Cette thèse a visé à comprendre et à recréer artificiellement un mécanisme d'auto-assemblage présent dans la soie d'araignée. Les gouttes de glue microniques qui existent sur la soie d'araignée dîte de capture servent à fournir à la toile ses propriétés adhésives. Ces gouttes jouent pourtant un autre rôle : elles améliorent grandement les propriétés mécaniques de la soie, et permettent de préserver l'intégrité structurelle de la toile. La localisation de l'instabilité de flambage au sein des gouttes de glue, site de surcompression par les ménisques capillaire, implique que ce système de gouttes sur fibre se comporte sous compression comme un liquide, alors que sous tension il possède un régime solide. Les araignées ont donc trouvé un moyen de créer des hybrides mécaniques liquide-solide.La première partie de ma thèse fut dédiée à la caractérisation d'échantillons naturels, qui a permis dans la seconde partie de construire un système entièrement artificiel qui reproduit la soie d'araignée de capture, grâce à des microfibres flexibles longues de plusieurs centimètres. Une simple goutte de liquide mouillant permet la création efficace d'un système semblable aux échantillons naturels. La caractérisation fine de ces systèmes de gouttes sur fibre enroulables a mené à un très bon accord entre les résultats expérimentaux, les simulations numériques et une analogie avec les transitions de phase, notamment pour des propriétés telles que le seuil d'activation, l'existence d'une hystérésis ou encore la morphologie de l'enroulement. Ces résultats ont permis la conception de techniques non conventionnelles dans des domaines tels que les méta-matériaux et la micro-fabrication. / This PhD work aimed to understand and recreate artificially a self-assembling mechanism involving capillarity and elasticity present in spider silk. The primary function of the micronic glue droplets that exist on spider capture silk is to provide the spider web with adhesive properties. These droplets play yet another role: the dramatic enhancement of silk mechanical properties, as well as the preservation of the integrity of the web structure. The localization of the buckling instability within the glue droplets, site of over-compression due to the capillary meniscii implies that under compression this special drop-on-fibre system behaves like a liquid, whereas under tension it has a classical elastic spring regime. Spiders have thus found a way to create liquid-solid mechanical hybrids.The first part of my thesis aimed to the characterization of natural samples, which allowed in the second part to build a completely artificial system that mimics the natural samples, through fabrication of centimeter-long micronic soft fibres. The simple addition of a wetting liquid droplet made for an effective system with mechanical properties quantitatively close to that of spider capture silk.Fine characterization of the created drop-on-coilable-fibre systems yielded very good agreement between experimental results and predictions from numerical simulations and a analogy with phase transition, especially for properties such as the threshold for activation, the existence of an hysteresis and the coiling morphology. All those results added up to the design of unconventional techniques in field such as metamaterials and micro-fabrication.

La croissance localisée de SiC dopé p par un mécanisme Vapeur-Liquide-Solide (VLS) a été effectuée sur substrats SiC-4H (0001) 8°off et diamant (100). Pour ce faire, des motifs constitués d'un empilement silicium-aluminium sont fondus puis alimentés en propane. Dans le cas de l'homoépitaxie de SiC-4H, il a été démontré que la quantité limitée de phase liquide initiale entraine une évolution constante des paramètres de croissance en raison de l'appauvrissement graduel en silicium. Il est toutefois possible de trouver des conditions de croissance satisfaisantes (alliage contenant 40 at% Si, 1100 °C) résultant en un dépôt conforme sur l'ensemble des motifs avec une morphologie step-bunchée. A partir de tels dépôts, des contacts ohmiques de très faible résistivité (jusqu'à 1,3.10-6 Ω.cm2) ont été mesurés et des diodes PiN ont été fabriquées et caractérisées. Dans le cas de la croissance de SiC sur diamant, la forte réactivité entre l'alliage Si-Al liquide et le substrat diamant conduit à la formation d'un dépôt dense et polycristallin de SiC-3C par un mécanisme de dissolution-précipitation. Nous avons montré que la formation préalable d'une couche tampon nanométrique de SiC par siliciuration du substrat de diamant (réaction solide-solide entre une couche de Si et le diamant) permet d'obtenir une croissance épitaxiale de SiC-3C en ilots, avec les relations [110] SiC // [110] diamant et (100) SiC // (100) diamant. Il n'a cependant pas été possible de former une couche complète et épitaxiale de SiC sur diamant par VLS localisée. Nous avons toutefois montré que cela est réalisable par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) en utilisant la même étape de siliciuration / The localized growth of p-doped SiC by Vapor-Liquid-Solid (VLS) mechanism was made on (0001) 8°off 4H-SiC and (100) diamond substrates. A silicon-aluminium stacking, localized on top of the substrate, is used after melting as the liquid phase for the growth, carbon being brought by the propane of the gas phase. Regarding the homoepitaxial growth of 4H-SiC, the limited amount of liquid phase leads to a significant consumption of silicon during the growth which is responsible for a continuous variation of the growth parameters. Satisfying growth conditions can therefore be found (40 at% Si alloy, 1100 °C) leading to the formation of a step-bunched layer on the initial Si-Al patterns. Very Low resistivity ohmic contacts (as low as 1.3x10-6 Ω.cm2) and PiN diodes were successfully fabricated from these deposits. Regarding the SiC growth on diamond, the high reactivity between the Si-Al liquid alloy and the diamond substrate leads to the polycrystalline growth of 3C-SiC by a dissolution-precipitation mechanism. It is thus necessary to use a SiC buffer layer in order to achieve an epitaxial growth. This buffer layer, grown by a solid-solid reaction between silicon (deposited by CVD) and the diamond called silicidation, favors the epitaxial growth of 3C-SiC ([110] SiC // [110] diamond and (100) SiC // (100) diamond) during the later VLS growth. Considering the 3D growth mechanism that takes place the formation of a single-crystalline layer from these epitaxial islands seems difficult. Such single-crystalline layer can be achieved using chemical vapor deposition (CVD) after the silicidation step of the diamond substrates

Les Environnements Virtuels Immersifs (EVI) peuvent être utilisés pour amener des utilisateurs, répartis géographiquement ou co-localisés, à partager un même monde virtuel pour collaborer. Si l’on compare aux situations distantes, les utilisateurs d’une immersion co-localisée collaborent aussi dans le monde virtuel, mais a contrario, partagent physiquement un même espace de travail. Cette co-localisation facilite le travail collaboratif en permettant des communications directes et des interactions sans médiation informatique entre les utilisateurs.Avec le développement de l'affichage multi-utilisateur et de la technologie de tracking, les dispositifs immersifs classiques basés sur la rétroprojection (ex. CAVE) peuvent offrir maintenant l'immersion pour plusieurs utilisateurs co-localisés en affichant différentes vues stéréoscopiques sans distorsion visuelle pour chacun d’eux. Dans ce contexte, la coexistence de l'information du monde virtuel et réel, en particulier lorsque les utilisateurs ne partagent pas un référentiel spatial commun, offre aux utilisateurs une nouvelle expérience perceptive et cognitive. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la façon dont les utilisateurs se perçoivent et communiquent entre eux pour atteindre un contexte commun pour la collaboration, et aux moyens permettant d’élargir des scénarios collaboratifs déjà pris en charge dans ce type de dispositifs, basés sur des techniques de contrôle plus flexible des points de vue des utilisateurs. Cette thèse de doctorat traite donc principalement des problèmes perceptifs et de cohabitation que nous avons identifiés dans l’objectif d’assurer la sécurité et l’efficacité des collaborations co-localisées dans les environnements virtuels immersifs. Tout d'abord, nous avons mené une étude de cas pour examiner comment les conflits perceptifs modifieraient la communication entre les utilisateurs et leur performance. Deuxièmement, nous avons conçu et évalué des paradigmes de navigation appropriés pour permettre la navigation virtuelle individuelle tout en résolvant les problèmes de la cohabitation dans un espace de travail partagé physiquement limité. Enfin, sur la base des résultats de ces travaux, nous avons proposé un modèle dynamique générique qui intègre des contraintes de l'espace de travail physique et aussi ceux du monde virtuel pour gérer la collaboration co-localisée dans les systèmes immersifs multi-utilisateurs. / Immersive virtual environment can be used to bring both geographically distributed and co-located users to the same virtual place for collaboration. Compared to remote situations, co-located users collaborate in the same virtual world on top of a shared physical workspace. This collocation allows direct user communication and interaction without computer mediation which facilitates collaborative work. With the development of multi-user display and tracking technology, classical projection-based immersive setups (e.g. CAVE) can now support group immersion for co-located users by offering individual stereoscopic views without visual distortion. In this context, the coexistence of information from the virtual and real world, especially when users do not share a common spatial reference frame, provides users with a new kind of perceptual and cognitive experience. We are interested in how users perceive and communicate with each other to achieve a shared context for collaboration, and how we can broaden supported collaborative scenarios with more flexible viewpoint control.This PhD thesis mainly addresses perceptual and cohabitation issues that we identified in the aim of supporting safe and efficient co-located collaboration in immersive virtual environment. First, we conducted a case study to examine how perceptual conflicts would alter user communication and task performance. Second, we concentrated on the design and evaluation of appropriate navigation paradigms to allow individual virtual navigation while solving cohabitation problems in a shared limited physical workspace. At last, based on the results of previous studies, we designed a generic dynamic navigation model which integrates constrains from the physical workspace and also the virtual world to enable co-located collaboration in multi-user immersive systems.

On s'intéresse dans ce travail au problème de propagation acoustique dans des guides à parois traitées avec des matériaux absorbants à réaction localisée ou non localisée en présence d'écoulement. En effet, dans les systèmes industriels comme les turboréacteurs d'avions, les silencieux d'échappement et les systèmes de ventilation, le bruit est le plus souvent canalisé vers l'extérieur par des guides de géométries plus ou moins complexes. Une étude des guides d'ondes permet donc de prédire et de comprendre les phénomènes physiques tels que la réfraction, la convection, l'absorption et l'atténuation des ondes. Dans l'étude des guides d'ondes, on considère souvent qu'ils sont infiniment longs afin de s'affranchir de certains phénomènes (réflexion par exemple) à leurs extrémités. Résoudre le problème de propagation dans les guides infinis par la méthode des éléments finis nécessite de tronquer le domaine infini par des frontières artificielles sur lesquelles des conditions limites transparentes doivent être écrites. Dans ce travail, les conditions limites transparentes sont écrites sous forme d'un opérateur Dirichlet-to-Neumann (DtN) basé sur une décomposition de la pression acoustique sur la base des modes propres du guide étudié tout en prenant en compte l'influence des paramètres comme l'écoulement et le traitement acoustique avec des matériaux absorbants. La propagation acoustique dans le guide est régie par un modèle scalaire basé sur l'équation de Helmholtz et les matériaux absorbants utilisés sont des matériaux absorbants d'impédance locale Z et des matériaux poreux. Nous nous sommes intéressés en particulier aux matériaux poreux ? squelette rigide que l'on modélise par un fluide équivalent car la propagation acoustique dans ces matériaux est aussi gouvernée par l'équation de Helmholtz comme dans un milieu fluide. Des résultats d'étude de la propagation acoustique dans des guides rectilignes uniformes traités en présence d'un écoulement uniforme ont permis de valider la méthode développée pour tronquer les domaines infinis. L'étude a aussi été menée avec succés pour des guides non uniformes traités en présence d'un écoulement potentiel. / Our concern in this work is the problem of acoustic propagation in guides lined with locally or non locally reacting materials with the presence of mean fluid flow. In several industrial systems such as aircraft jet engines, mufflers exhaust and ventilation systems, noise is mostly channeled outside by guides of more or less complex geometries. A study of waveguides makes it possible to predict and understand the physical phenomena such as refraction, convection, absorption and wave attenuation. In waveguides studies, guides are often considered infinitely long to get rid of some phenomena (reflection for example) at their ends. Solving the problem of acoustic propagation in infinite guides by finite element method requires to truncate the infinite domain by artificial boundaries on which transparent boundary conditions must be written. In this work, the transparent boundary conditions are written as a Dirichlet-to-Neumann (DtN) operators based on sound pressure decomposition on the eigenmodes basis of the studied guide by taking into account the influence of parameters such as flow and acoustic liners in the guide walls. Acoustic propagation in the guide is governed by a model based on the scalar Helmholtz equation and the used liners are locally reacting materials of local impedance Z and porous materials. In this study, we focused particularly rigid porous materials modelized by an equivalent fluid because the acoustic propagation in these materials is also governed by the Helmholtz equation as in a fluid medium. Results of studies of acoustic propagation in uniform straight lined guides with a uniform flow allowed to validate the method developed to truncate infinite domains. The study was also done successfully for non uniform lined guides with a potential mean flow.

Le rooibos est une tisane produite à partir d'une plante sud-africaine endémique (Aspalathus linaris), typique de la formation végétale fynbos. Il s'agit d'une production localisée ou « produit de terroir » au sens où elle est inscrite dans le temps et que les savoir-faire de production et la ressource sont liés à une région, le sud-ouest du pays. Cette production combine tous les caractères constitutifs d'un patrimoine : elle est produite collectivement, ancrée dans le temps et dans l'espace, transmise ou conservée. Le rooibos se situe donc dans le champ des études sur la patrimonialisation des productions localisées. Il fait actuellement l'objet d'un projet de valorisation par une indication géographique (IG) et présente à ce titre un caractère emblématique pour ces recherches dans les pays du Sud. Afin d'éclairer le processus de valorisation, notre recherche a consisté à étudier les dynamiques à l'origine de sa dimension patrimoniale. Nous montrons que cette production est indissociable des contextes et des enjeux (politiques, sociaux, identitaires) qui ont traversé la société sud-africaine à différentes époques. La filière du rooibos s'est révélée être un objet d'étude privilégié pour observer les tensions nationales dans l'Afrique du Sud post-apartheid. Nous observons une volonté de promouvoir une nation multiculturelle qui tranche avec celle de conserver la structure hiérarchique à l'origine des inégalités socio-économiques. L'imaginaire du rooibos associe l'ingénierie des producteurs afrikaners, le savoir-faire des ouvriers métis et l'utilisation de figures patrimoniale comme celle des Khoesan ; mais d'un autre côté, l'organisation actuelle de la filière reproduit les disparités au sein des acteurs locaux de la production, d'une part entre producteurs et ouvriers agricoles et d'autre part entre producteurs afrikaners et métis. Nos résultats suggèrent que la construction des nouveaux patrimoines sud-africains n'est pas nécessairement un facteur d'intégration et de réconciliation nationales.

Le travail de thèse est consacré aux interactions spatio-, temporo- et spectro- résolue de laser avec des tissus biologiques. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'influence des nanoparticules colloïdales embarqués dans les tissus biologiques multicouches sur leurs propriétés optiques afin de fournir plus profond et / ou plus précise de sondage. Pour ce faire, les paramètres spectroscopiques intégrales et durée de vie de fluorophore dans les environs de nanoparticules métalliques ont été analysées théoriquement et expérimentalement. L’autre partie de l'étude était de proposer de nouvelles solutions algorithmiques pour l'amélioration de la performance du processus d'estimation des valeurs des propriétés optiques de la résolution spatiale des mesures spectroscopiques. La dernière partie de la thèse est la modélisation expérimentale et théorique de la cinétique de fluorophores en présence des nanoparticules d'or colloïdales. La composante ultra-courte pico-seconde (environ 100 ps) a été résolue et a été corrélée à champ dipolaire forte des nanoparticules qui compense le dipôle de la molécule / The thesis work is devoted to spatially-, temporally- and spectrally- resolved laser and biological tissue interactions. The aim of the present thesis was to investigate the influence of colloidal nanoparticles embedded into multilayered biological tissues on their optical properties in order to provide deeper and/or more precise probing. To do so, the integral spectroscopic parameters and lifetime of fluorophore in vicinity of metal nanoparticles were analyzed theoretically and experimentally. Another part of the study was to propose new algorithmic solutions for improving the performance of the estimation process of the optical properties values from spatially resolved spectroscopic measurements. The last part of the thesis was the experimental and theoretical modelling of fluorophore’s kinetics in presence of colloidal gold nanoparticles. The ultra-short pico-second component (around 100 ps) was resolved and correlated to strong nanoparticles dipole field which is compensating the molecule’s dipole

Cette thèse décrit deux procédés différents pour le greffage du radical cyanométhyle (CH2CN), dérivé de l'acétonitrile sur des métaux et des semi-conducteurs. La première méthode est basée sur une réaction d'abstraction d'un atome d'hydrogène de l'acétonitrile par un radical aryle stériquement encombré. Dans la deuxième méthode, le même radical cyanométhyle est produit par irradiation dans l'UV lointain. Ce radical réagit avec la surface métallique pour former une liaison covalente, il est aussi responsable de la croissance d'une couche organique comportant des fonctions amines. Ce film fonctionalisé a été caractérisé par de nombreuses techniques (IRRAS, ellipsometrie, profilometrie, angle de contact, SEM, EDX, AFM et dérivatisation chimique). Dans le dernier chapitre l'adsorption d'un sel de diazonium sur la surface du fer préalablement à son greffage a été examinée. Les résultats indiquent l'absence d'une telle adsorption.

Ce travail a pour objet l'analyse limite des structures par la méthode des éléments finis. Lorsqu'une structure atteint sa charge limite, certaines de ses composantes sont dans la phase inélastique de leur comportement, alors que dans les parties les plus critiques, du fait de la localisation des déformations inélastiques, se produit la rupture du matériau. Les effets de localisation sont, dans les matériaux fragiles liés à l'apparition et au développement de macro fissures alors qu'ils sont, dans les matériaux ductiles, gouvernés par les bandes de cisaillement localisées. L'étude de la charge limite est ainsi reliée à la modélisation du comportement inélastique standard du matériau mais également à la modélisation des effets localisés correspondant au comportement adoucissant des matériaux. Le comportement inélastique standard du matériau est, dans ce travail, décrit par des modèles élastoplastiques, élastoviscoplastiques ou élastiques non linéaires. Tous les modèles de comportement sont définis en termes d'efforts généralisés. Un certain nombre d'approches mathématiques et d'algorithmes numériques sont disponibles mais sont bien souvent inefficaces et manquent de précision. Ainsi, nous utilisons une approche développée plus récemment s'appuyant sur une méthode d'éléments finis enrichis de discontinuités. Nous avons développé de nouvelles formulations d'éléments standards prenant en compte des cinématiques et des descriptions des champs de déplacements discontinus complexes. Plusieurs formulations d'éléments finis ont été développées pour l'analyse de différents composants structurels. Nous présentons, dans un premier temps, un élément fini dédié à l'analyse limite des plaques en béton armé. La formulation d'un élément de plaque élastoplastique et élastoviscoplastique écrite en efforts généralisés associée à une procédure commune d'intégration sont présentées ensuite. Un élément de coque non linéaire, faisant intervenir une fonction seuil à deux surfaces incluant à la fois un écrouissage isotrope et un écrouissage cinématique est ensuite présenté. Les deux derniers éléments finis développés dans ce travail sont dédiés à la modélisation de la rupture localisée dans les poutres planes et les solides bidimensionnels. L'élément de poutre d'Euler-Bernouilli est enrichi par une discontinuité en rotation. Une stratégie s'appuyant sur l'analyse préalable, par un modèle raffiné, d'une partie de la structure est proposée afin d'obtenir les paramètres du modèle constitutif de la poutre. Enfin, nous présentons la formulation d'un élément quadrangulaire à discontinuité forte dont la cinématique permet de prendre en compte des sauts de déplacements linéaires dans les deux directions normale et tangentielle le long de la surface de discontinuité. Des résultats numériques montrent que les éléments développés ainsi que les algorithmes associés constituent un outil efficace et robuste d'analyse de la charge limite et de la rupture des structures. Parmi les exemples, nous présentons la simulation de la propagation d'une fissure dans un matériau fragile ainsi que le développement d'une bande de cisaillement dans un matériau ductile. Les codes numériques associés aux formulations présentées dans ce travail ont été générés par l'outil de programmation symbolique et d'optimisation de code AceGen. Les performances des éléments sont présentés à travers un grand nombre d'exemples numériques réalisés à partir du code AceFem.

Depuis leur découverte en 1991 par S.Iijima, les nanotubes de carbone sont étudiés pour leurs différentes propriétés mécaniques et électroniques. C'est précisément dans le domaine de l'électronique qu'ils sont particulièrement investigués. En effet, ils offrent des propriétés de conduction électrique supérieure au cuivre pour la micro et la nanoélectronique. C'est dans le but de les utiliser en tant que tels que nous avons réalisé cette étude laquelle consiste à utiliser les nanotubes de carbone comme conducteurs électriques. En vue de leur intégration dans des systèmes électroniques complexes, nous devrons nous assurer que les voies envisagées sont compatibles avec les composants qui peuvent être présents sur le substrat. Pour ce faire, nous tenterons de réaliser une croissance localisée de nanotubes de carbone, à la température la plus basse possible ; toutefois un autre moyen de procéder consisterait en la manipulation post-synthèse des nanotubes de carbone. Ce sont là les deux voies envisagées que nous expérimenterons au cours cette étude.

Cette thèse a porté sur la conception d'un capteur de corrosion passif, sans contact de moyenne portée. Les solutions existantes sans fil concernent soit des capteurs à architecture classique, soit des solutions passives. Dans le premier cas, le capteur de corrosion est actif et peut être interrogé à longue portée. Dans le second cas, les solutions passives existantes ne fonctionnent qu’avec des distances de lecture de quelques centimètres du fait des basses fréquences utilisées. L’objectif de ce travail était de répondre à ce besoin. Pour cela, nous nous sommes inspirés de la technologie RFID (Radio Frequency Identification) passive chipless pour le développement d’un capteur basé sur une fonction hyperfréquence. La première structure réalisée a été une ligne microruban, dont le ruban est constitué d’une couche mince d’un élément sensible à la corrosion. Dans ce cas, la corrosion de la ligne s’est traduite par une variation d’amplitude du fait de l’apparition de pertes expliquées principalement par l’effet de peau ou la création de défauts. Une deuxième structure hyperfréquence a été élaborée en se basant sur un stub (circuit ouvert) qui a permis de suivre le processus de la corrosion via une variation de fréquence. Comme le cas de la ligne microruban, cette structure nous a permis de distinguer la corrosion uniforme et la corrosion localisée. Grâce à la mise en évidence de ces fonctionnalités, diverses stratégies de contrôle de la corrosion peuvent être imaginées et un démonstrateur a été réalisé. Le point clé du démonstrateur proposé est une augmentation de la distance de lecture dans la technologie RFID chipless, ceci a été rendu possible en considérant l’isolation Tx / Rx du lecteur. Dans ce contexte, trois types d’antennes ont été étudiées. Afin d’augmenter encore la distance de lecture, d’autres techniques d’isolation ont été proposées : l’utilisation d’un déphaseur mais aussi l’isolation temporelle par l’utilisation d’une ligne à retard SAW. Grâce à ces 2 méthodes, une distance de lecture de deux mètres a été obtenue. Suite aux caractérisations RF des métaux soumis à la corrosion discutées, nous avons aussi élaboré une sonde RF à champ proche permettant de diagnostiquer la corrosion de surfaces métalliques. / This thesis focused on the design of a passive wireless corrosion sensor. Existing wireless solutions concern either classic architecture sensors or passive solutions. In the first case, the corrosion sensor is active and can be interrogated at long range. In the second case, the existing passive solutions only work with reading distances of a few centimeters because of the low frequencies. The objective of this study was to respond to this need. That’s why; we were inspired by the RFID( Radio Frequency Identification) passive chipless technology for the development of a sensor based on a microwave function. The first structure was a microstrip line, of which the strip is composed of a thin layer of an element sensitive to corrosion. In this case, the corrosion of the line is proven by an amplitude variation due to losses principally explained by the skin effect or the creation of defects. A second microwave structure was developed based on a stub (open circuit) which allowed us to follow the process of corrosion via a frequency variation. Much like the microstrip line, this structure allowed us to distinguish between uniform corrosion and localised corrosion. Due to the highlighting of these features, different corrosion control strategies can be imagined and a demonstrator was executed. The key point of the proposed demonstrator is an increase in the reading distance in the chipless RFID technology; this was made possible by taking into consideration the isolation TX / Rx of the reader. In this context, three types of antennas were studied. In order to increase the reading distance, other isolation techniques were proposed: the use of a phase shifter but also a temporal isolation using a SAW delay line. Thanks to these two methods, a reading distance of two meters was obtained. Following the RF characterizations of metals exposed to the discussed corrosion, we also developed a near field RF probe, which allows corrosion diagnostic of metal surfaces.