This work focused on the design of functional capsules made of chemically modified polysaccharides. The layer-by-layer capsules have attracted great interest due to their Indeed, as an advanced multifunctionality which can be advantageously used for pharmaceutical and biomedical applications. Polysaccharides, which are generally biocompatible and biodegradable, are very attractive materials for the construction of bio-related multilayer systems. Considering the intrinsic antibacterial properties of chitosan (CHI), this polysaccharide was selected and quaternized to prepare in physiological conditions contact-killing capsules by combination with hyaluronic acid (HA). The relationship between the antibacterial activity of the quaternized chitosan derivatives (QCHI) and that of QCHI-based capsules was investigated. Then, in order to encapsulate small hydrophobic drugs within the wall of capsules, alkylated derivatives of HA were used as the negatively charged partner of QCHI for the capsules formation. The encapsulation of the hydrophobic dye, nile red (NR), in the hydrophobic shell of capsules was determined. At last, to release the payload under mild conditions was studied by synthesizing rapidly degradable capsules composed of hydrolysable cationic dextran derivatives and HA. The degradation of the layer-by-layer assemblies, both multilayer films and microcapsules is discussed. / Ce travail de thèse porte sur la conception de capsules fonctionnelles à base de polysaccharides chimiquement modifiés. Les capsules couche par couche connaissent actuellement un essor important lié à leur multifonctionnalité pouvant être avantageusement mise à profit dans les domaines pharmaceutique et biomédical. Les polysaccharides, généralement biocompatibles et biodégradables, constituent des matériaux de choix pour la construction de systèmes multicouches. Compte tenu des propriétés antibactériennes intrinsèques du chitosane (CHI), ce polysaccharide a été choisi puis quaternisé afin de préparer dans des conditions physiologiques des capsules par complexation avec l'acide hyaluronique (HA), capables de tuer les bactéries par simple contact. La relation entre l'activité antibactérienne des dérivés quaternisés du chitosane (QCHI) et celle des capsules préparées à partir de QCHI a été étudiée. En outre, afin d'encapsuler des médicaments hydrophobes dans la paroi des capsules, des dérivés alkylés du HA ont été utilisés en tant que partenaire chargé négativement du QCHI pour la formation des capsules. L'encapsulation d'une sonde fluorescente hydrophobe, le nile rouge (NR), dans le réservoir hydrophobe des capsules a été réalisée avec succès. Enfin, pour libérer des médicaments encapsulés dans des capsules dans des conditions douces, des capsules rapidement dégradables comprenant des dérivés cationiques hydrolysables du dextrane et de HA ont été préparées. La dégradation des assemblages couches par multicouches a été analysée par différentes approches à la fois à partir de capsules et de films plans.

En électronique de spin, le couple de transfert de spin (STT) et la magnétorésistance tunnel (TMR) dans les jonctions tunnel magnétiques à électrodes ferromagnétiques (F) sont deux phénomènes physiques essentiels. Dans cette thèse, nous présentons une étude théorique du STT dans des jonctions tunnel antiferromagnétiques (AF), où deux électrodes non-plus F mais AF sont séparées par une barrière isolante non-magnétique. Plus concrètement, les comportements du STT et de la TMR sont étudiés dans des jonctions tunnel AF cristallines, et ce, à l´aide de calculs de liaisons fortes dans le cadre du formalisme de Keldysh. Nous avons observé une distribution spatiale de la composante perpendiculaire du STT régulière et de signe alternatif, ce qui est similaire au comportement de la composante parallèle. Ces variations spatiales de la composante perpendiculaire sont cependant spécifiques à l'utilisation d'une barrière tunnel et contrastent avec les effets observés par le passé pour le cas de couches séparatrices métalliques. De plus, contrairement aux jonctions tunnel F conventionnelles, nous avons montré que la TMR peut augmenter avec la tension appliquée et atteindre des valeurs du même ordre de grandeur que pour des vannes de spin usuelles : tout-métallique et à électrodes F.L´analyse effectuée pour des AF est ensuite étendue aux matériaux ferrimagnétiques (FI), pour lesquels les AF constituent, somme toute, des cas limites. La complexité magnétique additionnelle inhérente aux FI se traduit par un comportement spatial du STT beaucoup plus riche dans les jonctions tunnel FI. Nous observons notamment que les paramètres électroniques tels que les largeurs et les décalages de bandes ont une très forte influence sur le STT. Plus particulièrement, la différence entre les couplages d'échange inter-spin locaux des deux sous-réseaux du FI donne lieu à une distribution spatiale du STT ondulatoire qui est modulée par la densité locale de spin. Il est possible d'ajuster cet effet en jouant sur la tension appliquée aux bornes de la jonction tunnel FI. Nous trouvons de plus que la différence entre les couplages d'échange inter-spin locaux constitue un paramètre fondamental pour la quantification des longueurs caractéristiques du STT dans les FIs. Ce paramètre peut être considéré comme un champ d´échange effectif, par similitude avec le cas usuel des Fs qui présentent un champ d´échange homogène.Pour finir, nous avons sondé expérimentalement les longueurs caractéristiques du STT dans des AFs. Pour de l'Ir20Mn80 et du Fe50Mn50, nous avons déterminé les longueurs de pénétration de spin et les mécanismes d'absorption de courants de spin à température ambiante en utilisant la résonance F et le pompage de spin. Plus précisément, nous avons associé les profondeurs de pénétration critiques à deux mécanismes d'absorption distincts: du déphasage pour l´Ir20Mn80 et du retournement de spin pour le Fe50Mn50. / Spin transfer torque (STT) and tunnelling magnetoresistance (TMR) in magnetic tunnel junctions with ferromagnetic (F) leads are two essential underlying phenomena of modern spintronics. We present here a theoretical study of STT in antiferromagnet (AF) based tunnel junctions, where two AF metal electrodes are separated by a thin nonmagnetic insulating barrier. In particular, the behaviour of STT and TMR in epitaxial AF-based tunnel junctions is investigated using tight binding calculations in the framework of the Keldysh formalism. The spatial distribution of the STT out-of-plane component is found to be staggered, similar to the in-plane component. This behaviour is specific to the use of a tunnel barrier and significantly differs from the out-of-plane torques reported in previous works using a metallic spacer. Additionally, we show that unlike conventional ferromagnetic-based tunnel junctions, the TMR can increase with applied bias and reach values comparable to typical magnetoresistances found for usual spin valves.Next, the analysis carried out for AFs is extended to ferrimagnets (FI), for which AFs constitute simpler limiting cases. The additional magnetic complexity inherent to FI materials yields to a richer physics concerning the STT spatial behaviour in FI based tunnel junctions.Electronic structure parameters such as band widths and exchange splittings of the FI are shown to have a strong influence on STT. In particular, the STT spatial distribution within the leads exhibits a striking spin-modulated wave-like behaviour resulting from the interplay between the exchange splittings of the two FI sublattices. This wave-like behaviour can also be tuned via the applied voltage across the junction. Furthermore, the fundamental intrinsic parameter for quantifying STT characteristic lengths in FI metals is identified. This fundamental parameter can be considered as an effective exchange field in FIs, similar to the homogeneous exchange field in the F case.Finally, the STT characteristic lengths in AF materials are investigated experimentally. Here, room temperature critical depths and absorption mechanisms of spin currents in Ir20Mn80 and Fe50Mn50 are determined by F-resonance and spin pumping. In particular, room temperature critical depths are observed to be originated from different absorption mechanisms: dephasing for Ir20Mn80 and spin flipping for Fe50Mn50.

Dans les centrales solaires à concentration, le flux solaire est concentré sur des récepteurs pour chauffer un fluide de transfert jusqu’à 600°C. Dans le but d’améliorer leurs propriétés optiques, ces récepteurs peuvent être recouverts par des revêtements multicouches à sélectivité spectrale. Ces travaux portent sur le développement de structures optiquement sélectives innovantes, absorbantes dans le domaine du rayonnement visible et proche infrarouge (faible réflectivité) et peu émissives (forte réflectivité) pour le rayonnement infrarouge. Nous avons développé des empilements multicouches associant un métal réfractaire avec une céramique ce qui permet d’améliorer l’absorption dans le visible ainsi que la stabilité thermique. Les couches sont déposées par plasma combinant la PACVD et la PVD. L’étude de faisabilité du procédé transférable à l’industrie, son développement et son optimisation via la conception d’un réacteur innovant, le dépôt et la caractérisation des couches, leur association dans des empilements optiquement sélectifs performants et l’étude de leur vieillissement ont été réalisés. / In concentrated solar power (CSP) plants, solar flux is concentrated on receivers to heat a transfer fluid up to 600°C. In order to improve their optical properties, these receivers can be covered by multilayered spectrally selective coatings. This work is devoted to designing and developing innovative spectrally selective structures showing strong absorption (low reflectivity) in the visible and near infrared range and low emissivity (high reflectivity) in the infrared range. We developed such stacks associating a refractory metal with high IR reflectivity and a ceramic which improves absorption in the visible range and thermal stability. The coatings were synthesized by plasma techniques, combining PACVD and PVD. Pre-industrial process feasibility, its development and optimization through the design of an innovative reactor, layer deposition and characterization, their combination in efficient optically selective stacks and the study of their aging have been achieved.

Le but de la thèse était de comprendre l’effet du confinement en épaisseur nanométrique sur lespropriétés d’un polymère amorphe au-dessus de sa transition vitreuse. Le confinement est inévitablement lié auxeffets de surface générant le confinement et on imagine immédiatement la difficulté qu’il y a à séparer les effetsde confinement et d’interfaces. Des films multi-nanocouches alternées de PS et PC obtenus par un procédéspécifique d’extrusion ont été choisis pour l’étude car l’effet du confinement comme celui des interfaces sontmultipliés et plus facilement détectable. En espérant que des techniques expérimentales soient plus sensibles àl’un des effets, nous avons plus particulièrement sélectionné la calorimétrie, la RMN, la spectroscopiediélectrique et la rhéologie dynamique en cisaillement. En RMN du solide, nous avons pu montrer que lamobilité des cycles phénoliques du PC augmente dans des films PC/PS en proportions respectives 70/30 pourdes températures supérieures à la température de transition vitreuse du PS. Cet effet peut être plutôt attribué àl’interface sachant que l’épaisseur des couches de PC est plus importante. Les essais de relaxation diélectriquemontre clairement un écart entre les réponses des films multi-couches et ceux pour les structures bi-composants.Ces résultats ont été confirmés par les écarts obtenus entre la réponse diélectrique simulée des films multi-couches obtenue à partir des réponses propres du PC et PS et celle mesurée. Ces résultats sont très prometteurs,mais demandent des études supplémentaires pour une analyse en profondeur. Connaissant le comportementrhéologique dynamique en cisaillement des matériaux PS et PC, celui des films multi-couches a été prédit. Ilapparait que le module élastique du PS augmente significativement lorsque l’épaisseur des couches de PSdescend en dessous d’un seuil plutôt élevée : 150 à 200 nm. En dessous de ce seuil, la transition vitreuse du PSmesurée par calorimétrie augmente également sensiblement. Aucune des modélisations proposées ne permetd’expliquer avec suffisamment de fidélité les résultats expérimentaux. / The aim of the thesis was to elucidate the effect of confinement of amorphous phase of apolymer above its glass transition temperature being in contact with another polymer in a rigid state.Confinement is unavoidably connected with surfaces enforcing confinement. It is very difficult to separate theeffect of confinement from the effect of interfaces because both effects arise parallel and coincide. Multilayeredfilms were chosen as the base material for the studies because they contain multifold number of confined layerand response from confinement and interfaces is multifold increased. Hoping that some of experimentaltechniques are more sensitive to interfaces while others to confinement we selected the following:microcalorimetry, SSNMR, direlectrical spectroscopy and dynamic shear rheology. We have searched for theinfluence of PS on dynamics of phenyl rings of PC for PC/PS film with ratio 70/30 in the temperature rangefrom 296 K to 393 K employing PILGRIM pulse sequence. .We show that above the glass transition temperatureof PS, the PC component became more flexible. It is at the first glance the effect of the interface because there isno significant confinement of thicker PC layers. Dielectric relaxation spectroscopy measurements in our studyclearly provide evidence for deviations from a simple 2-phase structure in multilayered films PC/PS that is worthto be analyzed more in the future. The dielectric response of the multilayer samples was also modeled andcompared with experimental results. We obtained again discrepancies between the simulated spectra and themeasured spectra for multilayer films. Knowing the exact composition and viscoelastic behaviour of eachcomponent, the theoretical viscoelastic behavior of composites has been predicted numerically. Then,rheological tests have been made, and confronted with numerical predictions, to detect the confinement effect.The upper limit of thickness beyond which PS in confined layers at rubbery state becomes stiffer than in bulk isabout 150/200 nm. It appeared that the shear modulus of the thinnest PS layers (10 nm) is nearly 2.5 times largerthan that for bulk PS sample. We can note that Tg of PS layers also begins to increase beyond this upper limit ofthickness.. None of the experiment could clearly deliver the information about the effect of confinement orinterface on the behavior of PS layers alone. The results obtained here point out that separation of the effects ofconfinement and interfaces remains very difficult.

L’assemblage couche-par-couche permet de fabriquer des films multimatériaux aux propriétés variées présentant une structure stratifiée. Ce travail décrit les études structurelles des films multicouches de polyélectrolytes à l’aide de mesures de diffusion de neutrons.L’effet du vieillissement des films a été déterminé par réflectométrie des neutrons. Nous avons observé un léger tassement des films après 5 ans et une forte expansion après 15 ans.Nous avons aussi montré que le substrat et l’air en surface ont une influence sur la structure des couches proches des extrémités des films, conduisant à une structure inhomogène perpendiculairement à la surface.Nous avons finalement étudié la conformation des chaînes de polyélectrolytes dans les films multicouches ; nous avons déterminé que les chaînes de PSS dans des films préparés par trempage ont une conformation en pelotes aplaties, contrairement aux chaînes de polyélectrolytes en solution qui présentent une conformation sphérique. / The Layer-by-Layer assembly allows the build-up of multimaterial films with various properties showing a stratified structure. This work describes the structural strudies of multilayer films of polyelectrolytes with neutron scattering measurements.Ageing effect on films was determined by neutron reflectometry. We observed a slight shrink of the films after 5 years and a strong expansion after 15 years.We also showed that the proximity of the substrate and the air at the surface have an influence on the structure of the layers at the extremities of the films, leading to an inhomogeneous structure perpendicularly to the surface.Finally, we studied the conformation of polyelectrolyte chains in the multilayer films ; we determined that PSS chains in dipped films have a flattened coil conformation, whereas the polyelectrolyte chains in solution have a spherical conformation.

La surface d'un matériau est le lieu privilégié des interactions entre le matériau et son environnement. La technique couche-par-couche, qui consiste en un dépôt alterné de polyanions et de polycations, ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine des biomatériaux pour le contrôle de ces interactions. La cohésion des films multicouches de polyélectrolytes est principalement assurée par des interactions électrostatiques mais a été étendue à d'autres forces motrices telles que les interactions hôte-invité. Nos travaux s’articulent autour de deux axes principaux. D’une part, nous nous sommes intéressés aux films multicouches de polymères neutres basés sur des interactions hôte-invité et en particulier à l'influence de la force du complexe d’inclusion b-cyclodextrine/ferrocène sur la topographie de ces films. La force de l’interaction hôte-invité a d’abord été modulée en associant différents invités (l’adamantane, le ferrocène et le pyrène) avec la β-cyclodextrine. La force du complexe b-cyclodextrine/ferrocène a été ensuite modulée par la présence de différents sels de sodium à différentes forces ioniques au cours de la construction du film. Une force d'interaction intermédiaire du complexe semble être nécessaire pour former des films continus, tandis que, si elle est trop faible, la force d'interaction limite la construction du film.D’autre part, motivé par le fait que la prévention des infections microbiennes des dispositifs médicaux implantables constitue un problème médical et financier majeur, nous avons développé de nouveaux revêtements antimicrobiens grâce à la technique couche-par-couche. Des films multicouches à base de polysaccharides contenant la cateslytine, un peptide antimicrobien, permettent l’inhibition en 24h du développement de Candida albicans et Staphylococcus aureus, qui sont des agents pathogènes communs et virulents rencontrés dans les maladies nosocomiales. La libération des peptides antimicrobiens est déclenchée par la dégradation enzymatique du film en présence des agents pathogènes. Le revêtement est ainsi qualifié d’auto-défensif. La non-cytotoxicité du film vis-à-vis des cellules humaines permet une application cliniquement pertinente pour prévenir les infections sur les cathéters. Des dimères à base de cateslytine de différentes longueurs et un dendrimère ont été synthétisés afin d'améliorer l'activité biologique du peptide d'origine, i.e. ses propriétés antimicrobiennes et antiinflammatoires. Afin d’élaborer des films antimicrobiens mécaniquement robustes, le polyuréthane (polymère entrant dans la composition des cathéters) a été fonctionnalisé par une couche de polydopamine qui peut ensuite réagir avec des groupements thiol ou amine, permettant la fixation covalente des films de polysaccharides antimicrobiens réticulés étape par étape. / The surface of a material is the privileged location, where the interactions between the material and its environment take place. In the field of biomaterials, the challenge is to control these interactions. A very versatile coating technique is the layer-by-layer deposition, which consists in the alternated deposition of polyanions and polycations. The cohesion of polyelectrolyte multilayer films is primarily ensured by electrostatic interactions but was extended to other driving forces such as host-guest interactions. Our work was constituted of two main parts.In the first part, the buildup of neutral polymer multilayer films based on host-guest interactions was studied and in particular the influence of β-cyclodextrin/ferrocene interaction strength on the topography of these films. The host-guest interaction strength was first modulated by involving different guests (adamantane, ferrocene and pyrene) in the buildup. Then, β -cyclodextrin/ferrocene interaction strength was tuned by the presence of different types and concentrations of salts during the multilayer buildup. Intermediate interaction strength seems to be required to form continuous films, whereas, if too low, the interaction strength limits the film buildup.In the second part, motivated by the fact that the prevention of pathogen colonization of implantable medical devices constitutes a major medical and financial issue, polyelectrolyte multilayers were used as tools to develop new antimicrobial coatings. Polysaccharide multilayer films containing cateslytin, an antimicrobial peptide, fully inhibited in 24h the development of Candida albicans and Staphylococcus aureus, which are common and virulent pathogens agents encountered in care-associated diseases. The release of the antimicrobial peptides was triggered by the enzymatic degradation of the film due to the pathogens themselves introducing the concept of self-defensive coating. The non-cytotoxicity of the film, towards human cells, highlights a medically relevant application to prevent infections on catheters. Different cateslytin based dimers with various lengths and one dendrimer were synthesized in order to improve the bioactivity of the original peptide, i.e. antimicrobial and anti-inflammatory properties. In order to obtain mechanically robust antimicrobial films, polyurethane (polymer that composes catheters) was functionalized with a polydopamine layer that can further react with thiol or amine groups, allowing the covalent attachment of step-by-step cross-linked antimicrobial polysaccharide films.

Dans ce travail, nous nous concentrons sur la caractérisation de l'environnement physico-chimique des éléments présents dans des multicouches à base de cobalt qui travaillent dans les domaines des rayons X mous et extrême ultra-violet (EUV). L'observation des modifications des interface des deux systèmes Co/Mo2C et Co/Mo2C/Y lors du recuit est important pour l'amélioration de leurs performance optique. Ils ont été étudiés en combinant des méthodes non destructives, spectroscopie d'émission des rayons X, résonance magnétique nucléaire, réflectométrie de rayons X et des méthodes destructrices, spectrrométrie de masse d'ions secondaires par temps de vol et la Microscopie électronique en transmission pour étudier leurs propriétés interfaciales. Ce travail vise non seulement à la conception et la fabrication de nouveaux éléments optiques pour faire face au développement des sources et des applications dans les demaines des rayons X mous et l'EUV, mais aussi à développer une méthodologie combinant des simulations et des expérimentations consacrée à l'analyse des interfaces dans structures multicouches afin d'améliorer leur propriétés optiques. / In this work, we focus on the characterization of physico-chemical environment of the element present in Co-based multilayers working in the soft x-ray and EUV ranges. The observation of interface changes of both systems Co/Mo2C and Co/Mo2C/Y upon annealing is important for improving their optical performance. They were studied by combining non-destructive methods, x-ray emission spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, x-ray reflectometry and destructive methods, time-of-flight secondary ions mass spectroscopy and transmission electron microscopy to investigate their interface properties. This work aims not only at designing and fabricating new optical elements to face the development of sources and applications in the EUV and soft x-ray ranges, but also at developing a methodology combining simulations and experiments devoted to the interface analysis in these multilayer structures in order to improve their optical properties.

L’utilisation des multicouches prend de plus en plus d’ampleur dans le domaine des sciences de l’ingénieur, tout d’abord dans l’industrie, et plus récemment de plus en plus en Génie Civil. Qu’il s’agisse de complexes mêlant des polymères, du bois ou du béton, des efforts importants sont nécessaires pour la modélisation fine de ce type de matériaux. En effet, des phénomènes induits par l’anisotropie et l’hétérogénéité sont associés à ces multi-matériaux : effets de bords, dilatations thermiques différentielles, délaminages/décollements ou non linéarités de type viscosité, endommagement, plasticité dans les couches ou aux interfaces. Parmi les modèles proposés dans la littérature, on trouve par exemple des modèles monocouche équivalente ou de type "Layerwise" (une cinématique par couche). Appartenant à cette deuxième catégorie, des modèles ont été développés depuis quelques années dans le laboratoire Navier et permettent une description suffisamment fine pour aborder les problématiques spécifiques citées plus haut tout en conservant un caractère opératoire certain. En introduisant des efforts d’interfaces comme des efforts généralisés du modèle, ces approches ont montré leur efficacité vis-à-vis de la représentation des détails au niveau inter- et intra-couches. Il est alors aisé de proposer des comportements et des critères d’interfaces et d’être efficace pour la modélisation du délaminage ou décollement, phénomène très présent dans les composites multicouches assemblés et collés. Par conséquent, un programme éléments finis MPFEAP a été développé dans le laboratoire Navier. Le modèle a également été introduit sous la forme d’un User Element dans ABAQUS, dans sa forme la plus simple (interfaces parfaites).Un nouveau model layerwise est proposé dans ce mémoire pour les plaques multicouches, appelé "Statically Compatible Layerwise Stresses with first-order membrane stress approximations per layer in thickness direction" SCLS1. Le modèle est conforme aux équations d’équilibre 3D ainsi qu’aux conditions aux limites de bord libre. En outre, une version raffinée du nouveau modèle est obtenu en introduisant plusieurs couches mathématiques par couche physique. Le nouveau modèle a été mis en œuvre dans une nouvelle version du code éléments finis MPFEAP.En parallèle, un programme d’éléments finis basé sur la théorie Bending-Gradient développée dans le laboratoire Navier est proposé ici. Le modèle est une nouvelle théorie de plaque épaisse chargée hors-plan où les inconnues statiques sont celles de la théorie Love-Kirchhoff, à laquelle six composantes sont ajoutées représentant le gradient du moment de flexion. La théorie Bending- Gradient est obtenue à partir de la théorie Generalized-Reissner: cette dernière implique quinze degrés de liberté cinématiques, huit d’entre eux étant lié uniquement à la déformation de Poisson hors-plan, et donc l’idée principale de la théorie de plaque Bending-Gradient est de simplifier la théorie Generalized-Reissner en réglant ces huit d.o.f. à zéro et de négliger la contribution de la contrainte normale σ33 dans l’équation constitutive du modèle de plaque. Un programme éléments finis appelé BGFEAP a été développé pour la mise en œuvre de l’élément de Bending-Gradient. Un User Element dans Abaqus a été aussi développé pour la théorie Bending-Gradient / The use of multilayer is becoming increasingly important in the field of engineering, first in the industry, and more recently more and more in Civil Engineering. Whether complex blend of polymers, wood or concrete, significant efforts are required for accurate modeling of such materials. Indeed, phenomena induced anisotropy and heterogeneity are associated with these multi-material: edge effects, differential thermal expansion, delamination/detachment or nonlinearities viscosity type damage, plasticity in layers or interfaces. Among the models proposed in the literature, we found for example equivalent monolayer model or of "LayerWise" type (a kinematic per layer). Belonging to the second category, models have been developed in recent years in Navier allow a sufficiently detailed description to address specific issues mentioned above while maintaining a surgical nature. By introducing interface forces as generalized forces of the model, these approaches have demonstrated their effectiveness vis-à-vis the representation of details at inter- and intra-layers. It is then easy to offer behaviors and interfaces criteria and to be effective for modeling delamination or detachment, phenomenom very present in multilayered composites assembled and glued together. Therefore, a finite element program MPFEAP was developed in Navier laboratory. The model was also introduced as a User Element in ABAQUS, in its simplest form (perfect interfaces).A new layerwise model for multilayered plates is proposed in this dissertation, named Statically Compatible Layerwise Stresses with first-order membrane stress approximations per layer in thickness direction SCLS1. The model complies exactly with the 3D equilibrium equations and the free-edge boundary conditions. Also, a refined version of the new model is obtained by introducing several mathematical layers per physical layer. The new model has been implemented in a new version of the in-house finite element code MPFEAP.In parallel, a finite element program based on the Bending-Gradient theory which was developed in Navier laboratory, is proposed here. The model is a new plate theory for out-of-plane loaded thick plates where the static unknowns are those of the Love-Kirchhoff theory, to which six components are added representing the gradient of the bending moment. The Bending-Gradient theory is obtained from the Generalized-Reissner theory: the Generalized-Reissner theory involves fifteen kinematic degrees of freedom, eight of them being related only to out-of-plane Poisson’s distortion and thus, the main idea of the Bending-Gradient plate theory is to simplify the Generalized-Reissner theory by setting these eight d.o.f. to zero and to neglect the contribution of the normal stress σ33 in the plate model constitutive equation. A finite element program called BGFEAP has been developed for the implementation of the Bending-Gradient element. A User Element in Abaqus was also developed for the Bending-Gradient theory

Les panneaux en bois lamellé croisé (en anglais CLT - Cross Laminated Timber) sont des éléments de structure composés de couches en bois collées entre eleese et empilées de façon croisée. Chaque couche est composée de planches en bois juxtaposées et généralement non collées sur leur chants. Dans cette thèse, nous étudions l'influence sur le comportement mécanique des espacements entre planches des panneaux avec une approche par modélisation et expérimentation. Les panneaux CLT standard sont considérés comme des panneaux avec des espacements de très faible dimension par opposition aux panneaux avec espacements importants que nous appelons panneaux innovants. Nous modélisons dans un premier temps le comportement en flexion de panneaux standard à l'aide d'un modèle de couche homogène équivalente basée sur des hypothèses simplifiées de la mécanique d'une couche avec chants collés ou non collés. Nous observons un bon accord entre les résultats de notre modélisation et des résultats expérimentaux issus de la littérature. Des études paramétriques sont ensuite réalisés portant sur certaines propriétés des panneaux.Nous avons ensuite réalisé des essais de flexion 4-points sur des panneaux CLT standard et innovants pour quantifier l'influence des espacements sur la réponse mécanique des panneaux. Il se trouve que l'influence des effets de cisaillement transverse sur le comportement élastique et à la rupture augmente avec l'augmentation des vides dans le panneau.Afin de prendre correctement en compte les effets du cisaillement, les CLT espacés sont modélisés comme des plaques épaisses périodiques à l'aide d'un modèle de plaque d'ordre supérieur. Ce modèle a été appliqué à la géométrie des panneaux CLT espacés avec un schéma d'homogénéisation périodique. Des méthodes simplifiées existantes ont également été comparées avec les résultats des essais et le modèle de plaque. De plus, des résultats d'essais de cisaillement dans le plan des panneaux CLT standard issus de la littérature ont été comparés avec nos résultats. La raideur de flexion des CLT espacés peut être prédite avec des méthodes simples existantes, alors que seule la modélisation que nous proposons permet de prédire le comportement en cisaillement transverse et dans le plan. Finalement, des formules analytiques ont été obtenues pour prédire le comportement élastique des CLT espacés. Ces formules donnent une bonne approximation u comportement des CLT espacés et peuvent être utilisées dans le cadre d'une démarche pratique de dimensionnement.Enfin, une étude concernant l'analyse du comportement au feu des panneaux CLT standard est présentée. La comparaison entre des résultats d'essais au feu et une modélisations avancée et simplifiée a permis de proposer une possible amélioration de la méthode de dimensionnement au feu standard / Cross Laminated Timber (CLT, or crosslam) panels are engineered timber products composed of layers made of wooden lamellas placed side by side, glued on their upperand lower faces and stacked crosswise. In the present thesis, the influence of lateral spaces between lamellas of each layer on the panel’s mechanical response is investigated with modeling and tests. Both configurations of standard panels having short spaces and innovative CLT panels with large spaces are analyzed.As a first approach, the bending behavior of standard crosslam was modeled by means of an equivalent-layer model based on simplified hypotheses on mechanical properties of laterally glued or unglued layers. The good agreement of the predicted behavior with an experiment of the literature finally allowed an investigation on several CLT properties by means of parameter studies.Then, 4-points bending tests on standard and innovative CLT floors were performed in order to quantify the influence of periodic spaces on the panels' mechanical response. It appears that the influence of transverse shear effects on the elastic and failure behavior of spaced CLT increases with the increasing spaces between boards.In order to take into account transverse shear effects, spaced CLT have been modeled as periodic thick plates by means of a higher-order plate theory for laminated plates. This model has been applied to the geometry of spaced CLT with a periodic homogenization scheme. Existing simplified methods for spaced crosslam were compared as well with refined modeling and test results. Moreover, available in-plane shear tests of the literature have been compared to the modeling results. It appears that the bending behavior of spaced CLT can be predicted with simplified existing approaches, while only the more refined modeling can predict the in-plane and transverse shear behavior. Then, closed-form solutions for predicting spaced CLT elastic behavior were derived in order to encourage the application of spaced CLT panels in modern timber construction.One further study within this thesis concerns the analysis of fire-exposed standard CLT floors. The comparison between test results and both advanced and simplified modeling led to a suggestion for a possible improvement the standard fire design model

Cette thèse s’intéresse à la caractérisation de couches diélectriques et magnétiques de structures multicouches par cavité résonante microonde. Les matériaux multicouches ont des propriétés électromagnétiques spécifiques et sont utilisés dans beaucoup de secteurs industriels, par exemple, dans les radiocommunications. La caractérisation électromagnétique reste une priorité pour la compréhension des caractéristiques de propagation des ondes électromagnétiques dans ces milieux. Dans ce travail de thèse nous proposons une nouvelle approche expérimentale pour déterminer les propriétés diélectriques effectives d’une structure multicouches en fonction des propriétés et de l’épaisseur de chacune des couches. En particulier, nous appliquons les expressions de permittivités issues de la méthode des perturbations utilisée en cavité résonante au cas d’un échantillon rectangulaire bicouche. L’analyse théorique établie a montré qu’une expression de simple proportionnalité reliant les propriétés diélectriques moyennes d’un matériau bicouche avec les propriétés diélectriques relatives et les épaisseurs des couches constituantes peut être obtenue. Cette méthode a été appliquée avec succès sur différents matériaux bicouches. En particulier, elle a permis la caractérisation d’une couche de YIG d’épaisseur très mince (19.6 μm) déposée par pulvérisation cathodique sur un substrat d’alumine en connaissant l’épaisseur et les propriétés diélectriques du substrat. La comparaison avec les résultats expérimentaux a révélé un bon accord entre théorie et mesure. L’analyse de l’incertitude associée au calcul de la permittivité par la méthode a montré une bonne sensibilité. Enfin, nous donnons les courbes de variation de la perméabilité effective mesurée pour un empilement bicouche avec une couche mince de YIG / This thesis aimed at characterizing the dielectric and magnetic layers of multilayer structures by using the technique of microwave resonant cavity. Multilayer structures have specific electromagnetic properties and are becoming increasingly important in many industrial domains, such as in radio-communication systems. The electromagnetic characterization remains a priority for understanding the characteristics of electromagnetic wave propagation in such environments. The thesis proposed a new experimental approach to determine the effective dielectric properties in a bilayer structure as a function of the characteristics and thickness of each specific layer. In particular, we apply the expressions of permittivities derived from the perturbations method which are used in resonant cavities in case of a bilayer rectangular sample. The established theoretical analysis leads us to propose a new expression of simple proportionality describing a relationship between the mean dielectric properties of a bilayer material and the relative dielectric properties and thickness of the constituent layers. The presented method has been successfully applied to different bilayer materials. Particularly, it allowed the characterization of a very thin layer (YIG layer) of thickness 19.6 microns deposited by cathodic sputtering on an alumina substrate by knowing the thickness and dielectric properties of this substrate. The comparison with the experimental results revealed good agreement between theory and measurement. The analysis of the uncertainty associated to the calculation of the permittivity by the presented method showed good sensitivity. Finally, we provide the curves of variation of the effective permeability measured for a bilayer stack