L'utilisation diversifiée des composites renforcés par des fibres, par exemple dans le corps des avions, des bateaux ou des voitures, génère une demande croissante d'analyse de ces matériaux. Le but final de notre étude réside dans l'optimisation de ces matériaux fibreux à l'aide d'un " schème de conception de matériaux virtuels ". De nouveaux matériaux fibreux sont créés virtuellement en tant que réalisations d'un modèle stochastique, puis évalués par rapport à leurs propriétés physiques. De cette manière, les matériaux peuvent être optimisés pour des cas d'utilisation spécifique, sans réellement construire de coûteux prototypes ou faire des tests mécaniques. La reconstruction virtuelle du matériau réel demande une connaissance précise de la géométrie de sa microstructure. La première partie de cette thèse décrit une méthode de quantification de fibres à l'aide de mesures locales de leurs rayons et de leurs orientations. La combinaison de la transformée " chord length " et des moments d'inertie locaux apporte une méthode efficace et précise pour déterminer ces propriétés. Cette approche surpasse les méthodes existantes par rapport à la possibilité de traiter des fibres de rayons variés, possède une précision accrue, et un temps de calcul rapide. Cette méthode de quantification locale peut être appliquée directement sur des images à niveaux de gris en adaptant la transformée en distances directionnelles dans le cadre des images à niveau de gris. Dans ce travail, plusieurs approches de ce type sont développées et évaluées. Une caractérisation supplémentaire des systèmes de fibres requiert la segmentation de chaque fibres. Ce sujet est traité dans la deuxième partie de cette thèse. Grâce à l'utilisation d'opérateurs morphologiques avec des formes explicites d'élément structurant, il est possible de dériver une probabilité pour chaque pixel, de faire partie du cœur de la fibre dans une région où les fibres ne se croisent pas. En traçant des chemins de probabilité élevée, il est possible de reconstruire des parties non connexes du cœur des fibres. Dans un second temps, ces parties sont reconnectées à travers des zones critiques, sous des contraintes assurant que celles ci font effectivement partie de la même fibre. Dans la troisième partie de ce travail, nous développons un nouveau modèle stochastique de système dense de fibres sans intersection avec un niveau de courbure contrôlable. Les approches existantes de la littérature possèdent au moins une des faiblesses suivantes : la fraction volumique produite n'est pas assez élevée, les fibres peuvent se croiser, la distribution d'orientation ainsi que la courbure des fibres n'est pas contrôlable. Ce manque peut effectivement être comblé avec notre modèle, qui fonctionne en deux étapes. Une première étape utilise une marche aléatoire pour définir des fibres dont la courbure est liée à une distribution de von Mises-fisher. Une deuxième étape utilise un algorithme d'empilement pour produire une configuration sans imbrication. En outre, on propose des estimateurs pour tout les paramètres de notre modèle, afin de l'adapter à une microstructure réelle. Dans la dernière partie du manuscrit, on simule numériquement le comportement macroscopique des différentes microstructures étudiées pour obtenir leurs propriétés mécaniques et thermiques. Cette partie est basée sur des logiciels existants et consiste essentiellement à résumer l'état de l'art de la simulation physique de systèmes de fibres aléatoires. L'application à un polymère renforcé par des fibres de verre démontre la qualité des reconstructions de la microstructure réelle obtenues par notre modèle. Cette thèse inclus toutes les étapes nécessaires pour effectuer la conception de matériaux virtuels. Des algorithmes nouveaux et efficaces ont été développés afin d'enrichir les connaissances et les possibilités d'analyse et de modélisation des matériaux composites renforcés par des fibres.

Le Modèle Standard (MS) de la physique des particules synthétise les connaissances actuelles sur la physique subatomique et les interactions fondamentales connues (sauf la gravitation). Jusqu'à présent, aucun résultat expérimental ne contredit fortement les prédictions du MS. Cependant, il existe encore quelques questions de nature expérimentale ou théorique qui restent sans réponse dans le MS. De nombreux modèles théoriques se proposant de décrire la physique au delà du MS ont été proposés dans les dernières décennies pour tenter de remédier à une ou plusieurs des lacunes du MS. Certaines de ces théories comme le modèle technicouleur, les modèles de couleurs chiraux et les modèles de Randall-Sundrum avec des dimensions supplémentaires prédisent de nouvelles particules qui se couplent fortement au quark top, en raison de sa masse élevée. Ce couplage implique une désintégration préférentielle en une paire de quarks top, t tbar. Pour pouvoir tester ces nouvelles théories, des accélérateurs capables d'atteindre des énergies de l'ordre du TeV sont nécessaires, de même que des détecteurs adaptés pour analyser les événements recueillis. Ainsi, plusieurs recherches de résonances top-antitop ont été réalisées auprès des collisionneurs hadroniques très puissants comme Tevatron et le grand collisionneur de hadrons (LHC: acronyme de Large Hadron Collider). Les modèles de référence considérés dans ces recherches sont le modèle topcolor assisted technicolor qui conduit à la production d'un boson neutre Z' et le modèle de Randall-Sundrum avec une dimension supplémentaire qui conduit à la production d'un gluon Kaluza-Klein qui se désintégre aussi en une paire t tbar. Le modèle topcolor assisted technicolor explique la masse élevée du quark top et la brisure de symétrie électrofaible par condensation du quark top associé à la brisure de symétrie d'une nouvelle force forte. Le modèle de Randall-Sundrum explique le problème de hiérarchie en prenant en compte une dimension supplémentaire enroulée sur elle-même et dans laquelle la gravité va se propager. Les expériences CDF et DØ ont exclu à 95% de C.L. une masse de Z' inférieure à 900 GeV. Au LHC, la meilleures limites sur les masses du boson Z'et du gluon de Kaluza Klein ont été obtenues par l'expérience CMS en utilisant les données collectées en 2011, 500 < mZ' < 1300 GeV et 1000 < mgKK < 1400 GeV, respectivement.

Deux voies ont été explorées pour rechercher des matériaux pouvant être utilisées comme aimants permanents: a) soit l'amélioration des performances magnétiques de composes connus. Ainsi d'une part l'insertion d'environ 120 K et d'autre part l'enrichissement en fer a l'aide d'une méthode d'hypertrempe de la solution solide GdFe12-xAlx conduit à des composés ferromagnétiques (TC=500 K pour x=2), b) soit l'obtention de nouveaux composés à base d'uranium qui permet d'induire une anisotropie magnétocristalline. L'étude des propriétés structurales des siliciures et germaniures UM10Si2 (M=Fe, Co) et U2M17-yXy (M=Fe, Co et X=Si, Ge) montre une occupation préférentielle du silicium ou du germanium de certains sites cristallographiques des structures types ThMn12 et Th2Ni17. Les propriétés magnétiques de ces composés sont analysees en fonction des distances M-M.

Ce travail a pour objectif d'augmenter la diversité des foldamères par le développement d'une nouvelle classe d'architectures abiotiques mimant le repliement des feuillets β protéiques. La stratégie employée repose sur des processus de structuration qui diffèrent de ceux observés au sein du vivant. Les deux éléments essentiels des systèmes naturels, à savoir la boucle courte et flexible d'acides aminés et les brins β liés entre eux par des liaisons hydrogènes, sont ici substitués respectivement par un coude rigide formé de noyaux aromatiques et par des oligoarylamides plans interagissant par empilement aromatique.Ces objets ont été conçus pour adopter des structures repliées caractérisables en solution par spectroscopie RMN et à l'état solide par diffraction des rayons X. Dans une première partie, l'optimisation du pseudo-coude β et de la séquence des brins, ainsi que l'exploration des premières architectures en feuillet seront étudiées à travers la conception, la synthèse et les études structurales de ces oligoamides et oligoamines aromatiques. Dans une seconde partie, le concept mis en oeuvre sera étendu à la synthèse de foldamères plus élaborés à brins courbés, ouvrant ainsi des perspectives intéressantes vers l'obtention d'architectures toujours plus complexes.

L'influence de paramètres de configuration et physico-chimiques sur la cinétique de réactions solide-solide sans dégagement gazeux est présentée. La méthode d'étude employée est l'analyse thermomagnétique qui permet de suivre l'évolution des phases d'un système solide. A partie des résultats concernant l'influence de la nature et de la pression des gaz lors de la synthèse du tungstate de fer Fe2WO6 des mécanismes faisant intervenir la sublimation et la condensation d'un des réactants ont été élaborés. L'étude des paramètres morphologiques a été effectuée sur le système NiO-WO3 et elle a mis en évidence l'influence des amas de trioxyde de tungstène sur les propriétés physiques et chimiques du mélange.

Les études de la radioactivité bêta dans les milieux nucléaires permettent en partie de participer à la détermination d’un des paramètres qui décrit l'interaction faible (la constante de couplage vectoriel). Pour cela, de nombreuses mesures permettent déjà d’atteindre de grandes précisions sur ce paramètre pour un grand nombre de noyaux des transitions bêta super-permise. Cependant, pour le carbone 10, l'incertitude relative du rapport d'embranchement reste encore élevée par rapport aux autres noyaux pères avec une valeur de l’ordre de 0,13 %. Ceci est dû à l’énergie du photon émis par l’état 0+ du noyau fils qui est de 1021,6 keV, c’est-à-dire proche de l’énergie d’empilement de deux signaux de photons de 511 keV. En mai 2015, notre groupe a réalisé, à ISOLDE au CERN, une expérience afin de mesurer très précisément cette transition. Pour produire le carbone 10,nous avons réalisé des réactions nucléaires qui produisaient en grandes parties les noyaux d’intérêts mais aussi des contaminants de mêmes masses émetteurs de bêta+. Afin de réduire l’empilement, il aurait été nécessaire de mieux séparer les éléments ou d’estimer celui-ci à partir de données équivalentes avec le néon 19. Ainsi, nous avons calculé une constante d’empilement qui dépend du temps de mise en forme est qui est de l’ordre de 0,1μs. Par la suite, l’analyse de nos données carbone 10 a permis d’obtenir un rapport d’embranchement de 1,500(4) % alors que la moyenne des valeurs de la littérature donne1,4645(19) %. Dans le but de produire plus d’espèces de noyaux et d'augmenter l'intensité des faisceaux, le GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) développe actuellement un nouvel accélérateur ainsi qu'un ensemble de cibles basées sur la méthode ISOL. Pour réduire le dépôt de contaminants aux points de mesures, tel que c'était le cas pour la mesure du carbone 10 à ISOLDE, la communauté de physiciens souhaite aussi développer un ensemble d'outils de séparations. Dans ce cadre, notre groupe participe depuis 2011 au développement de deux de ces outils : un séparateur de haute-résolution (HRS) pour séparer des noyaux dont le pouvoir de résolution en masse nécessaire (m/Δm) souhaité est de 20000et un double piège de Penning (PIPERADE) pour séparer les noyaux qui nécessite au maximum d’un pouvoir de résolution en masse de 100000. Ainsi, au CENBG, une ligne faisceau de test qui comprend une source d'ions FEBIAD, le quadrupôle radiofréquence regroupeur-refroidisseur GPIB, un aiguillage électrostatique et le double piège de Penning (PIPERADE) est en cours de développement. Lors des tests de ces dispositifs, nous avons observé une efficacité de transmission de l’ordre de 80 % du faisceau qui traverse le GPIB.Également, nous avons mesuré une émittance transverse de 3 pi.mm.mrad en comparaison de celle de 26 pi.mm.mrad observées en aval du GPIB. Par la suite, les simulations de laligne d’injection dans le piège de Penning ont permis de définir une décélération qui permet d’injecter 98 % des ions extraits du GPIB.Cette thèse se compose donc de deux parties : la détermination du rapport d'embranchement du carbone 10 et le développement et l'intégration au CENBG de la ligne de faisceau PIPERADE. / The beta radioactivity studies in nuclear medium allow to participate in thedetermination of one of the parameters that describes the weak interaction (the vectorcoupling constant). For this purpose, numerous measurements have already been made todetermine this parameter with great precision for superallowed transition nuclei. However,for carbon 10, the relative uncertainty of the branching ratio is still high compared to otherparent nuclei with a value of the order of 0.13%. This high uncertainty is due to photonenergy emitted of 1021.6 keV which is really closed to the energy due to pile-up of twophotons of 511 keV. In May 2015, our group conducted an experiment at ISOLDE at CERN tomeasure the branching ratio very precisely. The nuclear reactions needed to produce thenuclei gave a large amount of nuclei of interest but also contaminants of the same massewhich also emit beta+ particles. A pile-up ratio of around 0.1 μs was calculated. Then, wefound a branching ratio of 1.500(4) % whereas the average from litterature is 1.4645(19) %.To study more species of nuclei and increase the intensity of the beams, GANIL(Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) is currently developing a new accelerator as wellas a set of targets based on ISOL method. In order to reduce the contaminants deposit atthe measurement points, as we saw for the measurement of carbon 10 at ISOLDE, thecommunity of physicists also wants to develop separation apparati. In this context, since2011, our group has been involved in the development of two of these tools: a highresolutionseparator (HRS) to separate nuclei which need a mass resolving power (m / Δm)around 20,000 and a double Penning trap (PIPERADE) to separate the nuclei which require amaximum resolution of 100,000. Thus, at CENBG, a test beam line that includes a FEBIAD ionsource, a RFQ cooler-buncher (GPIB), an electrostatic switch, and a double Penning trap(PIPERADE) is under development. During apparati tests, we observe a transmissionefficiency around 80 %. Also, we measure a transverse emittance about 3 pi.mm.mrad whichis lower than 26 pi.mm.mrad observed before the GPIB. By the way, simulations of the beamline permitted to decelerate the beam and inject 98 % of ions.This thesis consists of two parts: the determination of the carbon 10 branching ratioand the development and integration of the PIPERADE beam line at CENBG.

Ce travail de thèse consiste à étudier l’empilement de couche mince de cuivre sur un substrat d’alumine afin de réaliser des composants passifs fonctionnant à haute température. Une étude des couches minces de cuivre a été tout d’abord menée par simulation à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics et expérimentalement à l’aide de bancs de caractérisation spécifiques. Cette étude a permis de mettre en évidence une augmentation des contraintes équivalentes de Von Mises stress avec la température et avec l'épaisseur de cuivre. Les simulations montrent également une relaxation des contraintes résiduelles après un recuit d’une heure de la couche de cuivre. Les résultats expérimentaux montrent une augmentation de l’adhérence avec la température et l’absence de tout indice de fissures. D’autre part, des études électriques sur des composants intégrés ont été effectuées: soit après recuit des composants soit en cyclage thermique (25-200°C). Ces mesures ont permis de mettre en évidence une stabilité de la valeur de l’inductance quel que soit le type de traitement thermique effectué. La résistance augmente avec la température et retrouve sa valeur initiale après un cyclage thermique. Ce qui n’est pas le cas après un recuit ; la résistance augmente mais ne retrouve plus sa valeur initiale après refroidissement. Ainsi, ce travail a permis de conclure que les composants testés restent fonctionnels à haute température sans aucune détérioration / This thesis is a study of copper thin film on an alumina substrate in order to realize passive components operating at high temperature. A study of copper thin films was made by simulation using COMSOL Multiphysics software and experimentally using specific characterization benches. This study highlighted an increase of Von Mises equivalent stresses with temperature and with copper thickness. Simulations also show a relaxation of residual stresses after one hour of annealing. Experimental results show an increase of adhesion in function of temperature and an absence of cracks. On the other hand, electrical studies for integrated components were performed either after annealing or in thermal cycling (25-200°C). These measures highlighted inductance stability regardless of heat treatment type. The resistance increases with temperature and returns, after thermal cycling, to its initial value. This is not the case after annealing; the resistance increases but cannot return to its initial value after cooling. Thus, this work has concluded that tested components remain functional at high temperature without any deterioration

Ce travail a pour objectif d’augmenter la diversité des foldamères par le développement d’une nouvelle classe d’architectures abiotiques mimant le repliement des feuillets β protéiques. La stratégie employée repose sur des processus de structuration qui diffèrent de ceux observés au sein du vivant. Les deux éléments essentiels des systèmes naturels, à savoir la boucle courte et flexible d’acides aminés et les brins β liés entre eux par des liaisons hydrogènes, sont ici substitués respectivement par un coude rigide formé de noyaux aromatiques et par des oligoarylamides plans interagissant par empilement aromatique.Ces objets ont été conçus pour adopter des structures repliées caractérisables en solution par spectroscopie RMN et à l’état solide par diffraction des rayons X. Dans une première partie, l’optimisation du pseudo-coude β et de la séquence des brins, ainsi que l’exploration des premières architectures en feuillet seront étudiées à travers la conception, la synthèse et les études structurales de ces oligoamides et oligoamines aromatiques. Dans une seconde partie, le concept mis en oeuvre sera étendu à la synthèse de foldamères plus élaborés à brins courbés, ouvrant ainsi des perspectives intéressantes vers l’obtention d’architectures toujours plus complexes. / The purpose of this work is to expand foldamer diversity by developing a novel class of abiotic β-sheet-like architectures. Our strategy uses inter-strand π-π aromatic stacking between sequences of aromatic oligoamides and oligoamines to mimic the natural stabilization of β-strands, which occurs through a network of regularly spaced hydrogen bonds. These oligamide and oligoamine sequences are connected by a rigid U-shaped moiety that creates a turn and initiates strand formation.These molecules have been designed to adopt compact folded structures that can be studied in solution by NMR spectroscopy and in the solid state by X-ray crystallography. In the first part of this dissertation, we report our stepwise approach in the development of β-sheet-like aromatic amide-based foldamers: from the optimization of the design elements and the use of macrocycles, to the synthesis of multi-turn structures. In the second part, the concept will be extented to the synthesis of more elaborate curving strand β-sheet-like foldamers, opening up new perspectives for more complex architectures.

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L'objectif de ce travail est de comprendre comment la forme intrinsèque des fibres individuelles contrôle les propriétés collectives des empilements, en particulier leurs propriétés mécaniques (élasticité) et électriques. Nous nous intéressons à des fibres longues, alignées selon une direction privilégiée et présentent un désordre de forme important. Notre étude est expérimentale et numérique. Nous proposons un modèle à deux dimensions, de champ moyen auto-cohérent, décrivant l'élasticité collective de l'empilement à partir des propriétés individuelles des fibres : leurs distribution de désordre ainsi que leurs module de courbure. Nous obtenons une équation d'état qui décrit avec un bon accord l'élasticité de nos empilements de fibres, sans paramètre ajustable, mais à un facteur multiplicatif près. Nous obtenons des résultats comparables entre les études expérimentale et numérique. / The purpose of this work is to understand how intrinsic shape of individual fibers controls the collective behavior of fiber stacks, in particular the mechanical (elasticity) and electrical properties. We consider long fibers, aligned towards one preferential direction with a significant disorder shape. Our study is experimental and numerical. We propose a two dimensions self consistent mean field model which describes the collective elasticity from the individual properties of fibers : the disorder distribution and the bending modulus. We obtain an equation of state which describes with a good agreement the stacks elasticity, without any fit parameters, however up to a multiplicative constant. We obtain similar results between experimental and numerical studies.