Un des principaux objectifs de l'expérience ATLAS auprès du LHC est l'observations ou l'exclusion de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard, en passant par les mesures de sections efficaces de production de processus du Modèle Standard. Sachant que le taux de production d'une particule dépends de sa section efficace de production ainsi que de la luminosité, il est necessaire de mesurer cette luminosité avec une grande précision. L'expérience ATLAS possède plusieurs détecteurs capable de mesurer la luminosité, dont les deux principaux: LUCID (Luminosity measurement Using Cerenkov Integrating Detector), et BCM (Beam Condition Monitor). Ces détecteurs sont calibrés absolument pendant des prises de données dédiées appelés van der Meer scans, qui ont permis d'obtenir une erreur systématique sur la détermination de la luminosité de 3.4% en 2010. Afin d'obtenir un maximum de différentes approches à la luminosité, plusieurs autres détecteurs contribuent aux différentes comparaisons. Ce document présente les calorimètres à argon liquide du détecteur ATLAS, et en particulier la mise en route et l'opération de leur système haute-tension. Il est montré qu'en mesurant les courant de ce système haute-tension pendant les prises de données de collisions de protons, il est possible d'obtenir des signaux proportionnels a la luminosité. En calibrant ces courants par rapport a un autre luminomètre, il est montré que cette calibration est stable au niveau de 0.5%. / The main goals of the ATLAS scientific programme are the observation or exclusion of physics beyond the Standard Model (SM), as well as the measurement of production cross-sections of SM processes. As the rate of events N of a given physics process is linked to the cross-section through the luminosity, it is important to measure the luminosity with great precision. The ATLAS experiment has two major luminosity monitors, LUCID (Luminosity measurement Using Cerenkov Integrating Detector), which consists of Cerenkov tubes located around the beam axis 17m away from the interaction point, and BCM (Beam Condition Monitor) which is a diamond-based detector and has both beam-abort and luminosity capabilities. As these detectors provide a relative luminosity measurement, they were absolutely calibrated in 2010 using the van der Meer procedure, achieving a total systematic uncertainty of 3.4%. The ultimate plan is to provide an absolute calibration using the ALFA detector during a run with special beam optics. In order to provide more cross-checks and a better control on the systematic uncertainties, other luminosity handles are always needed. In particular, an independent measurement using the liquid argon forward calorimeter (FCal), based on the readout current of its high-voltage system, has been developed. This document presents the commissioning and operations of the ATLAS liquid argon calorimeter high-voltage system, as well as its usage to perform a luminosity determination. Analysis of the high-voltage currents during LHC collisions and comparisons with other luminosity detectors have led to a calibration of these currents with a precision better than 0.5%.

La thermoélectricité connait un essor important depuis une dizaine d'années. Réservés actuellement à des marchés de niche tels que l'informatique ou l'aérospatiale, les dispositifs à base de matériaux thermoélectriques pourraient trouver de nombreuses applications dans les véhicules afin de récupérer la chaleur dissipée. Les meilleurs matériaux pour une utilisation à des températures proches de l'ambiante sont les composés de la famille du tellurure de bismuth, Bi2Te3. Le but de ce travail de doctorat était la synthèse par voie électrochimique de Bi2Te3 dopé. La réduction des terres rares étant impossible en milieu aqueux, les liquides ioniques possédant une grande stabilité électrochimique, ont été choisis comme électrolytes. La première partie du travail de thèse a consisté à élaborer le liquide ionique le mieux adapté permettant la réduction électrochimique du lanthane(III). Parmi les liquides ioniques testés, le bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure d'1-éthyl-1-octylpipéridinium (EOPipTFSI) a été choisi. Nous avons ensuite défini la composition de l'électrolyte permettant d'atteindre une solubilité élevée des sels précurseurs en réalisant un mélange binaire avec EOPipBr. Les comportements électrochimiques de mélanges d'ions Bi(III)/Te(IV) ont été étudiés. Le système électrochimique obtenu est complexe. Cependant, une étude analytique approfondie a permis d'aboutir à la synthèse de Bi2Te3. Dans une dernière partie, nous nous sommes intéressés au système électrochimique Te(IV)/Te(0), l'étude des dépôts de Te(0) ayant révélé qu'ils étaient composés de nanofils monocristallins. L'influence de différents paramètres sur le diamètre et la morphologie des dépôts a été étudiée / Thermoelectricity has soared up for few years. Currently reserved to niche markets such as informatics or aerospace, devices based on thermoelectric materials could be used in vehicles in order to harness wasted heat. However, the performance of these materials is insufficient for scale up. Among thermoelectric materials, bismuth telluride (Bi2Te3) compounds are the most efficient at room temperature. The purpose of this work was the electrochemical synthesis of doped-Bi2Te3. Rare earth elements being hardly reducible, aqueous medium is unsuitable for their electrodeposition that's why ionic liquids were chosen as electrolytes because of their large electrochemical window. The first part of this PhD work consisted in elaborating the most suitable ionic liquid allowing lanthanum(III) electrochemical reduction. Among ionic liquids tested, 1-ethyl,1-octylpiperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EOPipTFSI) was selected. In a second part, we defined a bath composition allows reaching a high solubility of precursor salts by using a binary mixture EOPipTFSI:EOPipBr, EOPipBr being the intermediate product of EOPipTFSI synthesis. Then, electrochemical behaviors of several Bi(III)/Te(IV) mixtures were studied. The electrochemical system is complex. Nevertheless, this detailed analytical study led to Bi2Te3 electrochemical synthesis. Finally, the Te(IV)/Te(0) electrochemical system was more deeply studied, the analysis of Te deposits revealed the coatings were composed of single crystalline nanowires. The influence of experimental on nanowire diameter and coatings morphology was studied. These nanowires could be of great interest to prepare Te-Bi core-shell nanostructures

L’oxygène liquide est utilisé principalement dans le domaine de la propulsion spatiale et la connaissance des mécanismes d’usure dans cet environnement est donc indispensable pour le développement des différents moteurs. Ce domaine est mal connu car l’oxygène liquide est un des rares fluides à associer trois propriétés spécifiques pouvant influencer les mécanismes du contact. Ces trois propriétés tribologiques spécifiques sont l’état liquide, la réactivité et la température cryogénique. Une campagne d’essais a été réalisée dans le cadre du projet européen In Space Propulsion-1 (ISP-1) afin d’identifier l’influence de chacune de ces propriétés sur un contact PCTFE/métal. Plusieurs comportements ont ainsi été explicités. D’abord, la présence de lubrification limite a été mise en évidence dans le cas d’un contact en azote liquide. Ensuite,la rugosité de la piste s’est révélé un paramètre fortement influent sur l’usure, les frottements ainsi que sur la formation d’un film de transfert de PCTFE sur le disque. Ce transfert de PCTFE a une grande influence sur le contact. Son épaisseur ainsi que sa régularité influencent directement les mécanismes du contact et plus particulièrement l’usure. Enfin, ces films de transfert se forment rapidement et leur épaisseur augmente avec la distance de glissement, changeant ainsi la vitesse d’usure. Tous ces mécanismes sont très dépendants de la température de surface au niveau du contact qui peut modifier les paramètres des matériaux. L’étude a donc été complétée en comparant une évaluation théorique de la température de surface avec une extrapolation de cette même température à partir des données mesurées dans le pion pendant la réalisation des essais. / Liquid oxygen is mainly used for space propulsion. The knowledge of the wear mechanisms in this environment is therefore essential for the development of the engines. Wear mechanisms in liquid oxygen are not well known because liquid oxygen is one of the few fluids combining three tribological properties that can influence contact mechanisms. These three specific tribological properties are the liquid state, the reactivity and the cryogenic temperature. A test campaign was performed in the frame of the European project In Space Propulsion-1 (ISP-1) to identify the influence of each one of these properties on the PCTFE/metal contact. Several behaviors have been explained. First, boundary lubrication has been demonstrated for contactin liquid nitrogen. Then, we confirmed that disk roughness was greatly affecting wear, friction and PCTFE transfer film formation on the disk. This PCTFE transfer film has a great influence on the contact properties. Its thickness and its regularity directly influence contact mechanisms, especially wear. Finally, the transfer film is easily formed and the thickness increases with the sliding distance, thereby changing the wear rate. All these mechanisms are highly dependent on the surface temperature at the contact interface, which can modify the materials parameters.The study was completed by comparing a theoretical evaluation of the surface temperature with an extrapolation of this same temperature from the measured data in the pin during the experiments.

L’objectif de cette thèse était d’explorer le potentiel des biocapteurs à base de transistors à 1 électron. Depuis l’invention de l’électrode de verre il y a plus de 100 ans, la réponse monotone du potentiel de surface avec le pH est devenue universelle. Aussi, il est bien connu que les mesures de la concentration en ions dans des solutions complexes, de grande importance pour le domaine biomédical, requière des membranes sélectives aux ions. En utilisant ces transistors nanométriques, nous montrons une rupture dans ces concepts avec l’observation d’une réponse en U au pH et la mesure sélective des cations Na+, K+, Ca2+ et Mg2+ dans le sérum sanguin, sans avoir recours aux membranes sélectives. Par ailleurs, les ions divalents ont été mesurés avec une sensibilité deux fois supérieure à la limite de Nernst. Les équations proposées, à l’origine d’une nouvelle méthode pour les mesures sélectives d’ions, peuvent-être étendues à la mobilité électrophorétique. Nous suggérons que ces nanotransistors 0D devraient également permettre des études biomimétiques de la compensation de charge des protéines. Nous montrons enfin que ces composants peuvent être intégrés sur un laboratoire sur puce en PDMS de 1.5 mm x 1.5 mm, qui promet un système de diagnostic sanguin peu couteux et très intégré. / The aim of this thesis was to explore the potential of 0D nanotransistor biosensors. Since the invention of glass electrode a century ago, the monotonic decrease of oxides surface potential with pH has become universal. Also, it is well known that the measurement of ions concentration in complex solutions, of great importance for biomedical field, requires ion-selective membranes. Using these nanometric transistor biosensors, we report a rupture in these concepts with the observation of a U-shape pH response and the selective measurement of Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ cations in blood serum, without falling back on selective membranes. In addition, divalent ions were measured with a sensitivity twice of that of Nernst limit. Proposed equations, at the origin of the new method for ion selective measurements, can be extended to the electrophoretic mobility. We also suggest that 0D nanotransistor biosensors are a relevant test bed for biomimetic studies of proteins charge compensation. We finally show that these devices can be ultimately integrated on a mm² PDMS-based lab-on chip, which promises for a cheap and small blood diagnosis system.

Les maladies pulmonaires obstructives touchent aujourd'hui plusieurs millions de personnes dans le monde. Ces maladies se manifestent par l'accumulation d'un liquide appelé mucus dans les poumons, pouvant aboutir, lorsqu’elle est trop importante, à la formation de ponts liquides entravant la circulation de l’air. Les voies pulmonaires peuvent néanmoins se rouvrir via la rupture de ces ponts liquides. Ces réouvertures peuvent résulter du cycle respiratoire, d’écoulements plus violents provoqués par le mécanisme de toux ou encore nécessiter des séances de kinésithérapie respiratoire pour les malades atteints de bronchites chroniques ou de mucoviscidose. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la rupture de ponts liquides engendrée par un cycle de respiration ou via un forçage unidirectionnel d’intensité suffisante. En particulier nous avons caractérisé expérimentalement et théoriquement les pressions critiques nécessaires pour rouvrir des voies obstruées. Nous avons aussi étudié les derniers instants de vie d’un pont liquide et mis en évidence à la fois expérimentalement et numériquement différents régimes de rupture. A forte vitesse, cette rupture est obtenue via l’atomisation du liquide, c’est à dire la formation de gouttelettes qui pourraient correspondre aux éjectas lors de la toux. Enfin nous nous sommes intéressés à un problème plus éloigné des poumons mais néanmoins fondamental en microfluidique : la dynamique de ponts liquides sur des surfaces partiellement mouillantes. Nous avons montré qu’au-dessus d’un certain seuil en vitesse, le déplacement d’un simple doigt de liquide à débit constant aboutit à la formation d’un train de bulles et de ponts liquides calibrés. / Obstructive pulmonary disease now affects several million people worldwide. These diseases are manifested by the accumulation of a liquid called mucus in the lungs which, when too large, can lead to the formation of liquid plugs which impede air circulation Pulmonary pathways can nevertheless reopen via the rupture of these liquid plugs. These reopenings may result from the respiratory cycle, more violent outflows caused by the cough mechanism or require respiratory physiotherapy sessions for patients with chronic bronchitis or cystic fibrosis. In this thesis we were interested in the rupture of liquid plugs generated by a breathing cycle or by a unidirectional forcing of sufficient intensity. In particular, we have experimentally and theoretically characterized the critical pressures necessary to reopen obstructed pathways. We also studied the last moments of life of a liquid plug and demonstrated both experimentally and numerically different regimes of rupture. At high velocity, this rupture is obtained via the atomization of the liquid, ie the formation of droplets that could correspond to the ejections during the cough. Finally, we were interested in a problem more distant from lungs but nevertheless fundamental in microfluidics: the dynamics of liquid plugs on partially wet surfaces. We have shown that above a certain velocity threshold, the displacement of a single liquid finger at constant flow results in the formation of a train of calibrated bubbles and liquid plugs.

Les surfaces manufacturées par l’homme sont facilement colonisées par des micro-organismes, qui limitent leurs performances. Ici, nous caractérisons en milieu aqueux, le polymère électro-actif poly(3,4-éthylènedioxythiophène):polystyrène sulfonate, afin d’évaluer son aptitude à limiter l’encrassement biologique en milieu marin. Premièrement, nous nous intéressons à l’évolution de sa mouillabilité et de ses propriétés mécaniques en fonction de sa composition chimique quand il est vieilli ou stimulé électriquement. Nos mesures d’angle de contact sur 6 mois révèlent que, indépendamment du taux de réticulant couramment utilisé pour stabiliser le polymère, son interface change grandement avec le temps et les conditions de caractérisation ou de stockage (influence de l’humidité et de la température). Puis, via des études de microscopie en champ proche, nous quantifions son taux d’hydratation et son élasticité lorsqu’il est immergé. Semblable aux hydrogels, il peut absorber jusqu’à 10 fois son volume et présente un module d’Young inférieur à 1 MPa. Mais le réticulant impacte sévèrement ces propriétés sans assurer une excellente stabilité de l’interface. Enfin, siège de phénomènes d’électromouillage, le polymère subit des variations de 30° de son angle de contact sans présenter d’actionnement mécanique dans nos conditions de test. Deuxièmement, nous étudions l’adhésion de bactéries marines TC8 (Pseudoalteromonas lipolytica) sur le polymère pour évaluer ses propriétés antisalissure en fonction du taux de réticulant. Activable, facilement structurable à l’échelle micrométrique et limitant l’adhésion des bactéries, le PEDOT:PSS est un candidat intéressant pour les revêtements marins. / Manmade surfaces often experience rapid fouling by a wide range of micro-organisms which impact their performances. Here, we characterize in aqueous solution, the electro-active polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate in order to assess its ability to limit biofouling in marine environment. Firstly, we evaluate the evolution of its wettability and mechanical properties as a function of chemical composition when samples are left to age or are stimulated electrically. Our contact angle measurements performed over 6 months reveal that the polymer interface changes drastically with time and conditions in which the polymer is characterized or stored (influence of the relative humidity and the temperature) regardless of the concentration of cross-linker added to stabilize it and with. Using atomic force microscopy, we quantify the swelling and elastic modulus of the immersed polymer. Like hydrogels, the native polymer is able to absorb 10 times its volume and its Young modulus is smaller than 1MPa. However, the cross-linker addition alters these properties without insuring a good stability of the interface. Applying an electric field as a way to modulate PEDOT:PSS properties is also investigated. We demonstrate a 30° modulation of its contact angle by electrowetting, but no mechanical actuation can be measured under our test conditions. Secondly, we study its anti-biofouling properties as a function of crosslinker concentration. Tests using the marine bacteria TC8 (Pseudoalteromonas lipolytica) show that this polymer limits bacterial adhesion. Electro-active, easily micropatterned and anti-adhesive, PEDOT:PSS could be interesting for marine coatings.

Tout comme le placenta, les membranes amniotiques humaines sont des organes transitoires mais indispensables au développement fœtal. Parmi les nombreuses fonctions de ces membranes, le contrôle du volume de liquide amniotique est une des plus importantes. Les aquaporines (AQP), canaux aqueux transmembranaires permettant les transferts d’eau, ont déjà été décrites comme fortement impliquées dans ce phénomène. Afin d’éclaircir et d’approfondir leurs implications et leur importance au cours de la grossesse, nous nous sommes intéressé, dans un premier temps, à déterminer l’expression spatio‐temporelle des aquaporines dans les membranes fœtales tout au long de la grossesse, et, dans un second temps, à étudier les aquaporines comme gènes cibles des rétinoïdes. En effet, ces derniers sont des morphogènes impliqués dans le développement embryonnaire et dans la physiologie des annexes embryo‐fœtales et paraissaient être des candidats intéressants pour réguler l’expression des gènes des aquaporines. Nous avons ainsi mis en évidence que, parmi les treize AQPs décrites chez les mammifères, cinq sont exprimées, aussi bien à terme que tout au long de la grossesse, dans les deux feuillets membranaires (le chorion et l’amnion) et à des niveaux d’expression variables en fonction du stade gestationnel et du feuillet membranaire étudié. De plus, nous avons pu proposer un modèle de régulation de l’aquaporine 3 (AQP3) par les rétinoïdes dans les cellules épithéliales amniotiques humaines. Les modulations de l’expression des AQPs 1, 3, 8, 9, 11 tout au long de la grossesse ainsi que la mise en évidence de la régulation de l’AQP3 par les rétinoïdes confirme la nécessité d’une régulation fine de ces gènes au cours de la gestation ; et ce afin de permettre la régulation de l’homéostasie du liquide amniotique, phénomène physiologique essentiel au déroulement harmonieux de la grossesse. Toute altération de cette expression et/ou de cette régulation peut être à l’origine de pathologies du volume amniotique lors de la grossesse, comme l’oligoamnios ou le polyhydramnios. / As the placenta, human amniotic membranes are transitory but essential for the fetal development. Among their numerous functions, the regulation of the amniotic fluid volume is one of the most important. As previously described, this mechanism largely involves transmembrane water channels , the aquaporins (AQPs). In order to clarify and understand their implications and importance during pregnancy, we firstly investigated the spatio‐temporal expression of aquaporins in the fetal membranes throughout pregnancy. In a second time, we studied the aquaporin genes as targets of retinoids. These morphogenetic molecules involved in the fetal annexes and embryonic/fetal development appeared as interesting candidates to regulate aquaporins genes expression in fetal membranes. We have demonstrated that, among the thirteen AQPs described in mammals, five are expressed both at term and throughout pregnancy in both fetal membranes layers (chorion and amnion). Their expression levels vary with the gestational stage and the type of layer. In addition, we were able to propose a model of regulation of aquaporin 3 (AQP3) by retinoids in human amniotic epithelial cells. The modulation of the expression of AQPs 1, 3, 8, 9, 11 throughout pregnancy as well as the demonstration of the AQP3 regulation by retinoids suggests a fine regulation of these genes is necessary during gestation in order to allow the maintenance of amniotic fluid homeostasis, a physiological phenomenon essential to a harmonious pregnancy. Alterations of this expression and/or this regulation could cause diseases of amniotic volume during pregnancy, such as oligohydramnios or polyhydramnios.

Les matériaux lorsqu'ils sont rendus nanométriques montrent des propriétés optiques qui peuvent différer fortement des celles des matériaux à l'état massif. C'est l'étude de ces modifications des propriétés qui a motivé les travaux qui sont présentés dans ce document. Dans une première partie je décris les propriétés de luminescence particulière des nanocristaux de silicium en mettant en évidence un décalage de la luminescence vers le bleu lorsque la taille des nanocristaux diminue et je montre qu'il s'agit d'un phénomène de confinement quantique. Dans le même temps l'importance de la passivation de surface est démontrée. Ces résultats sont ensuite appliqués à la compréhension d'une signature spectrale détectée dans les nuages de poussières inter- et circumstellaires et la fabrication de microcavités luminescente à base de nanocristaux de silicium. Dans une deuxième partie je présente les résultats des études que je mène depuis mon arrivée au sein du LPCML sur les propriétés de luminescence de nanoparticules d'oxydes dopés terres rares. Nous avons ainsi pu montrer que le confinement quantique peut aussi être mis en évidence pour ces matériaux fortement ionique même si l'effet est bien moindre que pour les semi conducteurs. De même on montre que la surface joue un rôle essentiel soit en donnant lieu à de nouvelles émissions soit en créant des défauts tueurs de la luminescence. La taille des nanoparticules modifie aussi la densité d'états de phonons ce qui modifie les populations dans les différents niveaux d'énergie des ions dopants et donc les rapports d'intensité entre les transitions optiques. Enfin le comportement sous excitation à haute énergie (UV dur et X) montre que les rendements sont fortement affectés pour les petites tailles traduisant l‘impossibilité pour les toutes petites particules de supporter une trop grande densité d'excitation. La dernière partie présente les deux axes que je souhaite développer dans les années à venir à savoir la microscopie confocale jusque dans l'UV dur et l'ablation laser en solution pour la synthèse de nanomatériaux originaux.

L'échange multiple décrit de manière effective les propriétés magnétiques d'un système de fermions quasiment localisés. Nous considérons ce modèle pour des spins 1/2 sur le réseau triangulaire avec des processus à 2, 3, 4, 5 et 6 particules. Cet hamiltonien est aujourd'hui reconnu comme étant un bon candidat pour décrire le magnétisme nucléaire des films d'3He solide adsorbés sur du graphite. Nous l'étudions par diagonalisations exactes sur des échantillons jusqu'à 36 sites. Dans un large domaine de paramètres, l'analyse des effets de taille finie sur les énergies propres, la structure des spectres et les fonctions de corrélation amènent à conclure que les fluctuations quantiques détruisent l'ordre magnétique à température nulle. L'état fondamental est caractérisé par une longueur de corrélation finie, c'est un liquide de spins où les excitations magnétiques possèdent un gap. Nous calculons la chaleur spécifique et trouvons une entropie importante à basse température, en accord avec les mesures expérimentales. La réponse à un champ extérieur révèle un plateau d'aimantation à M/M(sat)=1/2. Nous discutons les conditions d'apparition d'un tel plateau et les comparons avec les situations, mieux comprises, de la dimension un ainsi que celle de spins classiques. Pour le plus grand système étudié (36 sites), le fondamental possède une quasi-dégénérescence quatre. Cette dégénérescence ne s'explique pas par une brisure spontanée de symétrie mais elle conduit à une interprétation topologique. Nous suggérons une image de ``resonating valence-bond'' (RVB) à courte portée pour la fonction d'onde du fondamental et discutons du lien éventuel avec la phase de HALDANE et les états de type ``valence-bond solid''. Le modèle d'échange multiple sur le réseau triangulaire semble un des tous premiers exemples d'hamiltonien bidimensionnel de spins 1/2 dont le fondamental ne brise aucune de symétrie à température nulle.

L'imagerie 3γ est une nouvelle technique d'imagerie médicale nucléaire qui a été proposée au laboratoire Subatech. Cette technique consiste à localiser tridimensionellement la position de la désintégration d'un radioisotope innovant émetteur (β+, γ), le 44Sc. Il s'agit pour cela d'associer la détection des deux photons gamma de 511 keV issus de la désintégration d'un positon, assurée par une couronne de détecteurs de tomogaphie à émission de positon, à la détection dutroisième photon par un télescope Compton au xénon liquide. La position de l'interaction entre le photon et le xénon, ainsi que l'énergie déposée, sont relevées grâce à la mesure du signal d'ionisation à l'aide d'un chambre MICROMEGAS (MICROMEsh GAseousStructure), tandis que le déclenchement de l'acquisition et la mesure du temps de l'interaction sont assurés parla détection du signal de scintillation. Le principe de la TPC est ainsi utilisé pour l'imagerie Compton.Afin de faire la preuve expérimentale de faisabilité de l'imagerie 3γ, un prototype de petite dimension, XEMIS (XEnon Medical Imaging System), a été développé.Cette thèse constitue une étape importante vers cette preuve de faisabilité. Les travaux qui y sont exposés portent sur la caractérisation de la réponse du détecteur pour un faisceau de gammas de 511 keV et sur l'analyse des données qui en sont issues. La mesure des résolutions en énergie et temporelle seront exposés, ainsi que celle de la pureté du xénon liquide.