L'objectif de ce travail est de prédire le gonflement de fûts d'enrobés bitumineux contenant des déchets radioactifs en condition d'entreposage, de transport et de stockage. L'incorporation de radionucléides dans du bitume provoque en effet sa radiolyse et du dihydrogène est ainsi généré dans le matériau. Ce gaz est solubilisé dans la matrice jusqu'à ce que sa concentration atteigne une valeur limite, la saturation. Au-delà de celle-ci, un mécanisme de germination a lieu : des bulles sont formées. Elles vont par la suite croître grâce à l'apport de gaz par radiolyse et migrer sous l'effet de la poussée d'Archimède. Le gonflement du matériau résulte alors de la compétition entre création et évacuation de gaz. Un modèle a été construit pour décrire l'évolution d'une population de bulles. Sa résolution analytique n'étant pas possible, un code numérique a été développé. Les résultats montrent qu'une augmentation de la viscosité du fluide, du terme source de gaz apporté par radiolyse ou de la hauteur du récipient induisent une augmentation du gonflement et qu'une augmentation du coefficient de diffusion du gaz dans la matrice diminue le gonflement. Lorsque le fluide présente un seuil d'écoulement, le comportement de la population de bulles est modifié et l'évacuation de gaz par migration des bulles se fait par à-coups, contrairement au cas d'un fluide newtonien où une évacuation stationnaire est atteinte. Cette dernière a enfin servi à l'optimisation des conditions opératoires. / The aim of this PhD thesis is to predict the swelling of bitumen barrels in which radioactive salts are mixed. The bitumen exposed to radioactivity undergoes a chemical reaction: the radiolys. This implies a generation of dihydrogen. The created is solubilized until the concentration reaches a limit value which is called saturation. Over this limit nucleation of bubbles is observed. Then they will grow thank to the contribution of the gas generated by radiolys and they will be submitted to Archimede's principle so that they will rise in the fluid. The swelling is the result of the competition between generation and evacuation of gas. A model has been built to describe theevolution of a bubble population. Because of it is not possible to solve it analitically, a numerical program was developed. The results show that an increase of the fluid viscosity, the gas generation or the container height lead to an increase of the swelling and that an increase of the diffusioncoefficient contributes to a decrease of the swelling. In the particular case of a yield stress fluid, the behavior of the bubble population is modified and the evacuation of gas is done with several shots, at the opposite of the case of a Newtonian fluid for which a stationary evacuation is reached.

Les mousses sont des matériaux très largement utilisés dans l'industrie par exemple dans l'agroalimentaire ou la cosmétique. Ce sont des matériaux instables qui vieillissent au cours du temps à cause du mûrissement dû à la diffusion du gaz entre les bulles, de la coalescence qui est la fusion de deux bulles après rupture du film les séparant et du drainage dû à l'écoulement de liquide entre les bulles par gravité. Ces trois processus sont en compétition dans les mousses. Au cours de ma thèse, j'ai réalisé différentes expériences dans le but d'éliminer le drainage et d'étudier le mûrissement, la coalescence et la compétition entre les deux. Après un rappel sur la structure, le vieillissement des mousses et la description du dispositif expérimentale que j'ai mis au point pour contrôler la quantité de liquide dans la mousse, je me suis intéressée au mûrissement et à la coalescence de mousses 2D horizontales. J'ai montré tout d'abord grâce à l'analyse d'image qu'il est possible de différencier les mousses évoluant principalement par mûrissement de celles évoluant par coalescence en introduisant un paramètre de convexité sur les bulles composant la mousse. Les mousses ayant mûri sont alors utilisées pour étudier l'impact de l'humidité des mousses sur la perméabilité des films. La perméabilité est calculée à l'aide d'une nouvelle théorie prenant en compte l'humidité de la mousse. Les mousses qui coalescent, quant à elles, sont utilisées pour étudier l'impact de la fraction liquide, de la pression capillaire et de la taille des bulles sur la coalescence dans les mousses 2D. Cette étude permet de montrer qu'une analyse de ces paramètres à l'échelle de la mousse n'est pas suffisante pour conclure sur leur réel impact sur la coalescence et qu'il est nécessaire d'analyser ces paramètres à l'échelle de la bulle afin de différencier leurs effets. Pour ce faire, j'ai mis au point un programme qui permet d'isoler chaque évènement de coalescence. Ainsi, il existe une fraction liquide critique à partir de laquelle il n'y a plus de coalescence car les films entre les bulles n'existent plus. A 3D, j'ai commencé par établir un lien entre les fractions liquides surface et volumique donnant une nouvelle manière de de mesurer la fraction liquide volumique à partir d'une image de la surface. Ensuite, j'ai étudié le mûrissement de mousses humides 3D. Un des buts était de mettre en évidence la transition entre le régime sec où le rayon moyen croit comme le temps avec un exposant β =1/2 et le régime très humide où β = 1/3. J'ai réalisé des expériences de diffusion multiple de la lumière, sur des mousses confinées et trouvé de valeurs de β voisine de 1/2. Néanmoins, la mesure β dans les mousses très humides n'a pas été possible. Pour parer à cela, le projet "Soft Matter Dynamics" vise à étudier le mûrissement et le réarrangement des bulles dans les mousses humides en microgravité dans la station spatiale internationales (ISS). Mon implication dans ce projet a consisté à réaliser des protocoles de remplissage et de nettoyage de cellules en collaboration avec Airbus, à créer un programme d'automatisation de la mesure de la taille des bulles et à participer à une campagne de test du système de génération des mousses. / Foams are materials widely used in the industry, like in food industry or cosmetics industry for example. These are unstable materials that age over time by coarsening which is gas diffusion between bubbles, by coalescence which is the fusion of two bubbles after rupture of the film between them or by drainage which is the liquid flow between the bubbles due to gravity. These three processes are in competition in foams. During my thesis, I carried out various experiments in order to eliminate drainage and study coarsening, coalescence and the competition between them. After a quick reminder on foam structure and aging and a description of the experimental set-up that I made allowing to control the liquid content of the foam, I present coarsening and coalescence experiments of horizontal 2D foams. First, I show that it is possible to differentiate foams which evolved mainly by coarsening from those which evolved by coalescence. This is done using a convexity parameter that compares the convexity of the bubbles in the foams. The foams which coarsen are then used to study the impact of foam humidity on the films permeability. The permeability is calculated with the help of a new theory which takes into account the humidity of the foam. The coalescing foams are used to study the impact of the liquid fraction, the capillary pressure and the bubbles' size on coalescence in 2D foams. This study shows that an analysis of these parameters at the scale of the foam does not allow to conclude on their real impact on coalescence and that it is necessary to analyze these parameters at the scale of each bubble in order to differentiate their effects. To this end, I have developed a program that follow-up these bubbles and which isolate each event of coalescence. There is a critical liquid fraction above which there is no more coalescence because the films between the bubbles no longer exist. In 3D, I began by establishing link between surface and volume liquid fractions giving a new method to measure the volume liquid fraction from an image of the surface. Then, I studied coarsening of 3D wet foams. One of the goals was to show the transition between the dry regime where le mean radius increase with time as a power law, with an exponent β in the dry regime β =1/2 and the very wet regime where β = 1/3. I carried out multiple light scattering experiments on confined foams and found the values of $eta$ to be near $1/2. Nevertheless, the measurement of β in very wet foams wasn't possible. To counter this, the "Soft Matter Dynamics" project aims to study the coarsening and bubbles' rearrangement of wet foams in microgravity in the international space station (ISS). My involvement in this project consisted in the realisation of cell filling and cleaning protocols in collaboration with Airbus, the creation of a program for the automatisation of the bubbles' size measurement and the participation in a test campaign on the foam generation system.

Les mousses d’émulsions sont des systèmes complexes de bulles d’air et de gouttes d’huile dans l’eau. Ils sont omniprésents dans la vie de tous les jours mais leur stabilité n’est encore pas parfaitement comprise. L’objet de cette thèse expérimentale est de caractériser les propriétés rhéologiques et de comprendre les mécanismes de vieillissement de tels matériaux. Dans une première partie, j’étudie l’élasticité d’émulsions attractives dans lesquelles ont vient inclure des bulles d’air. Mes résultats montrent que si les bulles d’air sont plus rigides que l’émulsion (haute pression de Laplace), les inclusions ont pour effet le renforcement de la matrice élastique et ce phénomène peut être décrit par des modèles micromécanique. Toutefois, si les bulles sont trop petites, les prédictions ne fonctionnent plus et la restructuration des bulles et des gouttes a pour effet d’augmenter davantage le module élastique. Dans une seconde partie, j’étudie la déstabilisation de ce même système modèle par la gravité menant des études systématiques du crémage de l’émulsion et du drainage dans la mousse. J’ai monté une expérience permettant de quantifier temporellement les fractions liquides des trois fluides que sont l’huile, l’eau et l’air et décelé trois régimes dans le drainage des mousses d’émulsions. Dans un troisième temps, j’étudie le mûrissement dans les fluides visqueux dans un cas de figure modèle où la perméabilité des films et la diffusion du gaz sont négligeables afin de mettre en évidence à la fois théoriquement et expérimentalement des temps caractéristiques de relaxation des bulles en fonction de la rhéologie de la phase continue. Ces travaux de thèses permettraient de pouvoir fabriquer des mousses très stables ou des émulsions moussées plus légères et plus rigides. / Foamed emulsions are complex systems composed of air bubbles and oil droplets in water. They are ubiquitous in our daily life but their stability is still poorly understood. The aim of this experimental thesis is to characterize the rheological properties and to understand the mechanisms of ageing of such materials. In the first part, I study the elasticity of attractive emulsions in which air bubbles are included. Our results show that if the air bubbles are slightly stiffer than the emulsion (high Laplace pressure), one can observe a volume fraction dependent reinforcement of the elastic matrix that can be fully described by micromechanical models. However, below a certain size, the predictions don’t work anymore and air bubbles can restructure the emulsion and further increase its elastic modulus. In the second part, I study the gravity driven destabilization of the same system through systematic experiments of emulsion creaming and drainage of the foam. I set up an experiment to quantify the evolution of the three fluid fractions (oil, water and air). I show the existence of three drainage regimes with foamed emulsions. Thirdly, I study bubble coarsening in viscous fluids using a model experiment where the permeability of the films and the diffusion of the gas can be neglected. Combining theoretical predictions and experiments, I estimate the characteristic relaxation times that are due to the rheology of the continuous phase. These results could give insights for manufacturing new materials such as very stable foams or light and rigid foamed emulsions.

La méthylation de l'ADN génomique est l'un des principaux mécanismes épigénétiques qui conduisent à des changements stables et héréditaires de l'expression des gènes sans que cela s’accompagne de la modification de la séquence d'ADN sous-jacente. Elle fait référence à l'addition d'un groupement méthyl sur le carbone 5 des cytosines (5meC). Ces dernières années, l’étude des mécanismes régulant la mise en place et le maintien de de cette méthylation est devenu un thème de recherche importante, en raison de son rôle essentiel dans la régulation du fonctionnement du génome des plantes et des mammifères. La distribution des 5meC sur l’ensemble du génome d’un organisme, encore appelé méthylome, peut être déterminée par différentes méthodes dont le séquençage de l’ADN génomique après traitement au bisulfite de sodium (WGBS ou méthyl C séq). Chez les végétaux, la méthylation de l’ADN peut se produire dans tous les contextes de séquence incluant les motifs symétriques CG et CHG et le contexte dissymétrique CHH (H pouvant être A, T ou C). En fonction du contexte de séquence, la méthylation des cytosines est mise en place et maintenue par trois types différents d'ADN méthyltransférase. [ ] Chez la plante-modèle Arabidopsis, la déméthylation active de l'ADN joue un rôle essentiel dans l'empreinte maternelle et la déméthylation l’ADN génomique lors du développement de l’albumen, mais elles ne semblent pas jouer de rôle essentiel pendant le développement de la plante chez cette espèce. La méthylation de l’ADN génomique peut aussi être perdue après la réplication de l’ADN, lorsque les mécanismes devant assurer son maintien ne sont pas actifs. On parle alors de déméthylation passive de l’ADN génomique. [ ] En conclusion, les observations présentées dans ce travail fournissent un cadre de travail permettant d’analyser les mécanismes moléculaires responsables de la déméthylation de l'ADN se produisant pendant la maturation des fruits de tomate. Ici, nous présentons une analyse complète des conséquences d’une réduction de l’expression du gène de SlDML2 sur le trancriptome et le métabolome des fruits, tout au long de leur développement. La corrélation entre les profils d’expression de gènes réalisées lors de ce travail ( variété WVA106) et les changements de la distribution de la méthylation de l’ADN telles que décrites chez la variété Ailsa craig montre qu’en plus d'un rôle général dans la régulation des gènes directement impliqués dans plusieurs voies métaboliques, plusieurs gènes codant pour des facteurs de transcription ainsi que des régulateurs épigénétiques sont également susceptibles d'être directement contrôlés par la méthylation de leur région promotrice. Cependant, nous ne pouvions pas établir une relation stricte entre la diminution de la méthylation de l'ADN et l'induction de l'expression des gènes, car de nombreux gènes présentant une diminution du niveau de méthylation de l'ADN dans leur région promotrice pendant la maturation des fruits sauvages correspondent à des gènes normalement réprimés. Ceci suggère que la méthylation active de l'ADN serait nécessaire à leur répression pendant le processus de maturation. Ainsi la relation entre la déméthylation de l'ADN et l'expression des gènes pourrait être plus complexe et ne se limiterait pas à la simple hypothèse de départ de ce travail: la déméthylation de l'ADN est nécessaire à l'expression de gènes induits au cours de la maturation. La déméthylation active de l'ADN pourrait également être nécessaire à la répression de gènes exprimés uniquement lors des phases précoces du développement des fruits et réprimés lors du murissement. / DNA methylation is one of the epigenetic mechanisms that lead to stable and heritable changes in gene expression without alteration on DNA sequence. DNA methylation refers to the addition of a methyl group to the fifth position of the cytosine ring. In recent years, DNA methylation is becoming more and more widely studied, because of its importance in mammals and plants. Methylated cytosines distribution can be determined across the genome at single-nucleotide resolution, that is methylome, using whole genome bisulfite-sequencing (BS-seq) approaches. [ ] Solanum lycopersicum (tomato) is an important agronomic crop and the main model to study the development and ripening process of climacteric fleshy fruit. Recent studies have now shown that the development and ripening of fleshy fruits relies on the establishment and maintenance of differential transcription patterns and complex regulatory pathways that involve both genetic and hormonal controls are operating at these developmental phases. However, it appears that a full understanding of fruit development and ripening will not be achieved based only on genetic models as suggested by recent studies, which showing an important decrease in global methylation level and demethylation at specific promoters during fruit ripening. [ ] In conclusion, the observations presented in this work provide a framework for analysis of the molecular mechanism of DNA demethylation during fruit ripening of tomato. Here, we provide a comprehensive analysis of the knock down SlDML2 on the trancriptome, metaoblom and DNA methylation in the promoter analysis. The large transcriptional reprogramming that occured in mutant during fruit ripeing was correlated alterations in DNA methylation. Here we highlight the central role of active DNA demethylation during tomato fruit ripening. In addition to a general role in the regulation of genes directly involved in several metabolic pathways, we also found that several transcription factors as well as epigenetic regulators are also likely under direct methylation control. However, we could not establish a district relationship between DNA reduction of DNA methylation and induction of gene expression, as not all DEGs containing a type-a DMRs (decreased DNA methylation during fruit ripening) do not correspond to genes normally induced in WT and repressed in transgenic plants. Some were corresponding to an opposite situation and in a few cases more complex methylation pattern (several DMRs) were also found. Indeed these conclusions are based on methylation analysis obtained in another variety. They might however reflect the situation of WVA106 fruits, although some variations are expectable when the methylome of DML RNAi fruits will be analyzed. Hence the relationship between DNA demethylation and gene expression might be more complex than expected, and not limited to the starting hypothesis of this work: DNA demethylation is an absolute requirement for the expression of critical ripening induced genes. This is indeed clearly in this study, but the analysis presented here also suggest that DNA demethylation might also be necessary for the repression of several genes as well. In addition, from the rencent study in Arabidopsis, ROS1 were found preferentially targets transposable elements (TEs) which are closer to protein coding genes and intergenic regions, which suggesting that ROS1 may prevent DNA methylation spreading from TEs to nearby genes. While in tomato, as our analysis, we found the methylation level of promoter of a number of genes was altered during fruit ripening, therefore, through methylome analysis, we will also get the preference of DNA methylation on TE, this analysis will give us idea that demethylation in fleshy fruit may has other distinct function as it is in Arabidopsis.

Les mousses liquides sont très utilisées dans l'industrie comme dans la vie quotidienne. Cependant, leur stabilité n'est ni complètement comprise ni complètement maîtrisée, la formulation étant essentiellement empirique. Il est donc difficile d'une part de prédire la capacité d'une solution de tensioactifs à générer des mousses et d'autre part de prédire et de contrôler leur déstabilisation. Ce travail de thèse propose des expériences conceptuellement simples qui s'appuient sur le caractère multi-échelle des mousses pour tenter d'établir des liens clairs entre physico-chimie et mécanismes de déstabilisation. Dans un premier temps, nous avons revisité une expérience d'entraînement de films liquides sur un cadre pour illustrer la stabilité des films lors de la génération des mousses ou pendant un réarrangement (processus T1). Nous avons mis en lumière l’existence de deux régimes. Un régime dit non confiné, pour lequel la stabilité des films et réduite et dépend de la physico-chimie. Un régime dit confiné pour lequel le rôle de la physico-chimie est limité et la stabilité est majoritairement contrôlée par l’hydrodynamique.Dans un second temps nous nous sommes intéressés à l'influence de la physico-chimie et de la fraction liquide sur la compétition entre coalescence et mûrissement grâce à l'étude d'une unique couche de bulles (mousse 2D). Nous proposons une méthode de mesure in situ de la perméabilité des films par l'étude simple et rapide du régime transitoire du mûrissement de mousses 2D. Nous avons observé une corrélation entre coefficient de diffusion du gaz contenu dans les bulles et perméabilité.Enfin nous décrivons les résultats d’une expérience spatiale sur le vieillissement à temps long des mousses humides (fraction liquide supérieure à 30% en volume), extrêmement difficile sur Terre à cause du drainage gravitaire, et à laquelle nous avons participé. / Liquid foams are widely used in industry and in everyday life. However, their stability is not fully understood or fully controlled, their formulation being essentially empirical. It is therefore difficult to predict the ability of a surfactant solution to generate foam and to control their destabilization. This thesis proposes simple experiments that rely on the multi-scale nature of foams in order to attempt to establish clear links between physical chemistry and stability.First of all, we revisited an experiment of liquid films entrainment to illustrate the stability of foam films during generation or rearrangement (T1 process). We have shown the existence of two regimes: (i) a unconfined regime, for which the stability of films is reduced and depends on physical chemistry and (ii) a confined regime for which the role of physical chemistry stability is limited and is mainly controlled by hydrodynamics.Secondly, we investigated the influence of physical chemical and liquid fraction on the competition between coalescence and coarsening thanks to the study of a single layer of bubbles (2D foam). We propose a method for in situ measurement of the permeability of films by simple and fast study of the transient regime of coarsening in 2D foam. We observed a correlation between diffusion coefficient of gas and permeability.Finally we describe the results of a space experiment on wet foam aging at large times (volume liquid fraction higher than 30%), extremely difficult on Earth because of gravity drainage, and to which we participated.

La connaissance des réservoirs géologiques et de leur évolution est cruciale pour toutes les applications les mettant en jeu (prospection/extraction de pétrole ou de gaz, stockage de gaz ou de déchets, réhabilitation de sites industriels, dépollution des sols et des nappes phréatiques). La complexité des phénomènes couplés de réaction chimique et transport, la non-linéarité des équations en découlant et la diversité des échelles d'observation (en espace et en temps) amènent à avoir recours à la modélisation. Lors des injections de gaz acides dans des structures géologiques potentiellement capables de les stocker, les minéraux présents primaires) les plus réactifs se dissolvent, du fait de l'acidification de l'eau en place. En conséquence, le fluide se charge en éléments issus de ces réactions jusqu'à atteindre un état de sursaturation par rapport à d'autres minéraux primaires, mais aussi par rapport à des minéraux jusque là absents de l'assemblage (secondaires) qui peut les amener à précipiter. Dans ces configurations, la justesse des prédictions du comportement du système, qui permettent de s'assurer de la pérennité du stockage du gaz et de se prémunir contre les risques mécaniques éventuels, va dépendre de l'aptitude du programme à bien choisir les solides qui précipitent et à connaître précisément à la fois les cinétiques de croissance des minéraux primaires et les cinétiques de formation des minéraux secondaires.<br />Dans le code ARCHIMEDE (développé à l'E.N.S.M-S.E, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, en collaboration avec l'I.F.P, Institut Français du Pétrole), seule la partie géochimie est concernée. Outre quelques difficultés qui empêchaient de traiter les variations de volume occasionnées par les réactions et que nous nous sommes efforcés de résoudre en reprenant l'ensemble du programme, l'objectif principal de ce travail de thèse a été la conception et l'implémentation d'un modèle de germination/mûrissement/croissance pour les minéraux secondaires.<br />Notre démarche a consisté à analyser précisément l'apparition de nouveaux minéraux dans des assemblages naturels d'où ils sont absents initialement. Quelques simulations numériques ont permis de montrer les limites inhérentes à la représentation, inadaptée, de la précipitation de ce genre de minéraux par croissance cristalline. La mise en avant de ces faiblesses a défini alors le cadre pour un nouveau modèle de précipitation propre aux minéraux secondaires. Une étude détaillée de la phase de germination, à savoir l'apparition des premiers cristaux d'un minéral, a conduit à la construction d'un modèle pour sa cinétique. Par suite, la mise en compétition du processus de germination avec celui de croissance, destiné à prendre plus tard le relais de la production de volume du nouveau solide, a nécessité la prise en charge de cristaux de tailles variées et le recours au mûrissement d'Ostwald, via un calcul parallèle. Il en a résulté un algorithme élaboré pour gérer, pour chaque minéral secondaire, la phase initiale de germination/mûrissement et ensuite le passage à la phase de croissance cristalline. La sensibilité de ce nouveau modèle complet de germination/mûrissement/croissance vis-à-vis des différents paramètres qui le composent a pu être analysée moyennant de nouvelles simulations numériques. Son comportement, en terme d'acuité des prédictions, a également pu être mis à l'épreuve et finalement jugé satisfaisant.

Dans ce travail, différent systèmes ont été étudiés par des méthodes de microscopie électronique en transmission (TEM) : nanoparticules (NPs) de Pt sur du carbone amorphe, boîtes quantiques (QDs) de Ge, l'incorporation du Mn dans les QDs de Ge and des nanocolonnes (NCs) GeMn dans une matrice de Ge pure ou de GeSn. Le mûrissement de NPs de Pt sur un film de carbone amorphe a été étudié par TEM haute résolution (HRTEM) après des recuits à des températures comprises entre 200 °C et 300 °C pour des durées allant jusqu'à 160 h. Une augmentation significative de la taille moyenne des particules est observé en augmentation la durée du recuit pour toutes les températures étudiées. Une expérience de recuit in-situ a révélée deux étapes de mûrissement. La première est dominée par le mûrissement de Smoluchowski tandis que la seconde est dominée par le mûrissement d'Oswald de surface. La dépendance de type Arrhenius du coefficient de transport de masse de surface donne une énergie d'activation de Ed = 0.84 ± 0.08 eV/atome pour la diffusion des atomes de Pt sur un substrat de carbone amorphe. Des méthodes de TEM avancée ont été utilisé pour déterminer directement des profiles de concentration à l'échelle atomique et grand champ de vue par corrélation de signaux de champ sombre annulaire à grand angle (HAADF) et de spectroscopie de perte d'énergie d'électron (EELS). Cette méthode a été appliquée à l'étude de la concentration de Ge à l'échelle atomique dans le system SiGe. Le profile de concentration le long de la direction de croissance est expliqué par la ségrégation de surface des atomes de Ge pendant la croissance avec un modèle d'échange à deux états. L'incorporation de Mn dans les boîtes de Ge a été effectuée par croissance par jets moléculaire (MBE) de GeMn. Des précipités de SiMn sont formés pour des températures de croissance de 380 °C. La diminution de la température de croissance à 220 °C permet de limiter la ségrégation latérale de Mn et d'incorporer le Mn dans les QDs de Ge. Les compositions chimiques absolues obtenues par STEM-EELS prouvent que la densité atomique totale dans les NCs de GeMn est presque deux fois supérieure par rapport à la matrice de Ge. Des études structurales par HRTEM montrent les NCs cristallines sont très désordonnées. Les observations expérimentales peuvent être modélisées par une structure de phase α modifié, si des variants sont introduits pour annuler des réflexions de Bragg et des atomes de Ge sont substitués par des atomes de Mn. Les propriétés structurales et magnétiques de films GeSnMn croît par MBE à basse température (LTMBE) ont été étudiées. De manière similaire aux films GeMn, les atomes de Mn diffusent pendant la croissance et s'agrègent pour former des NCs de quelques nanomètres de diamètre, alignées verticalement et riche en Mn. Les observations TEM en vue plane montrent clairement que l'incorporation de Sn n'est pas homogène avec des concentrations en Sn dans les NCs inférieures à la limite de détection de l'EELS. La matrice présente une solution solide tandis qu'une coquille riche en Sn est formée autour des NCs de GeMn. La magnétisation dans les couches de GeSnMn est plus élevée que dans celles de GeMn. L'augmentation du moment magnétique dans les couches de GeSnMn est probablement due à la modification de la structure électronique des atomes de Mn in the NCs par la coquille de Sn.

Dans ce travail, différent systèmes ont été étudiés par des méthodes de microscopie électronique en transmission (TEM) : nanoparticules (NPs) de Pt sur du carbone amorphe, boîtes quantiques (QDs) de Ge, l'incorporation du Mn dans les QDs de Ge and des nanocolonnes (NCs) GeMn dans une matrice de Ge pure ou de GeSn. Le mûrissement de NPs de Pt sur un film de carbone amorphe a été étudié par TEM haute résolution (HRTEM) après des recuits à des températures comprises entre 200 °C et 300 °C pour des durées allant jusqu'à 160 h. Une augmentation significative de la taille moyenne des particules est observé en augmentation la durée du recuit pour toutes les températures étudiées. Une expérience de recuit in-situ a révélée deux étapes de mûrissement. La première est dominée par le mûrissement de Smoluchowski tandis que la seconde est dominée par le mûrissement d'Oswald de surface. La dépendance de type Arrhenius du coefficient de transport de masse de surface donne une énergie d'activation de Ed = 0.84 ± 0.08 eV/atome pour la diffusion des atomes de Pt sur un substrat de carbone amorphe. Des méthodes de TEM avancée ont été utilisé pour déterminer directement des profiles de concentration à l'échelle atomique et grand champ de vue par corrélation de signaux de champ sombre annulaire à grand angle (HAADF) et de spectroscopie de perte d'énergie d'électron (EELS). Cette méthode a été appliquée à l'étude de la concentration de Ge à l'échelle atomique dans le system SiGe. Le profile de concentration le long de la direction de croissance est expliqué par la ségrégation de surface des atomes de Ge pendant la croissance avec un modèle d'échange à deux états. L'incorporation de Mn dans les boîtes de Ge a été effectuée par croissance par jets moléculaire (MBE) de GeMn. Des précipités de SiMn sont formés pour des températures de croissance de 380 °C. La diminution de la température de croissance à 220 °C permet de limiter la ségrégation latérale de Mn et d'incorporer le Mn dans les QDs de Ge. Les compositions chimiques absolues obtenues par STEM-EELS prouvent que la densité atomique totale dans les NCs de GeMn est presque deux fois supérieure par rapport à la matrice de Ge. Des études structurales par HRTEM montrent les NCs cristallines sont très désordonnées. Les observations expérimentales peuvent être modélisées par une structure de phase α modifié, si des variants sont introduits pour annuler des réflexions de Bragg et des atomes de Ge sont substitués par des atomes de Mn. Les propriétés structurales et magnétiques de films GeSnMn croît par MBE à basse température (LTMBE) ont été étudiées. De manière similaire aux films GeMn, les atomes de Mn diffusent pendant la croissance et s'agrègent pour former des NCs de quelques nanomètres de diamètre, alignées verticalement et riche en Mn. Les observations TEM en vue plane montrent clairement que l'incorporation de Sn n'est pas homogène avec des concentrations en Sn dans les NCs inférieures à la limite de détection de l'EELS. La matrice présente une solution solide tandis qu'une coquille riche en Sn est formée autour des NCs de GeMn. La magnétisation dans les couches de GeSnMn est plus élevée que dans celles de GeMn. L'augmentation du moment magnétique dans les couches de GeSnMn est probablement due à la modification de la structure électronique des atomes de Mn in the NCs par la coquille de Sn. / In this work, different system have been studied using transmission electron microscopy (TEM) methods: Pt nanoparticles (NPs) on amorphous carbon, Ge quantum dots (QDs), Mn incorporation in Ge QDs and GeMn nanocolumns (NCs) embedded in Ge or GeSn matrix. The coarsening of Pt NPs on amorphous carbon film was studied by high resolution TEM (HRTEM) after annealing at temperatures between 200°C and 300°C for periods of up to 160 hours. A significant increase of the average particle size is observed with increasing annealing time for all investigated temperatures. An in-situ annealing experiment reveals two coarsening stages. The first coarsening stage is dominated by Smoluchowski ripening whereas the second coarsening stage is dominated by surface Ostwald ripening. The Arrhenius-type dependence of the derived surface mass-transport coefficients yields an activation energy Ed = 0.84 ± 0.08 eV/atom for the surface diffusion of Pt atoms on an amorphous carbon substrate. Advanced TEM methods have be used to obtain direct determination of composition profiles with atomic resolution and large field of view by correlation of high angle annular dark field (HAADF) and electron energy loss spectroscopy (EELS) signals. This method was used to obtain a direct and precise quantification of Ge concentration at the atomic level for the SiGe system. The Ge concentration profile along the growth direction was explained by Ge surface segregation during the growth with a two-state exchange model. The incorporation of Mn in Ge QDs have been performed by molecular beam epitaxy (MBE) growth of GeMn. At growth temperature of 380°C, SiMn precipitates are formed. Lowering the growth temperature at 220°C allows limiting the lateral segregation of Mn in Ge and incorporating Mn in Ge QDs. Absolute chemical composition by STEM-EELS evidenced that the total atomic density in Ge(Mn) NCs is almost two times higher than in the Ge matrix. Structural analysis by HRTEM shows that the crystalline NCs exhibit a high degree of disorder. Experimental observation can be model with a modified α-phase structure if variants are introduced to cancel reflexions and Ge atoms are substituted by Mn atoms. The structural and magnetic properties of GeSnMn films grown on Ge(001) by low temperature MBE (LTMBE) have been studied. Like in Ge(Mn) films, Mn atoms diffuse during the growth and aggregate into vertically aligned Mn-rich NCs of a few nanometers in diameter. TEM observations in plane view clearly indicate that the Sn incorporation is not uniform with concentration in Mn rich vertical NCs lower than the EELS detection limit. The matrix exhibits a GeSn solid solution while there is a Sn-rich GeSn shell around GeMn NCs. The magnetization in GeSnMn layers is higher than in GeMn films. This magnetic moment enhancement in GeSnMn is probably related to the modification of the electronic structure of Mn atoms in the NCs by the Sn-rich shell, which is formed around the NCs.

Nous étudions expérimentalement différentes configurations du transport de particules solide dans le réseau de canaux fluides (bords de Plateau) d’une mousse liquide. Dans un premier temps, la perméabilité de la mousse est mesurée à l’échelle d’un canal fluide puis de l’ensemble du réseau de canaux pour deux solutions moussantes conférant des mobilités interfaciales significativement différentes. Un modèle d’écoulement, basé sur une description fine de la géométrie des canaux de la mousse ainsi que sur un nombre de Boussinesq constant pour une solution donnée, permet de rendre compte de tous les résultats expérimentaux sur une large gamme de fraction volumique de liquide. Dans un second temps nous mesurons, à l’échelle d’un canal fluide, la vitesse d’une particule convectée par le liquide pour différents rapports d’aspect particule / canal. Pour des petits rapports d’aspects, nous mesurons des vitesses de particules anormalement faibles. Ces mesures nous permettent de mettre en évidence des contre-écoulement à la jonction du bord de Plateau et des films. Pour expliquer cet effet, nous proposons un modèle de recirculation du tensioactif faisant intervenir l’élasticité de Gibbs. Nous abordons ensuite le cas d’une particule piégée dans le réseau de canaux de la mousse. Nous abordons ensuite le cas d’une particule piégée dans le réseau de canaux de la mousse. Nous montrons que le seuil de rétention de la particule est déterminé par l’équilibre des forces hydrodynamique et capillaire. Finalement, le cas du colmatage d’un nœud de mousse est abordé / We study experimentally different particle transport configurations in fluid microchannels network (Plateau borders) of aqueous foams. At first, foams permeability is measured at the scale of a single channel and of the whole foam network for two soap solutions known for their significant different interface mobility. Experimental data are well described by a model that takes into account the real geometry of the foam and by considering a constant value of the Boussinesq number for each soap solutions. Secondly, the velocity of one particle convected in a single foam channel is measured for different particle / channel aspect ratio. For small aspect ratio, counterflows that are taking place at the channel’s corners slow down the particle. A recirculation model in the channel foam films is developed to describe this effect. To do this, the Gibbs elasticity is introduced. Then, the threshold between trapped and released of one particle in liquid foam are carried out. This threshold is deduced from hydrodynamic and capillary forces equilibrium. Finally, the case of a clog foam node is adressed

Nous étudions expérimentalement différentes configurations du transport de particules solide dans le réseau de canaux fluides (bords de Plateau) d'une mousse liquide. Dans un premier temps, la perméabilité de la mousse est mesurée à l'échelle d'un canal fluide puis de l'ensemble du réseau de canaux pour deux solutions moussantes conférant des mobilités interfaciales significativement différentes. Un modèle d'écoulement, basé sur une description fine de la géométrie des canaux de la mousse ainsi que sur un nombre de Boussinesq constant pour une solution donnée, permet de rendre compte de tous les résultats expérimentaux sur une large gamme de fraction volumique de liquide. Dans un second temps nous mesurons, à l'échelle d'un canal fluide, la vitesse d'une particule convectée par le liquide pour différents rapports d'aspect particule / canal. Pour des petits rapports d'aspects, nous mesurons des vitesses de particules anormalement faibles. Ces mesures nous permettent de mettre en évidence des contre-écoulement à la jonction du bord de Plateau et des films. Pour expliquer cet effet, nous proposons un modèle de recirculation du tensioactif faisant intervenir l'élasticité de Gibbs. Nous abordons ensuite le cas d'une particule piégée dans le réseau de canaux de la mousse. Nous abordons ensuite le cas d'une particule piégée dans le réseau de canaux de la mousse. Nous montrons que le seuil de rétention de la particule est déterminé par l'équilibre des forces hydrodynamique et capillaire. Finalement, le cas du colmatage d'un nœud de mousse est abordé