses de déformation horizontales de part et d'autre du graben révèlent une déformation tectonique faible sur l'ensemble du graben, de 1 mm/an exclusivement décrochante dextre. Une si faible déformation exclut une influence significative de l'activité tectonique et sismique du graben sur la variabilité de la distribution de la crue. Cette déformation observée remet en question le modèle géodynamique admis dans la région, soit une phase précoce de rifting liée à la propagation d'une branche SW du Rift Est-Africain. Un recensement des nombreuses études géophysiques réalisées dans la région dans la dernière décennie et un réexamen de la sismicité de l'Afrique australe n'amène aucune preuve significative de rifting dans le graben de l'Okavango. Un autre modèle géodynamique pour l'Afrique australe est proposé, basé sur l'accommodation lointaine de la déformation associée à l'ouverture à taux différentiels du Rift Est-Africain et le déplacement du craton du Kalahari par rapport au reste de la plaque nubienne. / The Okavango Delta is an endorheic system forming an alluvial fan in the Kalahari depression. The local ecosystem is paced by the annual flood coming from the Angolan highlands, blocked downstream by the normal faults scarps of the Okavango graben. This annual regime is highly variable, with the spatial distribution of the flood differing every year. At the geological time scale, from millenary to mega-annual, the Delta's endorheism can also vary between wetlands (current regime), mega-lake or loose its endorhism to turn into a river. Processes driving these regime variations are 1) the hydrological system, 2) the faulting of the graben, 3) the sedimentary input and 4) the ecosystem. This study brings quantitative constraints regarding two of these processes through the deformation of the Earth's ground surface monitored by permanent GPS stations. The observed signal is impacted seasonally by the hydrological loading resulting from the rainy season, and inter-annually by the variations of the terrestrial water storage, as well as the tectonic activity of the graben. GRACE satellites provide a quasi-continuous record of the variations of the Earth's continental water storage, allowing the modelling of the elastic deformation imposed on the Earth's crust by loading. The resulting modelled deformation signal is well correlated to the observed seasonal signal, hence validating the GRACE data products and revealing a large aquifer in the Okavango basin. GRACE thus provides a new proxy to monitor the evolution of water storage, and to validate more robustly the hydrological model calibrated for the basin. The variations in terrestrial water storage (TWS) in the basin validated by GRACE confirm the buffer effect of the aquifer in the modulation of climatic variations. The phase of the TWS variations moreover highlights a threshold in the recharge of TWS during the rainy season, depending on the intensity of the first rains. Finally, the poor spatial resolution of TWS variations provided by GRACE can be further constrained by a detail examination of the GPS signals in the basin. Horizontal displacements rates across the graben reveal a low tectonic deformation rate, of 1 mm/yr, exclusively along a dextral strike-slip component. Such a low deformation rate excludes a significant influence of the graben faulting on the variability of the flood distribution. The observed deformation calls into question the current geodynamic model for the area, i.e. incipient rifitng due to the propagation of a southwestern branch of the East African Rift System. A review of the numerous geophysical studies in the study area over the last decade, as well as a re-examination of the seismic data in southern Africa does not provide significant evidence for rifting in the Okavango graben. An alternative geodynamic model is proposed, based on the far-field accommodation of the deformation resulting from the differential extension rates in the Rift Valley, and the displacement of the Kalahari craton relative to the Nubian plate.

Les phénomènes de charge des isolants ont été étudiés à l'aide d'un MEB (Microscope Electronique à Balayage). L'effet de la température sur ces phénomènes a été également discuté. Cette étude concernera, plus particulièrement, la mesure des courants induits sous irradiation électronique (courants de conduction et de déplacement) et la détermination du rendement d'émission électronique secondaire. Notre travail est porté en premier lieu sur des échantillons de verre à base de silice. Nous avons prouvé que l'augmentation de la température fait diminuer la capacité de charge du verre. Les résultats sont expliqués par l'augmentation de la conductivité activée par la température qui tend à réduire la formation de la charge d'espace négative grâce à l'augmentation de la mobilité de porteurs de charge. Cette explication est confirmée par une augmentation dans le courant de fuite mesuré sur le verre en fonction de la température.La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude de l'effet de la température sur le comportement du polyéthylène téréphtalate (PET) irradié avec les électrons. Nous avons montré que la température joue un rôle important dans la grande rétention de la charge accumulée à cause du un phénomène de repiégeage rapide qui se produit dans le volume de l'échantillon dans le cas de la relaxation de la charge. Nos résultats indiquent que le phénomène de «flashover» a lieu aussi bien en volume qu'au niveau de la surface de l'échantillon. L'émission électronique secondaire de ce polymère devient de moins en moins faible avec l'augmentation de la température. / The charging phenomena of insulators have been studied using a SEM (Scanning Electron Microscope). The temperature effect on these phenomena was also discussed. The study will cover, in particular, the measurement of the induced currents under electron irradiation (conduction current and displacement current) and determining the secondary electron emission yield. Our work is focused primarily on silica glass samples. We have shown that increasing of the temperature decreases the capacity of the glass. The results are explained by the increase in conductivity activated by temperature, which tends to reduce the formation of the negative space charge due to the increased mobility of charge carriers. This explanation is confirmed by an increase in the conduction current measured on the glass as a function of temperature.The second part of this work was devoted to the study of the temperature effect on the behavior of polyethylene terephthalate (PET) irradiated with electrons. We have shown that temperature plays an important role in the high retention of accumulated charge due to a rapid trapping phenomenon that occurs in the bulk sample in the case of the charges relaxation. Our results indicate that the "flashover" phenomenon occurs both in bulk and to the surface of sample. The secondary electron emission of the polymer becomes less weak with increasing temperature.

Dans un système constitué de deux jonctions tunnel supraconductrices de très petite taille (100 nm x 100 nm) connectées en série, l'effet Josephson qui tend a imposer la phase entre en compétition avec les effets de charge dans l'électrode centrale (l'île du dispositif) qui tendent à fixer la charge. En appliquant une tension sur une électrode supplémentaire (appelée « grille ») on peut arbitrer cette compétition en faveur de l'un ou l'autre de ces effets. Ceci est visible sur en particulier sur le supercourant traversant le dispositif : il est modulé périodiquement avec la tension de grille (d'où le nom de « transistor » donné au système). Cette modulation présente un pic très prononcé lorsque deux états de charge de l'île sont dégénérés vis à vis de l'énergie électrostatique. Le système est alors dans un état qui n'a pas de description classique : il est dans une superposition cohérente d'états. Dans cette thèse nous démontrons expérimentalement le comportement de ce transistor et nous analysons les problèmes théoriques et pratiques qui peuvent s'opposer à l'observation de la superposition cohérente d'état via la modulation du supercourant. En particulier, nous montrons que la parité du nombre d'électrons dans l'île doit être parfaitement contrôlée, et que l'impédance aux bornes du circuit joue un rôle capital dans l'amplitude du supercourant mesuré.

La Station Laser Ultra Mobile est la plus petite station de télémétrie laser au monde, ne pesant que 300 kg, dédiée à la poursuite de satellites équipés de rétroréflecteurs laser. Elle utilise un petit télescope de 13 cm de diamètre placé sur une monture issue d'un théodolite de précision et motorisé, un laser très compact et une photodiode à avalanche permettant la détection au niveau du simple photo-électron. Les premières expériences (Corse, fin 1996) ont révélé des instabilités dans la qualité des mesures. Ce travail concerne l'étude et la mise en place de nombreuses modifications techniques afin d'atteindre une exactitude centimétrique des mesures et de pouvoir participer à la campagne de validation des orbites et d'étalonnage de l'altimètre du satellite océanographique JASON-1 (2001). La précision instrumentale souhaitée a été vérifiée avec succès en laboratoire.<br />Outre cet aspect instrumental et métrologique, une analyse a été développée afin de pouvoir estimer l'exactitude et la stabilité des observations de la station mobile après intégration des modifications. A partir d'une expérience de co-localisation entre les deux stations laser fixe du plateau de Calern, on a fait une analyse fondée sur l'ajustement, par station, de coordonnées et d'un biais instrumental moyen à partir d'une orbite de référence des satellites LAGEOS. Des variations saisonnières très cohérentes ont été mises en évidence dans les séries temporelles des différentes composantes. La comparaison locale des déformations de la croûte terrestre se traduisant par des variations d'altitude issues des données laser montre une cohérence avec les mesures d'un gravimètre absolu transportable (FG5). Des signaux de même amplitude ont été observés par GPS. Ces variations sont également mises en évidence à l'échelle mondiale et leur interprétation géophysique est due à la combinaison des effets de marées terrestres et polaire et des effets de charge atmosphérique.

Les interconnexions des circuits intégrés sub-0.25µm nécessitent l'intégration d'isolants «low-K» à plus faible permittivité diélectrique que SiO2 (~ 4.4) tel que le SiLK™ (~ 2.65), un matériau organique prometteur. Mais sa gravure plasma conduit à l'obtention de structures en forme de tonneau («bow»), alors que les profils gravés doivent rester anisotropes pour les étapes ultérieures d'intégration. Afin de réduire le bow, cette étude montre que la passivation des flancs des structures gravées est nécessaire, et fortement corrélée à la dégradation («graphitisation») du SiLK et à la présence de résidus carbonés peu volatils dans le plasma. La présence de sources carbonées autres que le SiLK™ permet aussi d'améliorer la passivation. L'étude du phénomène à l'origine du bow montre enfin que les charges électrostatiques jouent un rôle majoritaire dans la déflexion des ions sur les flancs. Ces résultats intéressent également tous les low-Ks à faible seuil de gravure ionique réactive.