Ce travail de thèse étudie les moyens d’étendre les zones de charge d’espace des photodiodes PN d’un imageur CMOS afin d’améliorer la collection des charges photogénérées dans le silicium, en particulier dans le proche infra-rouge. Deux possibilités sont abordées : l’augmentation de la tension de polarisation des photodiodes et la diminution du dopage du silicium. Dans un premier temps, une étude théorique articulée autour de modèles analytiques et de simulations TCAD montre les difficultés technologiques pour parvenir à une augmentation de polarisation des photodiodes, ainsi que les conséquences de l’utilisation de substrats résistifs sur les éléments de l’imageur et sur ses performances. Ces simulations permettent de définir les éléments influençant l’extension de la charge d’espace d’un pixel. Sur la base de cette étude, un imageur CMOS à pixel 3T a été développé et fabriqué sur substrat float-zone très fortement résistif afin de valider les observations théoriques. La caractérisation de ce composant confirme la dépendance de la zone dépeuplée à la conception du pixel. Elle démontre également la corrélation entre l’extension des zones dépeuplées et les performances électro-optiques. Des règles de conception sont définies permettant d’optimiser les performances tout en limitant les courants de fuite entre pixels. / This work investigates solutions to extend the space charge region in CMOS image sensors in order to enhance the photo-generatedcharge collection from near-infraredradiations. Photodiode bias increase and low doped silicon substrate are proposed for this study. A theoretical analysis based on analytical model and TCAD simulations shows technological difficulties for photodiode bias in crease and the consequences of using high-resistivity silicon substrates on the imager performances. Space charge region dependency on the pixel design is assessed through simulations. A 3T pixel CMOS image sensor was developed and fabricated on a high resistivity float-zone silicon. Sensor characterization confirms space charge region dependency on the pixel design and the correlation between its extension and electro-optical performances. Design rules are defined to optimize electro-optical performances while limiting punchthrough current in the pixels array.

La valorisation chimique des espèces condensables issues de la torréfaction de biomasse ainsi que l'utilisation d'un gaz vecteur à faible coût, tels que les gaz de combustion, peuvent constituer des étapes importantes pour le développement du procédé de torréfaction à l'échelle industrielle. Les rendements des espèces condensables varient selon la composition de la biomasse, notamment par la présence de certains minéraux, et varient aussi en fonction de conditions opératoires telles que le gaz vecteur utilisé. Afin d'étudier l'effet du potassium sur la perte de masse de la biomasse et sur le rendement des espèces condensables, trois biomasses déminéralisées ont été imprégnées avec différentes concentrations de K2CO3 puis torréfiées à 275°C jusqu'à l'obtention d'une perte de masse cible (25 ou 30%). La torréfaction a été effectuée à la fois dans un instrument d'analyse thermogravimétrique (ATG) et dans un réacteur à l'échelle laboratoire sous azote et en présence de gaz de combustion. Des analyses ATG des biopolymères (cellulose, xylane et lignine) bruts et imprégnés avec du K ont été réalisées pour faciliter l'interprétation des résultats. La perte de masse augmente lorsque la teneur en K des biomasses augmente et, par conséquent, des temps de séjour plus courts sont suffisants pour obtenir la perte de masse cible. Cela semble être principalement le résultat du décalage de la décomposition de la cellulose vers des températures plus faibles. Les vitesses de réaction maximales sont bien plus élevées en présence de gaz de combustion car la biomasse subit des réactions d'oxydation en plus de la décomposition classique. Quelle que soit l'atmosphère, K inhibe la production d’anhydrosaccharides (levoglucosan, LAC et DGP) et de furanes (à l'exception du 2-furanmethanol). En parallèle, une augmentation substantielle du rendement en acétol est constatée. La rupture du cycle pyranose de la cellulose qui entraine la formation des produits légers est favorisée en présence de K au détriment de la dépolymérisation qui produit du levoglucosan. Le K favorise la production de 2-furanmethanol, syringol et guaiacol surtout en présence de gaz de combustion. En revanche, la production de vanilline et de syringaldéhyde est défavorisée en présence de K tandis qu'elle est fortement favorisée en présence de gaz de combustion quand la biomasse est libre de K. L'effet du K sur les rendements des espèces condensables lors de la torréfaction de la biomasse est démontré quelle que soit la nature de l'atmosphère. De plus, dans les conditions testées, l'oxygène présent dans l'atmosphère intensifie, dans une mesure plus ou moins grande, la tendance imposée par le K / The chemical valorization of condensable species from biomass torrefaction as well as the use of a low-cost carrier gas such as flue gas may be important steps for industrial-scale implementation of torrefaction. The condensable species yield varies according to the biomass composition, in particular by the presence of certain minerals, and also changes according to the operating conditions such as the gas atmosphere. In this context, to investigate the effect of potassium on mass loss of biomass during torrefaction and in the yield of condensable species, three demineralized biomasses were impregnated with different concentrations of K2CO3 and then torrefied at 275°C up to a target mass loss (25 or 30%). Torrefaction was carried out in both a thermogravimetric analysis (TGA) instrument and a laboratory fixed-bed reactor under nitrogen and flue gas atmospheres. TGA of raw and K-impregnated biopolymers (cellulose, xylan and lignin) were performed to facilitate interpretation of the results. When K content increased in the biomass, shorter torrefaction times were sufficient to obtain the targeted mass loss. This behavior seems to be a result of shifting the cellulose decomposition to lower temperatures. The maximum reaction rates are much higher under flue gas because the biomass undergoes oxidation reactions in addition to the ordinary decomposition. Regardless of the gas atmosphere employed, K inhibits the production of anhydrosugars (levoglucosan, LAC and DGP) and furans (except 2-furanmethanol). This suppression is accompanied by a substantial increase in acetol yield. The cleavage of pyranose rings in cellulose which results in the formation of low molecular weight compounds is favored in the presence of K to the detriment of the depolymerization which delivers levoglucosan. K promotes the production of 2- furanmethanol, syringol and guaiacol especially under flue gas atmosphere. However, the yields of vanillin and syringaldehyde decreased in the presence of K whereas they are strongly favored under flue gas atmosphere when the biomass does not contain K. The effect of K on the yields of condensable species from biomass torrefaction is demonstrated whatever the gas atmosphere. Moreover, under the conditions tested, the oxygen present in the atmosphere intensifies, to a greater or lesser extent, the tendency imposed by the K

La simulation numérique des systèmes multicorps en présence d'interactions complexes, dont le contact frottant, pose de nombreux défis, tant en terme de modélisation que de temps de calcul. Dans ce manuscrit de thèse, nous étudions deux familles de décomposition de domaine adaptées au formalisme de la dynamique non régulière des contacts (NSCD). Cette méthode d'intégration implicite en temps de l'évolution d'une collection de corps en interaction a pour caractéristique de prendre en compte le caractère discret et non régulier d'un tel milieu. Les techniques de décomposition de domaine classiques ne peuvent de ce fait être directement transposées. Deux méthodes de décomposition de domaine proches des formalismes des méthodes de Schwarz et de complément de Schur sont présentées. Ces méthodes se révèlent être de puissants outils pour la parallélisation en mémoire distribuée des simulations granulaires 2D et 3D sur un centre de calcul haute performance. Le comportement de structure des milieux granulaires denses est de plus exploité afin de propager rapidement l'information sur l'ensemble des sous-domaines via un schéma semi-implicite d'intégration en temps. / Numerical simulations of the dynamics of discrete structures in presence of numerous impacts and frictional contacts leads to CPU-intensive large time computations. To deal with such realistic assemblies, numerical tools have been developed, in particular the method called nonsmooth contact dynamics (NSCD). Such modeling has to deal with discreteness and nonsmoothness, such that domain decomposition approaches for regular continuum media has to be rethought. We present further two domain decomposition method linked to Schwarz and Schur formalism. Scalability and numerical performances of the methods for 2D and 3D granular media is studied, showing good parallel behavior on a supercomputer platform. The structural behavior of dense granular packing is herein used to introduce a spacial multilevel preconditioner with a coarse problem to improve convergence in a space-time approach.

Les travaux effectués dans le cadre de la présente thèse concernent l'analyse et les améliorations apportées à la transformée de Hough Standard (SHT), utilisée en traitement d'image comme simple outil de détection de segments de lignes droites. La transformée de Hough a reçu, depuis sa proposition en 1962, une attention particulière de la part de la communauté. La HT est considérée comme une méthode robuste, dont le principe repose sur la transformation le problème initial de détection de segments de lignes droites en un problème de section de sommets dans l'espace des paramètres, appelé aussi espace HT ou espace de Hough. Les points candidats dans l'espace image sont mis en correspondance points dans l'espace de Hough, en utilisant Le principe avancé par la transformée de Hough est qu'il existe un nombre infini de lignes qui passent par un point, dont la seule différence est l'orientation (l'angle). La transformée de Hough permet de déterminer lesquelles de ces lignes passent au plus près du domaine d'intérêt. Les cellules dans l'espace de Hough échantillonné obtiennent des votes des points candidats. Les maxima locaux, correspondant aux sommets sont construit lorsque les cellules considérées obtiennent plus de votes que les cellules voisines. Les sommets détectés alors dans l'espace des paramètres sont transformée dans l'espace image pour validation. Malheureusement, les opérations les opérations de transformation directe, de l'espace image vers l'espace des paramètres, et inverse engendrent des opérations d'approximation, ce qui est la source de plusieurs problèmes de la transformée de Hough, qui affectent les aspects de robustesse, précision et résolution. On se propose de résoudre ces problèmes dans le cadre des travaux engagés dans le cadre de la thèse. Les contributions, détaillées ci-dessous, ont pu être proposées. A) Pour adresser le problème de limitation en termes de résolution de la SHT, les points concernent la sélection d'une bonne résolution, l'extension de la résolution de la SHT et l'utilisation des techniques de super-résolution pour la HT ont été couverts et de nouvelles propositions ont été faites et qui sont d'une utilité certaine pour les applications de traitement d'image.- la relation entre la performance de la HT et la résolution est proposée, ce qui permet de garantir le bon choix.- Une technique de super-résolution ets proposée en s'appuyant sur le principe de la HT- Une auto-similarité dans les échantillons HT a été découverte et a été utilisée pour obtenir une résolution supérieure de la HT avec un grande fidélité. B) Pour adresser le problème de la précision de la SHT, les erreurs de la HT ont été analysées, lorsque l'on fait subir des transformations géométriques à l'image source. Les erreurs ainsi détectées ont été utilisées pour compenser le manque de précision de la SHT, aboutissant ainsi à une HT plus précise. Afin de permettre l'évaluation de performance des approches proposées dan sel cadre de la thèse, une transformée de Hough idéale est proposée comme référence / The thesis addresses the improvements of the Standard Hough Transform (SHT) for image processing applications. As a common tool for straight line segment detection, the Hough Transform (HT) has received extensive attention since its proposal in 1962. HT is robust since it converts the straight line detection problem to a peak seeking problem in the parameter space (also called HT space or Hough space). Feature points in the image space are mapped to the parameter space, according to the normal formulation of the possible straight lines crossing them. The cells in the digitalised parameter space obtain votes from the feature points. The local maxima, corresponding to peaks are built when corresponding cells obtain more votes than the ones around them. The peaks detected in the parameter space are then mapped back to the image space for validation. Unfortunately, when mapping feature points in the image space to the parameter space in conjunction with the voting process, rounding operations are employed, which leads to several problems of HT. The robustness, accuracy and resolution are all affected. This thesis aims to solve these problems, and the following contributions were made towards this goal : A) Because of the resolution limitation of SHT, the topics of how to select a “good” resolution, how to extend the resolutions of SHT and how to employ the super-resolution technique in HT are covered. In the research of these topics, several outputs are obtained, which are helpful to image processing applications. These include:- The map of HT performance versus resolutions is drawn, according to which “good” choices of resolutions can be found.- HT resolutions are extended by geometrical analysis of the HT butterflies.- Super resolution HT is proposed with consideration to the features of HT.- Self-similarity of the HT butterflies is discovered and employed to obtain high resolution HT with high reliability. B) For the accuracy defect of SHT, the error system of HT is studied when the image is shifted in the image space. The detection errors are employed to compensate for the defect, and an accurate HT is proposed. In order to evaluate existing HT varieties, an ideal HT is proposed as a standard

Aujourd'hui une augmentation de l'intensité des extrêmes hydrologiques est attendue avec le réchauffement global. Cependant le manque d'observations des phénomènes torrentiels et de mesures directes des précipitations en altitude sur le temps long ne permet pas d'étayer cette théorie. Les archives naturelles lacustres, par leur capacité à enregistrer l'évolution passée de l'activité torrentielle, offrent l'opportunité de combler ce manque. L'objectif de la thèse est de reconstituer l'évolution de la fréquence et de l'intensité des crues passées, à partir de l'étude de séquences sédimentaires de lacs d'altitude des Alpes Françaises. Afin d'être en mesure d'évaluer le rôle de la température sur l'activité torrentielle, notre étude se focalise sur le dernier millénaire qui a connu des périodes climatiques contrastées ; période chaude de l'Optimum Médiéval (OM), période froide du Petit Age Glaciaire (PAG) et réchauffement global actuel. Les sites d'étude ont été sélectionnés selon un transect nord-sud pour évaluer la variabilité régionale de l'activité torrentielle en réponse aux changements climatiques. Ce travail repose sur des analyses sédimentologiques et géochimiques à haute résolution qui ont permis i) de identifier les dépôts de crue, ii) de les distinguer de dépôts similaires issus de remaniements gravitaires et iii) de déterminer un marqueur fiable de l'intensité des événements. D'autre part plusieurs méthodes de datation ont été combinées dans l'objectif de diminuer les incertitudes des modèles d'âge. La fréquence de crue à l'échelle pluri-séculaire apparaît en augmentation sur l'ensemble des Alpes Françaises au cours de la période froide du PAG. Cependant à l'échelle pluri-décennale la fréquence de crue évolue différemment entre le Nord et le Sud des Alpes. Les maxima de fréquence apparaissent au cours de périodes chaudes dans les Alpes du Nord, alors que les maxima dans les Alpes du Sud semblent correspondre à des phases négatives de l'Oscillation Nord-Atlantique. De plus les événements de crue extrême se produisent au cours des périodes les plus chaudes dans les Alpes du Nord alors qu'ils apparaissent au cours du PAG dans les Alpes du Sud. Ces résultats suggèrent donc une régionalisation des effets du réchauffement global sur les crues extrêmes et les précipitations intenses. / An increase of the intensity of hydrological extremes is expected in the current context of the global warming. However, the lack of observations of torrential events and measurements of precipitation at high elevation areas does not allow supporting this theory. Past flood evolutions can be recorded in lake sediments and allow to explore the evolution of such events and the relationships to past climatic changes. This work aims at reconstructing the past evolution of flood frequency and intensity based on the study of sediment sequences of high elevation lakes of the French Alps. To assess the role of the temperature on this evolution, our study focused over the last millennium which includes thermal-contrasted periods such as the warm Medieval Climate Anomaly and the cold Little Ice Age. Studied sites were selected along a north-south transect to investigate the regional variability of flood evolution in response to the same context of past climatic changes. High-resolution sedimentological and geochemical analyses allowed to identify a large number of flood deposits, distinguish deposits resulting from floods from gravity processes and to assess a reliable flood intensity proxy. Some distinct dating methods were finally used to reduce age uncertainties on the age-depth relationships. An increase of the flood frequency at a multi-secular time-scale appeared over the entire French Alps during the Little Ice Age. However at a multi-decennial time-scale flood frequencies evolved differently between the north and the south of the French Alps. Maxima of flood frequency appear during the warmer periods in the northern Alps while maxima of flood frequency appear during negative phases of the North Atlantic Oscillations. Finally the most extreme events occurred during the warmer periods in the northern Alps while they occur during the Little Ice Age in the southern ones. Those results suggest thus distinct regional effects of the global warming on extreme flood events and intense precipitations and, especially, an increase of flood hazard in the northern French Alps owing to an increase of flood intensity with the warming context.

Le sujet de cette thèse porte sur l'étude des propriétés magnétiques de métaux de transition et leurs alliages sous haute pression au moyen de calculs ab initio. D'abord, les résultats de mesures de dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) au seuil K du nickel et du cobalt sont interprétés. Je montre que les données expérimentales doivent être comparées à celle de l'aimantation d'orbite projetée sur les états ``p''. Je mets en avant que la pression affecte différemment le spin et le moment orbitalaire. Dans le cas de l'alliage FeCo, la transition structurelle s'effectue sous une pression appliquée de l'ordre de 35 GPa. Je propose que l'émergence de l'antiferromagnétisme peut expliquer la disparition du signal XMCD au seuil K du fer et du cobalt. Ensuite, la transformation de phase dans FePd3, induite sous une pression de 12 GPa, est étudiée. Je démontre que le système est décrit par un modèle de Heisenberg étendu, contenant interactions d'échange biquadratiques forts. Selon nos résultats, FePd3 subit une transition de l'etat ferromagnétique à l'état triple-Q non-colinéaire, lorsqu'il est compressé. Enfin, une mise en oeuvre du tenseur des contraintes dans le code BigDFT est présentée. Il est montré qu'un traitement explicite des électrons de coeur permet de réduire considérablement les erreurs introduites par les pseudo-potentiels. Ainsi, les estimations des propriétés structurales peuvent être améliorées. / The subject of the present thesis is the investigation of magnetic properties of transition metals and their alloys under high pressure by means of first-principles calculations. First, the results of the K-edge x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments on Ni and Co are interpreted. It is shown that the experimental pressure evolution of the data should be compared with that of the p-projected orbital magnetization. I emphasize that the spin and orbital moments have different behavior upon compression. In the case of FeCo alloy the structural transition occurs under the pressure of 35 GPa. I propose that the emergence of antiferromagnetism can explain the disappearance of the XMCD signal at the Fe and Co K-edges. Then, the phase transformation in FePd3 , induced under pressure of 12 GPa, is investigated. I demonstrate that the system is described by an extended Heisenberg model, containing strong biquadratic exchange interactions. According to the results, FePd3 undergoes a transition from the ferromagnetic to the noncollinear triple-Q state when compressed. Finally, the implementation of the stress tensor in the BigDFT software package is presented. It is shown that an explicit treatment of core electrons can considerably reduce the errors introduced by the pseudopotentials. Thus the estimates of the structural properties can be improved.

Cette thèse se place dans le contexte des recherches menées sur l'élaboration de support de haute qualité cristalline pour des applications optoélectronique et piézoélectrique. Les nitrures d'aluminium, AlN, et de bore, BN sont deux matériaux présentant des propriétés physiques intéressantes pour leurs utilisations en tant que substrat et partiellement comme couche active dans de telles applications. Les objectifs de cette thèse étaient de continuer les travaux en cours sur l'hétéroépitaxie d'AlN (avec le mélange H2 – NH3 – AlCl3 en phase gazeuse) sur substrat saphir et silicium, et d'explorer la croissance de BN par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à haute température avec une chimie chlorée (mélange.H2 – NH3 – BCl3 en phase gazeuse). Des études thermodynamiques ont été menées pour évaluer les équilibres ayant lieu entre la phase gazeuse et les matériaux en présence sur une large gamme de température. Ces premiers résultats ont permis d'en déduire des conditions opératoires favorables afin d'éviter toutes réactions parasites qui nuiraient à la croissance des nitrures. Plusieurs études expérimentales ont été effectuées sur les réacteurs du SIMaP. Une étude de l'influence du ratio N/Al dans la phase gazeuse sur la croissance d'AlN a été entreprise. Par la suite les mécanismes de croissance de ces couches sont expliqués afin de comprendre l'effet de ce paramètre. Suite à cela, des dépôts avec plusieurs étapes de croissances à différente température ont permis l'obtention de couches d'AlN peu fissurées, peu contraintes et avec des qualités cristallines satisfaisantes. Concernant le dépôt de BN, des essais ont été menés sur substrats AlN et métalliques (chrome et tungstène). À haute température (1600 °C), le dépôt sur AlN a permis l'obtention de couche turbostratique peu désorientée. La croissance sur substrats métalliques a été effectuée à basse température, ne favorisant pas l'épitaxie de BN sur ces substrats. Enfin, des comparaisons ont été menées entre température de dépôt, vitesse de croissance des couches et sursaturation de la phase gazeuse, permettant la délimitation de domaine de conditions opératoire où l'épitaxie est favorisée. / This work takes place in the context of the development of high crystalline quality supports for optoelectronic and piezoelectric fields. Aluminum and boron nitrides (AlN, and BN) are both materials with interesting physical properties that are used like substrate or active layers in such devices. The aims of this thesis were to continue the work in progress about AlN epitaxy in SIMaP, and to explore the growth of BN by chemical vapor deposition (CVD) with halide chemistry at high temperature. Thermodynamical studies were lead in order to evaluate the equilibrium between the gas phase and the materials in a wide range of temperature. The results were used to choose operating conditions in order to avoid parasitic reactions that could decrease the nitrides growth quality. Several experimental studies were done to evaluate the influence of the N/Al ratios in the gas phase. Growth mechanisms of these layers are explained and consequences of the growth are linked to crystal quality and strain states of the films. Next, multi-steps growth with several temperatures was lead and shows an interesting improvement of the crystal quality and strain state. BN deposits were done on AlN and metallic substrates (chromium and tungsten). High temperature growth was performed on AlN and lead high quality turbostratic films. For lower temperature, BN deposits were done on metallic substrates and lead to the growth of the turbostratic phase. Finally, a comparison between deposition temperature, the growth speed of the films and supersaturation of the gas phase allow to estimate operating conditions domains were the epitaxy of the nitrides are predominant.

L'émergence des énergies renouvelables a entraîné le développement de nouvelles technologies pour la distribution de l'énergie sur de longues distances. Ces dernières sont basées sur le transport via de hautes tensions continues (HVDC) pour éviter les pertes capacitives. Ce réseau de distribution est interconnecté via des Postes Sous Enveloppes Métalliques (PSEM), dont l'isolation est composée de gaz sous pression (SF6) et d'isolants solides (résine époxy), qui doivent résister sous HVDC. Dans ces dispositifs, le champ électrique n'est plus déterminé par la permittivité relative des matériaux, mais par leurs résistivités et les phénomènes d'accumulation de charges. Dans le cas d'un isolant solide présentant une interface avec un gaz, des électrons ou des ions vont être susceptibles de se déplacer suivant les lignes de champ électrique et charger la surface de l'isolant solide. Le comportement des propriétés des isolants (solides et gazeux) constitue un enjeu majeur dans le développement de PSEM HVDC, notamment dans la compréhension des mécanismes d'accumulation et relaxation des charges.Dans ce travail de thèse, la caractérisation de l'isolant solide a d'abord été étudiée, basée sur des mesures de courants faibles bruits. Il est ainsi possible de mesurer le courant de fuite dans le volume et sur la surface des échantillons, dans une enceinte sous pression, à haut champ électrique et pour différentes températures. Ces mesures ont mis en évidence que les résistivités de volume et de surface sont fortement impactées par l'augmentation de la température et la teneur en eau des échantillons. Il a également été montré que la résistivité de surface a un comportement non-linéaire en fonction du champ électrique. Un modèle numérique a été développé pour simuler les résultats obtenus, et implémenter les propriétés de surface de l'isolant solide.Les propriétés isolantes du gaz ont également été étudiées pour différentes géométries de champ électrique, dans le but d'estimer la contribution du courant passant à travers le gaz, sur l'accumulation de charge en surface de l'isolant solide. Des courants non négligeables sont mesurés dans le gaz (~pA-nA). Pour déterminer les mécanismes responsables de la présence de tels courants, il a été caractérisé selon plusieurs paramètres (la rugosité de la surface de l'électrode, la nature du matériau, le champ électrique, la température et l'humidité relative). Cela a mis en évidence que les variations de courants dépendent du conditionnement du dispositif, et sont donc fortement influencés par l'humidité relative adsorbée sur les surfaces du dispositif (électrodes et cuves). En présence d'un système sec, de faibles courants sont mesurés (~pA), et augmentent en fonction de la température. A l'inverse, dans le cas d'un système humide, le courant diminue avec l'augmentation de la température. Ces résultats, combinés à l'influence de la rugosité de l'électrode, suggèrent fortement un mécanisme d'injection de charge à la surface de l'électrode, favorisé en présence d'eau adsorbée.Enfin, les résultats obtenus pour les deux isolants solides et gazeux sont utilisés pour élaborer un modèle numérique ayant une forme proche de celle de l'application industrielle, et permettent d'observer la modification de la distribution du champ électrique en présence de la concentration en eau et du gradient de température. Une estimation du courant circulant au travers des isolants est donc possible.En conclusion, ce travail donne les variations des résistivités de volume et de surface dans une résine époxy en fonction de la température et du champ électrique. Il met également en évidence la forte influence de l'humidité relative et de la température sur les mécanismes d'injection de charges qui contribuent au courant mesuré à travers le gaz. Cette caractérisation approfondie permet de développer une simulation qui prédit les variations de la distribution du champ électrique au sein d'un PSEM sous tension continue. / The emergence of renewable energy leads to a development of new technologies for energy distribution across long distances. The latter will be based on High Voltage Direct Current (HVDC) to avoid capacitance losses. This network is interconnected using Gas Insulated Substation (GIS), which insulation is composed of pressurized gas (SF6) and solid insulators (epoxy resin), which have to withstand HVDC. The electric field is not anymore determined by permittivity of materials, but by resistivities and charge accumulation. In the case of an insulator with an interface with gas, electrons or ions will move across electric field lines and will charge the surface of the solid insulator. The behavior of insulator's properties (gas and solid) constitutes a major challenge for the development of HVDC GIS, to understand the charge relaxation/accumulation mechanisms.In this work, the characterization of solid insulator has first been investigated, based on a low-noise current measurement method. It is thus possible to measure the leakage current through samples and onto their surface, in a pressurized gas, at high electric field and for different temperatures. Those measurements permit to evidence that both volume and surface resistivities are strongly impacted by the increase of temperature and water concentration. It has also been shown that surface resistivity has a non-linear behavior with electric field. A numerical model was developed, to simulate experimental results, showing that the surface properties of the insulator can be implemented.Furthermore, the insulating properties of the gas were also investigated through different electric field geometry (coaxial and uniform), in order to estimate the contribution of current through gas on the charge accumulated on solid insulators. It has been found that a non-negligible current passes through the gas (~pA to nA). To determine the mechanisms responsible for such currents, the latter has been characterized depending on several parameters (electrode surface roughness, material nature, electric field, temperature and relative humidity). It revealed that the variations of currents are strongly impacted by the conditioning of the device and thus by the relative humidity adsorbed on electrodes and enclosure surfaces. In presence of a dry system (dry gas and device) low current were measured (~pA), which increases with temperature. On the contrary, in case of a “wet” system (humid gas and device) the current decreases with increasing temperature. Those results combined with the influence of the electrode roughness, strongly suggest a mechanism of charge injection at the electrode surface, enhanced by water adsorption.Finally, the results obtained for both solid and gaseous insulations are used to develop a numerical model with a shape close to the industrial application, and observe the modification of electric field distribution in presence of water concentration and temperature gradient. An estimation of current flowing through the insulator and gas is thus possible in case of uniform and gradient temperature.In conclusion, this work gives the variations of both volume and surface resistivities in an epoxy resin with temperature and electric field. It also evidences the major influence of relative humidity and temperature on charge injection mechanisms which contribute to the current measured through gas. The extensive characterization performed, enables to develop a simulation which predicts the variations of electric field distribution within an HVDC GIS.

Les conducteurs organiques à base du sel de transfert de charge bis(éthylènedithio)tétrathiafulvalène (BEDT-TTF ou ET) montrent un comportement électrique allant de semi-conducteur à métal supraconducteur. La pression peut induire des petits changements structuraux qui s'accompagnent de changements très important des propriétés physiques. L'étude de l'évolution de la structure de ces composés sous pression, dont les mailles sont de faible symétrie contenant plusieurs dizaines d'atomes légers, constitue un défi. Le but de ce travail est d'étudier ces changements structuraux induits par la pression en utilisant la diffraction des rayons X sur monocristaux. Les monocristaux de six conducteurs et supraconducteurs organiques (α-(BEDT-TTF)2I3, β-(BEDT-TTF)2I3, κ-(BEDT-TTF)2I3, α-(BEDT-TTF)2KHg(SCN)4, κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2, et κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br) ont été étudiés à haute pression (jusqu'à 32 GPa) dans une cellule à enclumes de diamant sur la ligne de lumière ID09A à l'ESRF. L'hélium a été utilisé comme milieu transmetteur de pression. Les compressibilités de ces six composés ainsi que leurs positions atomiques ont été déterminées sous pression. Pour la première fois, les transitions de phases structurales réversibles de α-(BEDT-TTF)2I3 vers αHP-(BEDT-TTF)2I3 à 13.6 GPa, et de κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 vers κHP-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 à 8.5 GPa ont été observées, et les structures originales à haute pression ont été décrites avec succès. Les changements structuraux observés ont été appuyés par des mesures Raman. / Organic conductors based on charge-transfer salt of bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene (BEDT-TTF or ET) exhibit electronic properties ranging from semiconducting to metallic to superconducting. Pressure can induce subtle structural rearrangements associated with drastic changes in physical properties. Study of the pressure induced structural changes of these compounds, with low symmetry unit cells containing dozens of light atoms, is a challenge. The aim of this work is to investigate pressure-induced structural changes with single crystal X-ray diffraction. Single-crystals of six organic conductors and superconductors (α-(BEDT-TTF)2I3, β-(BEDT-TTF)2I3, κ-(BEDT-TTF)2I3, α-(BEDT-TTF)2KHg(SCN)4, κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2, and κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br) were studied at high-pressures (up to 32 GPa) in a diamond-anvil cell on the ID09A beamline at the ESRF. Helium was used as pressure transmitting-medium. The compressibilities of the six compounds are reported, and atomic positions were determined under pressure. For the first time, reversible structural phase transitions in α-(BEDT-TTF)2I3 to αHP-(BEDT-TTF)2I3 at 13.6 GPa, and in κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 to κHP-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 at 8.5 GPa have been observed, and the original high pressure structures have been described successfully. Raman measurements agree well with the observed structural changes.

La synapse est une structure macromoléculaire dont les composants sont renouvelés en permanence alors que l’assemblage est quasi-stable. A l’échelle mésoscopique, les récepteurs aux neurotransmetteurs (RN) sont accumulés dans le compartiment post-synaptique (PSD). Cette accumulation résulte de la diffusion latérale des RNs dans la membrane neuronale et de leurs immobilisations transitoires dans la PSD. Les protéines d’échafaudage (PE) localisées sous la membrane post-synaptique constituent des sites de capture en interagissant avec les RNs. Mon travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration avec des chimistes et des physiciens afin de comprendre les paramètres impliqués dans le processus de diffusion-capture. Nous nous sommes intéressés au cas de la capture du récepteur de la glycine (RGly) par les agrégats de PEs des synapses inhibitrices, les géphyrines. Nous avons étudié l’impact de la liaison RGly-géphyrine sur le processus de diffusion-capture sous deux aspects. Le premier est lié à la nature bimodale de liaison du RGly. Le second aborde l’impact des phosphorylations de la boucle M3-M4 de la sous-unité β du RGly sur la liaison avec la géphyrine.Mon travail de thèse montre qu’il est maintenant possible, en utilisant des approches de microscopie super-résolutive, de quantifier les aspects thermodynamiques des interactions moléculaires dans les cellules vivantes. / The synapse is a macromolecular structure whose components are constantly renewed while the assembly remains quasi-stable. At the mesoscopic level, neurotransmitter receptors (RNs) accumulate in the post-synaptic compartment (PSD). This accumulation is the result of the lateral diffusion of RNs in the neuronal membrane and transient immobilization within the PSD. This mechanism, called diffusion-trapping has been highlighted by single-molecule-tracking techniques. Scaffold proteins (PE) are localized under the post-synaptic membrane. These proteins form trapping-sites by interacting with RNs. Through an interdisciplinary approach in collaboration with chemists and physicists, the aim of my doctoral research was to understand the parameters that are involved in diffusion-trapping mechanisms. We especially focused on glycine receptor (RGly) trapping by PE clusters at inhibitory synapses, namely the scaffold protein gephyrin. The gephyrin- interaction motif of the GlyR is located within the cytoplasmic domain of the β-subunit of the receptor, the so-called β-loop. Two aspects of the impact of RGly-gephyrin binding on diffusion-trapping were studied. The first was to identify the source of the RGly-gephyrin bimodal binding. The second one addressed the regulation of gephyrin binding by phosphorylation of the GlyR βLoop.My research thus shows that it is now possible to quantify thermodynamic aspects of molecular interactions in living cells using high-density single-molecule-tracking.