Le but de ce travail était de réaliser une étude systématique de la structure électronique et magnétique de la famille des manganites semi-dopés du Ca: Ln0.50$Ca0.50MnO3 (Ln = terre rare). Nous avons particulièrement focalisé notre attention sur l'ordre de charge et l'ordre orbital généralement présents à cette composition. Nous avons dérivé un modèle microscopique de structure nucléaire et magnétique à partir de techniques de diffraction neutronique sur les poudres et de calculs ab-initio afin de comparer les résultats expérimentaux et les modèles numériques et comprendre ainsi le rôle de l'inhomogénéité chimique et magnétique dans ces systèmes. La modification de l'état de spin électronique et du métal de transition par le dopage correspond à une modification structurale de la géométrie du polyèdre de coordination des atomes autour du métal de transition. Ceci induit des modifications structurales coopératives observables par diffraction de neutrons. En contraste avec l'ordre induit par le dopage chimique, un désordre chimique intrinsèque est associé à l'élément de dopage sur le site A du perovskite (formule générale ABO3) où sont placés les ions trivalents (RE3+) et bivalents (Ca2+). Ce désordre est dû à la différence de rayon ionique et d'affinité chimique entre ces ions. Afin d'étudier systématiquement l'effet de la substitution au niveau du site A et la relation entre les propriétés structurales (nucléaires et magnétiques) et les propriétés magnétiques macroscopiques, plusieurs échantillons (spécificiés auparavant) ont été synthétisés et caractérisés par des mesures magnétiques macroscopiques. Les résultats de diffraction de neutrons sont une étape fondamentale vers la compréhension de la relation entre les propriétés structurales et macroscopiques et représentent de fait une source de motivation pour l'étude de la structure magnétique et des phénomènes de CO/OO par des simulations ab-initio. Dans la thèse, suite à la description du diagramme de phase des manganites les plus étudiés (La1-xCaxMnO3), leurs propriétés physiques, les concepts de base et les modèles les plus importants tels que l'effet Jahn-Teller, l'interaction de super-échange, le double-échange et le modèle de Zener seront introduits. Une brève introduction à toutes les techniques expérimentales utilisées dans cette étude sera présentée. Les propriétés magnétiques macroscopiques ont été mesurées en fonction de la température á l'aide d'un SQUID qui sera également décrit au cours dans la partie du techniche expérimentaux. La technique microscopique principale utilisée pour cette thèse a été la diffraction neutronique sur poudre. Celle-ci, ansi que les instruments utilisés à l'institut Laue Langevin à Grenoble, D20 et D1A, seront décrits ainsi que la méthode de Rietveld utilisée pour affiner les données expérimentales et en extraire les informations structurales sous-jacentes. Les résultats expérimentaux correspondant à l'étude systématique sur les échantillons de manganites de Ln0.50Ca0.50MnO3 (Ln = P.R., ND, TB, Dy, Ho, TM, Yb et Lu), seront présentés suite à une description de leur préparation par réaction à l'état solide. La susceptibilité magnétique mesurée jusqu'à 530 K présente un pic large à températures élevées correspondant à la températures d'ordre de charge (TCO). A partir de ces résultats, nous définissons la nature des corrélations magnétiques au-dessus et en-dessous de cette température dans le cadre du modèle des polarons de Zener comme proposé par Daoud-Aladine. Nous présenterons également dans ce chapitre les détails de la structure nucléaire et magnétique pour tous les échantillons en fonction de la température. Tous nos échantillons présentent une configuration magnétique de type pseudo-CE à la plus basse température correspondant à un état fondamental de type CE avec un effet de canting. Les déformations dues au dopage et à l'effet du rayon ionique seront également analysées. Nous décrirons les calculs ab-initio realisés à l'aide de la théorie de la DFT pour modéliser la série des Ln0.50Ca0.50MnO3. Les caractéristiques de ces matériaux sont obtenues à partir de la résolution de l'équation de Schrodinger pour les électrons du système. La théorie de la DFT sera présentée ainsi qu'une discussion sur l'interprétation de l'énergie d'échange-corrélation et des approximations nécessaires à son évaluation. A cet effet, le programme VASP, utilisé pour les calculs, sera présenté ainsi que ses différents fichiers d'entrée et de sortie. Les résultats des simulations seront décrits et comparés aux résultats expérimentaux. En effet, ces calculs ont été effectués pour confirmer les résultats expérimentaux mais également pour accéder à d'autres quantités significatives comme la densité d'états électroniques. Les simulations ont été effectuées avec la DFT spin-polarisée, la fonctionnelle d'échange-corrélation GGA-PBE, et, quand nécessaire, avec une correction d'Hubbard dans l'approche GGA+U, pour prendre en considération la corrélation électronique forte dans les manganites. Nous avons choisi comme système deux manganites purs: CaMnO3 et NdMnO3, ayant déjà fait l'objet d'études précédentes (Filippetti and Picozzi), afin de valider notre protocole de simulation. Deux systèmes semi-dopés -- Nd0.5Ca0.5MnO3 et Lu0.5Ca0.5MnO3 -- ont ensuite été considérés. Nous avons choisi ces systèmes pour deux raisons: (i) les composés semi-dopés contenant le La et le Pr ont déjà fait l'objet de travaux antérieurs (Picozzi, Anisimov}, et il nous a donc semblé naturel de poursuivre la série de lanthanide avec le système Nd-Ca; (ii) nous avons choisi les composés de LuCa parce que le Lu, à l'instar de La, est saturé au niveau de ses orbitales 4f et qu'il présente de surcroit le plus petit rayon ionique dans la série de lanthanides.

Le dimensionnement des protections thermiques des véhicules spatiaux nécessite la connaissance des flux de chaleur à la surface de l'engin. Pour le type de rentrée atmosphérique étudié dans ces travaux (rentrée terrestre à 10-12 km/s ou plus), le rayonnement contribue de manière significative à l'échauffement pariétal. Nous présentons dans cette étude, le développement et la mise en œuvre de modèles et d'outils numériques permettant de prédire les transferts radiatifs dans les couches de choc de rentrée terrestre hors d'équilibre en géométrie multi-dimensionnelle. Nous avons d'abord formulé dans une approche raie par raie l'expression des propriétés radiatives relatives à des plasmas de N2-O2 hors d'équilibre. Cette formulation est adaptée à une modélisation multi-température et/ou une modélisation par niveau électronique du déséquilibre thermique. Les expressions obtenues ont été mises en œuvre sur le cas d'épreuve FIRE II afin de déterminer les luminances au point d'arrêt pour quatre points de trajectoire. Les résultats montrent un bon accord global avec les données en vol dans les différents intervalles de mesure allant de l'IR à l'UV, hormis pour le point de rentrée le plus hors d'équilibre. Les calculs montrent également que la partie VUV du spectre contribue de manière très importante à la luminance à la paroi et que la prise en compte du déséquilibre chimique est primordiale. Un modèle approché de propriétés radiatives a ensuite été développé sur la base d'un modèle statistique à bandes étroites (MSBE) pour les systèmes électroniques moléculaires optiquement non minces (dans notre application), d'un modèle à coefficients d'émission et d'absorption moyennés par bande étroite pour les systèmes électroniques optiquement minces et les continua, et d'une approche raie par raie pour les transitions lié-lié atomiques. La mise en œuvre de cette modélisation hybride a nécessité une formulation adaptée de l'ETR pour tenir compte du déséquilibre et des corrélations spectrales. Des validations systématiques du MSBE, contribution par contribution, ont été réalisées. Le modèle hybride a ensuite été validé sur le cas d'épreuve FIRE II par rapport à des calculs raie par raie. Le modèle hybride a été implémenté dans le solveur radiatif ASTRE, code basé sur une approche de Monte Carlo. L'implémentation a été validée par rapport à une méthode de lancer de rayons sur une con_figuration plans tangents. Des calculs 3D de rayonnement ont ensuite été réalisés sur le cas d'épreuve FIRE II. Les résultats montrent des écarts de l'ordre de 10-15 % sur les flux au point d'arrêt par rapport aux résultats obtenus dans l'approximation des plans tangents habituellement utilisée dans la littérature. Les outils développés permettent d'obtenir des résultats relativement bien convergés (5 %) en géométrie tri-dimensionnelle (100000 cellules) en un temps CPU raisonnable permettant d'envisager des calculs couplés à terme.

Une série de résultats fructueux ont été obtenus au cours de notre étude sur la fabrication de supraconducteur YBCO monodomaine à partir d'un procédé par fusion de poudre (PMP). Primo, grâce à une balance de Faraday à haute température, nous avons révélé les transitions de phase dynamiques pendant la croissance de monodomaine YBCO par le procédé PMP, ce qui est un travail de recherche original dans ce domaine. Ces résultats sur les transitions de phase ont contribué à une meilleure compréhension de la fabrication des monodomaine PMP-YBCO. Secundo, nous avons étudié la dynamique de croissance des monodomaines PMP-YBCO. L'effet de la diffusion de l'oxygène sur le taux de croissance des monodomaines YBCO est démontré. De la relation entre les taux de croissance et l'étude de la surfusion, nous déduisons que la croissance de cristaux d'YBCO dépend de deux types de diffusion. L'une a trait au transport des ions yttrium, baryum et cuivre vers l'interface de croissance de la phase 123 à travers la phase liquide fondue par diffusion en solution et interfaciale comme dans un système liquide fondu-solide. L'autre concerne la diffusion de l'oxygène qui repose sur la diffusion interfaciale à partir de l'air comme dans un système vapeur-solide. Enfin, nous avons été les premiers à fabriquer par lot avec succès des monodomaines YBCO par procédé PMP de taille Ф30mm × 15mm. Un champ magnétique important de 739 mT a été piégé par un monodomaine YBCO à parois minces de Φ15mm. Une mesure magnétique record de la densité de courant critique Jcm ~ 1,2 × 105A/cm² (77K) a été atteinte. Les résultats obtenus nous donnent confiance pour fabriquer des échantillons YBCO monodomaine de haute qualité.

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Les sources renouvelables (solaire, éolien, vapeur d'eau atmosphérique) représentent des solutions alternatives intéressantes pour répondre aux besoins de certaines populations isolées sans électricité et en stress hydrique (moins de 15 L d'eau par jour). Des condenseurs radiatifs de production d'eau douce potable ont été élaborés par l'utilisation d'un phénomène naturel (refroidissement radiatif) ne nécessitant pas d'apport d'énergie. Depuis 2000, l'Université de Corse, le CEA et le CNRS se sont conventionnés pour développer des outils et des technologies performantes pour effectuer la transition entre des prototypes de laboratoire et des systèmes réels. Afin de s'approcher du rendement théorique maximum (0,8 L m-2), des protocoles de mesure, puis des prototypes " plan "de 30 m² ont été construits. Un code numérique (CFD) a été développé pour estimer les performances de systèmes complexes à grande échelle (plusieurs centaines de m²) avant leur installation. De nouveaux matériaux de condensation faisant l'objet d'un brevet déposé, sélectifs en longueur d'onde, ont été formulés pour répondre à la fois à des contraintes de climatisation passive des bâtiments en cycle diurne et de production d'eau en cycle nocturne. En partenariat avec l'association OPUR (www.opur.u-bordeaux.fr), une toiture de démonstration de 15,1 m² à Biševo en Croatie (0,181 mm en moyenne), ainsi qu'une usine de production de 850 m² (15000 m² à terme) confirment le potentiel de la technologie puisque les rendements attendus pourront atteindre 5 m3 d'eau par jour. Parallèlement, le solaire et l'éolien, dans un système hybride de production d'énergie décentralisée (couplés avec une source auxiliaire type fossile ou hydrogène) peuvent pallier l'absence d'électrification de certaines régions du Globe. Dans ce mémoire, des codes de calcul de dimensionnement de ces systèmes ont été élaborés pour une optimisation physique et économique de ces techniques répondant soit à l'électrification de sites isolés soit à la production massive d'électricité par connexion à un réseau de distribution pour différentes applications (relevage de chutes de tension ou production en continu). Les résultats obtenus permettent d'envisager l'utilisation du couplage EnR-H2. A ce titre, notre équipe de recherches a obtenu le financement d'une centrale PV-H2 sur le site du laboratoire : 3,6 MW couplé à un électrolyseur et une pile à combustible de puissance de plus de 100 kW.

L'injection d'harmoniques dans des amplificateurs gazeux génère des faisceaux de rayonnement X de grand qualité. Puisque les amplificateurs basés sur cible solide sont plus denses que ceux générés sur cible gazeuse, des impulsions d'énergie supérieure et plus courtes sont attendue. Cependant, les expériences réalisées n'ont pas présenté d'énergies supérieures à 90 nJ et des durées inférieures à 1 ps. Dans cette thèse nous nous sommes concentrés sur le problème de la différence entre l'énergie extraite et celle prédite, avec pour objectif d'obtenir des faisceaux de quelques dizaines de microjoules par impulsion. Nous avons employé le code ARWEN, déjà utilisé dans ce domaine, et l'avons amélioré dans le cadre de cette thèse. Les travaux réalisés sont donc : - L'étude théorique des sources de rayonnement X cohérent, en insistant sur les sources basées sur plasmas. L'état de l'art et la physique de ces amplificateurs sont décrits en profondeur. - La description du code ARWEN et des améliorations introduites dans le cadre de cette thèse. Ainsi que les programmes utilisés pour le postprocess des donnés. - L'optimisation des amplificateurs au moyen de simulations numériques. Ces simulations continuent les travaux précédentes et expliquent les effets donnant lieu aux différences entre l'énergie obtenue expérimentalement et celle prédite théoriquement. En prenant en compte ces effets, nous proposons un amplificateur optimisé. Nous avons aussi étudié l'amplification du faisceau harmonique en concluant au besoin d'un pré-amplificateur. En résumé, nous avons amélioré le code ARWEN en ajoutant de nouvelles capacités de simulation et l'avons utilisé pour étudier la physique des amplificateurs de rayonnement X cohérent basés sur plasmas. L'évolution de ces plasmas a été comprise et nous a permis d'expliquer les différences entre les expériences et la théorie et proposer un moyen de réduire les pertes d'énergie.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à étudier une géométrie de lasers XUV inspirée des lasers de puissance. Cette architecture, consistant en un injecteur (une source d'harmoniques d'ordre élevé) couplé à un amplificateur (plasma créé par laser), correspond à celle d'une chaîne laser de puissance dans la gamme spectrale de l'XUV. Le laser à 32,8 nm étudié ici, est produit par l'injection d'harmonique d'ordre élevé dans un plasma de krypton créé par Optical Field Ionisation (OFI). Ce schéma, initialement testé par T. Ditmire en 1995, a été validé en 2003 au Laboratoire d'Optique Appliquée avec un amplificateur plasma créé par l'interaction d'un laser intense et d'un milieu gazeux. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ce dernier travail en tentant d'aborder différents aspects liés, non seulement à une meilleure compréhension des processus physiques impliqués, mais aussi à la caractérisation spatio-temporelle de ce type de source.Nous avons démontré expérimentalement et pour la première fois qu'une source dans le domaine de l'XUV peut être à la fois très compacte, énergétique (1 µJ par impulsion), proche de la limite de diffraction et de celle de Fourier. En effet, grâce au filtrage spatial des harmoniques par le milieu amplificateur, le laser XUV injecté à 32,8 nm montre un profil spatial gaussien avec une divergence de 0,7 mrad (à 1/e2). Le front d'onde a été mesuré avec un senseur de type Hartmann et atteint une valeur de lambda/17 en écart quadratique moyen, démontrant que cette source XUV est limitée par la diffraction. Les caractérisations temporelles du laser montrent que le temps de cohérence est de l'ordre de la durée d'émission spontanée de l'amplificateur. Les résultats de la mesure de la cohérence temporelle présentent un profil gaussien de largeur spectrale relative delta lambda/lambda égale à 10-5 (à mi-hauteur) correspondant à une durée d'impulsion de l'ordre de 5 ps.

Thèse soutenue en Anglais

Le contrôle des propriétés et la maîtrise du couplage cohérent d'objets quantiques individuels dans une matrice solide sont un enjeu essentiel pour le développement de l'information quantique. Les centres colorés dans le diamant, équivalent aux molécules artificielles, présentent des caractéristiques qui sont très prometteuses pour la réalisation d'une telle application. Parmi les centres colorés, le centre NV (azote-lacune) est le plus intéressant, dû en particulier à sa grande photostabilité à température ambiante. Le travail de cette thèse est consacré à l'étude des propriétés optiques et électroniques des centres colorés NV à température ambiante.

L'étude des propriétés luminescentes de nanoparticules permet d'accéder à des informations sur les mécanismes élémentaires liés à cette luminescence. À l'instar de ce qui a été fait pour les semiconducteurs (effets de confinement quantique par exemple), nous souhaitons étudier l'influence de paramètres tels que la taille ou la composition de nanoparticules isolantes sur leur luminescence. Pour cela il fallait créer un outil polyvalent capable d'exciter efficacement ces particules, d'en effectuer des images luminescentes et enfin d'en faire la spectroscopie. Le microscope confocal achromatique élaboré dans le cadre de mon travail de thèse et hébergé au sein de Nanoptec est à même de remplir ces objectifs : longueur d'onde d'excitation accordable allant de l'UV dur (210 nm) à l'IR (près de 1 μm), résolution spatiale de l'ordre du μm (permet l'étude de particules assez espacées), aspect confocal permettant d'isoler spatialement la luminescence de l'objet étudié, système de détection capable d'isoler spectralement cette luminescence... Cet outil a permis des collaborations diverses avec des équipes au sein et hors du laboratoire, comme la cartographie spatiale de la répartition de dopants dans des fibres laser, l'évaluation des inhomogénéités lumineuses au sein de matériaux céramiques, la mesure de dispersion spatiale de nanoparticules dans des plastiques... Le microscope confocal achromatique nous sert également à étudier plus fondamentalement les effets de la puissance d'excitation sur les propriétés luminescentes de nanoparticules de tailles et de compositions diverses.