Durant cette thèse, des couches minces de fer, de fer-cuivre et de cuivre-zinc déposées par pulvérisation magnétron ont été oxydées par des post-décharges plasma pour synthétiser des nanostructures d’oxydes métalliques. L’oxydation par post-décharge permet un abaissement de la température par rapport à l’oxydation thermique dans la mesure où l’oxygène moléculaire est excité ou dissocié, ce qui fournit des espèces plus réactives comme l’oxygène singulet ou l’oxygène atomique. Cette oxydation à température modérée favorise une croissance anisotrope des cristaux. L’oxydation de couches minces de Fe-Cu a conduit à la croissance de nanolamelles de Fe2O3 et de nanoparois, nanotours et nanofils de CuO. La distribution surfacique de ces nanostructures dépend de la température d’oxydation, de la concentration des espèces réactives et de la composition initiale de la couche mince. L’oxydation de couches minces de Cu-Zn a conduit à la croissance de nanofils ultra-minces de ZnO dans lesquels un confinement quantique peut se produire. Les nanostructures obtenues ont été caractérisées par différentes techniques (microscopies électroniques, diffraction des rayons X et spectrométrie de masse des ions secondaires). Les mécanismes de croissance de ces nanostructures sont basés sur le rôle des contraintes, de la température, de la concentration des espèces réactives ainsi que sur l’influence de la taille des grains sous-jacents. Les nanostructures d’oxydes métalliques obtenues serviront comme photocatalyseurs pour produire de l’hydrogène par photolyse de l’eau. Par ailleurs, les nanofils ultra-minces de ZnO serviront de photocatalyseurs pour la purification de l’eau / In this manuscript, metallic oxide nanostructures were synthesized by the oxidation of iron, iron-copper and copper-zinc thin films by means of a plasma afterglow. Thin films were deposited by magnetron sputtering. The use of plasma afterglows allows a lowering of the temperature compared with the thermal oxidation conditions, given that molecular oxygen is excited or dissociated, which provides more reactive species such as singlet oxygen or atomic oxygen. This oxidation at moderate temperature promotes anisotropic crystal growth. The oxidation of iron–copper thin films leads to the synthesis of Fe2O3 nanoblades and CuO nanowalls, nanotowers and nanowires. The surface distribution of these nanostructures depends on the oxidation temperature, the concentration of the reactive species and the initial composition of the thin layers. The oxidation of copper-zinc thin films leads to the synthesis of ultra-thin ZnO nanowires in which quantum confinement could occur. As-grown nanostructures were characterized by various techniques (electron microscopy, X-ray diffraction and secondary ion mass spectrometry). The growth mechanisms described for these nanostructures relies on the role of stress, temperature, reactive species concentration and on the effect of underlying grain size. As-synthesized nanostructures will serve as photocatalysts to produce hydrogen by water splitting. In addition, ultra-thin ZnO nanowires will also serve as photocatalysts for water purification

Le travail de thèse s'intéresse aux effets liés aux agressions MFP et du chaos sur l'électronique. Après une étude théorique et expérimentale du couplage électromagnétique entre deux ports d'accès d'impédance 50 Ω réalisés dans une cavité complexe, un nouveau modèle est proposé pour étendre l'étude aux cas des impédances de rayonnements quelconques en s'appuyant sur le principe de Babinet. L'impact des agressions EM intentionnelles sur les circuits "front-end" des récepteurs comme par exemple les circuits limiteurs lorsque les antennes sont agressées en dehors de leur bande passante a été aussi étudié et validé sur plusieurs types d'antennes pour les applications 2,45 GHz et bande-X. Les résultats montrent que pour certaines conditions, il est possible que l'agression EM génère des signaux chaotiques à l'entrée du récepteur. Enfin, deux sources chaotiques ont été étudiées et caractérisées et la possibilité d'enrichir leur spectre est proposée. / The thesis focuses on the effects associated with HPM and Chaos aggressions on electronics. After a theoretical and experimental study of the electromagnetic coupling between two ports of 50 Ω impedance in a complex cavity, a new model based on Babinet principle is proposed to extend the study to the case of any radiation impedances. The impact of intentional EM attacks on the "front end" receiver circuits such as limiters at outside the antennas bandwidth was also studied and validated on several types of antennas for 2.45 GHz an X-band applications. The results show that for certain conditions, it is possible that EM aggression generates chaotic signals in the front end receivers. Finally, two chaotic sources have been studied and characterized. The opportunity to enhance their spectrum is also proposed.

Le sujet principal de cette thèse est la conception et le développement d'un nouveau type de détecteur cryogénique, appelé Lumped Element Kinetic Inductance Detector, pour l'application dans l'astronomie millimétrique et la détection de photons de haute énergie. Concernant l'astrophysique, l'objectif était d'élaborer des grandes matrices de détecteurs qui montrent une sensibilité comparable aux bolomètres. J'ai travaillé sur le développement et les tests de pixels uniques, la réalisation de matrices et l'intégration dans la caméra NIKA (Néel IRAM KIDs Array), une expérience pour le télescope IRAM en Espagne. Cette activité a été couronnée par deux campagnes de démonstration au télescope avec d'excellents résultats: la caméra travaille dans deux bandes de fréquences (1,25 mm et 2 mm), chacune avec plus de 100 pixels, et présente une sensibilité d'environ 200 aW/sqrt(Hz). Un deuxième objectif de la thèse était de réaliser un concept des LEKIDs pour la détection de photons de haute énergie. Nous avons développé des nouveaux dispositifs pour étudier la détection de rayons X médiée par les phonons produits dans le substrat. Ces tests montrent un seuil de détection d'environ 60 eV ce qui est encourageant pour le future. / The main subject of this PhD thesis is the concept and development of a novel kind of cryogenics detectors, called Lumped Element Kinetic Inductance Detector for the application in millimeter astronomy and in the detection of high energy photons. Regarding astrophysics, the goal was to obtain large arrays of detectors, demonstrating a sensitivity comparable with bolometers. I worked on the development and tests of single pixel, realization of the array and integration into NIKA (Neel IRAM KIDs Array), an experiment installed at the IRAM telescope in Spain. This activity culminated with two demonstrative runs at the telescope with excellent results: the camera, working at two frequencies (1.25 mm and 2 mm) with more than 200 pixels, obtained a sensitivity of about 200 aW/sqrt(Hz). The goal of the second application was to obtain a good concept for high energy photons detection with LEKIDs. We developed new devices to study the detection of X-ray mediated via phonons produced in the substrate. Those tests demonstrated a threshold level of about 60 eV, encouraging for the future.

Les développements récents des systèmes hyperfréquences conduisent à des contraintes drastiques sur la taille et le coût des composants, et en particulier sur les Filtres Passe-Bande (BPF). L’objectif de cette thèse était d’apporter des solutions innovantes pour du filtrage large-bande compact en basses fréquences. Nous avons proposé deux solutions topologiques de compacité.La première solution est axée sur l’amélioration de la compacité des résonateurs grâce au résonateur multi-sections. Cette topologie a été théorisée et modélisée afin de l’optimiser. La compacité apportée par le résonateur multi-sections a été démontrée à travers la réalisation de filtres interdigité. La deuxième solution est une nouvelle topologie du filtre combline appelée filtre combline à couplage électrique (ECC). Nous avons également montré que ces solutions topologiques sont compatibles avec d’autres solutions technologiques de compacité (multicouche…).Ces solutions permettent de résoudre les problèmes d’encombrement et d’intégration des filtres actuels tout en gardant des performances électriques équivalentes. / Recent developments in microwave systems lead to drastic constraints on the size and cost of components, and in particularly on Passband Filters (BPF). The aim of this thesis was to provide innovative solutions for low band compact broadband filtering. We proposed two topological solutions of compactness.The first solution focuses on improving the compactness of the resonator thanks to the multisections resonator. This topology has been theorized and modeled to optimize it. The compactness provided by the multi-sections resonator has been shown by the realization of interdigital filters. The second solution is a new topology of the combline filter, electrical coupling combline filter (ECC).We have also shown that these topological solutions are compatible with other technological solutions of compactness (multilayer ...).These solutions solve the size and integration problems of current filters with equivalentelectrical performance.

Ces dernières années, la recherche de solutions au problème de l'élimination de déchets polymères, notamment les déchets issus de pneumatiques qui posent de graves problèmes environnementaux, connait un développement croissant. Dans ce contexte, ce projet de recherche a pour objectif de contribuer au développement et à la promotion de solutions innovantes qui font appel aux connaissances développées dans les domaines des nanotechnologies, de la science et l’ingénierie des matériaux nouveaux et du génie des procédés et des produits. Il s’agit plus particulièrement de d’étudier la possibilité de valoriser les déchets issus de pneumatiques en les utilisant comme matière première (en tant que agents de renfort ou agents de modification de la résistance aux chocs) pour l'élaboration de matériaux nanostructurés. Ce travail met l'accent sur l'étude des mélanges de polyéthylène haute densité (PEHD) contenant des particules d’argile (dispersées à l'échelle du nanomètre) et des déchets de caoutchouc issus de pneumatiques usagés (ou Ground Rubber Tire ou GRT). Il est attendu que ce matériau présente des propriétés typiques des mélanges de polymères appelés Vulcanisats Thermoplastiques (TPVs), résultant de la vulcanisation dynamique de la phase de caoutchouc pendant le traitement à l'état de fondu (extrusion). Dans le système étudié, la matrice est le PEHD et la phase dispersée de la poudrette de pneu, préalablement dévulcanisée par micro-ondes. L'argile dispersée dans la phase de la matrice, agit comme un agent compatibilisant entre les phases du mélange et comme agent de renforcement, apportant une amélioration des propriétés mécaniques des matériaux préparés. La caractérisation des mélanges met l'accent sur leur morphologie et leur structure ainsi que sur leurs propriétés rhéologiques, thermiques et mécaniques. Une étude approfondie de l'évolution de la morphologie du mélange au cours de l’extrusion a été effectuée car ce paramètre est la clé pour optimiser le procédé et obtenir les meilleures propriétés pour le matériau final. Ceci représente la contribution plus importante de ces travaux de recherche. / The main objective of this work was the production of dynamically revulcanized blends containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves. It comes against a big global problem which is the waste disposal of vulcanized elastomers, especially tires, which bring with them serious environmental and public health problems, since these materials require long periods of time to degrade naturally due to their structure of cross-linkings, and the presence of stabilizers and other additives in its formulation. A way of using the GTR that has been widely studied by researchers is as polymer blends in which one of the phases is a thermoplastic polymer. In this context, the role of elastomers devulcanization is to increase the interaction between raw and recycled material, reducing the degradation of properties of the finished product with its incorporation and making it possible the increase of the recycled rubber amount in the compound recycled rubber/thermoplastic. The devulcanization transformes devulcanized elastomer into a fluid material, allowing a better control of the particle size during the mixing process of the blend by breaking processes in the application of high shear rates. In addition, by becoming a fluid material, it is possible the incorporation of a higher amount of elastomer to the thermoplastic without great damage to its processability. However, the literature does not have works in which the study of the processing parameters of dynamically revulcanized blends containing devulcanized elastomer, as well as the influence of addition of clays from different shapes (lamellar and tubular) on their final properties, especially on rheological properties, which sets out the present work. Summarizing, this work aims to propose a possible solution to the problem of solid waste disposing by producing a dynamically revulcanized blend containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves, in addition to decrease some gaps observed currently in the literature from the obtained results.

Le frittage par micro-ondes est une nouvelle technologie de chauffage rapide utilisée pour l’élaboration de matériaux par le procédé de métallurgie des poudres. Cette méthode de frittage est non seulement économique en temps et en énergie, mais peut aussi permettre d’améliorer les propriétés finales du matériau. Cependant, l’effet bénéfique que peut apporter le chauffage par rayonnement micro-ondes n'est pas encore complètement compris.Dans ce cadre, cette thèse porte sur la mise en œuvre et les comparaisons des comportements en frittages conventionnel et micro-ondes multimodes (2,45 GHz) de l’alumine. La densification et l'évolution de la microstructure des échantillons frittés ont été analysés et comparés entre ces deux processus de chauffage en relation avec la nature des poudres de l'alumine : surface spécifique et teneur en dopant magnésie.A partir du suivi dilatométrique du frittage au cours des traitements conventionnel et micro-ondes, nous déterminons en anisotherme les énergies d’activation apparentes, qui sont considérées comme les paramètres importants de la thermodynamique de frittage : les valeurs trouvées sont toujours plus faibles dans le cas du frittage sous champ électromagnétique, preuve que les diffusions conduisant à la densification sont favorisées. Le suivi in situ permet aussi de déterminer les mécanismes de frittage (étude cinétique), par exploitation des courbes obtenues en traitement isotherme : la diffusion aux joints de grains reste le mécanisme dominant dans la plupart des cas, sauf pour une nanopoudre où la réaction d’interface devient le mécanisme limitant sous champ micro-ondes, preuve là encore de l’influence du champ électromagnétique sur la diffusion.Nous avons ainsi mis en évidence et expliqué les effets d’un champ électromagnétique sur le phénomène de densification, contribuant à terme à la maîtrise de l’application du rayonnement micro-ondes dans l’industrie céramique. / Microwave energy has been successfully applied as a heating source in the field of powder metallurgy. Compared with conventional heating techniques, microwave sintering has a high potential to reduce the processing time as well as temperature, and to optimize functional properties. However, the detailed explanation of this enhanced effect underlying microwave sintering is still under debate.Taking into account those issues, the objective of this work was to investigate comparatively conventional and 2.45 GHz microwave multimode sintering of alumina. The densification behavior and microstructure evolution of alumina powders with different MgO doping levels as well as specific surface areas have been systematically and quantitatively studied.By the way of dilatometric measurements in both conventional and microwave processes, studies in terms of thermodynamics were carried out in non-isothermal conditions. The apparent activation energy values are significantly lowered when microwave is applied, indicating a microwave-induced enhancement on diffusion. Furthermore, densification kinetics was isothermally taken in order to study in more detailed manner the mechanism(s) involved during microwave sintering. It suggests that the grain boundary diffusion is the dominant mechanism in most cases, except for a nanopowder. In the case of fine-grained alumina, it was assumed that microwave-assisted densification is controlled by in-series “interface-reaction / grain-boundary diffusion” mechanism. But anyway, grain-boundary diffusion has been always enhanced by microwave non-thermal effect.This work will be meaningful to develop the in-depth understanding of the microwave sintering process at both the fundamental and the applied levels.

Avec plus de 170 millions de personnes infectées, l'infection par le virus de l'hépatite C (VHC) représente une des premières infections virales dans le monde. La recherche et la mise au point de nouvelles molécules, capables de traiter de cette maladie sont donc d'une grande importance. Dans ce contexte et sur la base de résultats préliminaires obtenus avec des dinucléotides phosphoramidates GpC inhibant l'initiation de la réplication par la polymerase NS5B, nous avons conçu des inhibiteurs de seconde génération de type dimère de PNA (Peptide nucleic Acid). Nous présentons dans ce manuscrit la mise au point d'une méthode de synthèse originale de monomères et dimères de PNA, basée sur l'utilisation d'une réaction de Ugi à quatre composants (U-4CR). Cette méthode par U-4CR offre une grande variabilité de structures et séquences (G, A, C, T, U) en un nombre limité d'étapes, de plus la combinaison avec une activation micro-ondes permet d'augmenter l'efficacité et de réduire considérablement les temps de réaction. Cette stratégie a été appliquée en série dimère de PNA et en série chimère PNA-ARN. / With more than 170 millions people chronically infected, hepatitis C virus represents one of the major viral infections in the world. The research and development of novel antiviral is hence of great importance. In this context and on the basis of preliminary results obtained with dinucleotide phosphoramidates GpC inhibiting the initiation of replication of the NS5B polymerase, we designed a second generation of inhibitors type PNA dimers (Peptides Nucleic Acid). We describe in this manuscript the development of an original strategy to synthesize PNA monomers and dimers based on the use of the well-known Ugi four component reactions (U-4CR). This method allows a great structural variability in a limited number of steps. More, combining this efficient tool with microwaves irradiations allows an increase of the efficiency and a dramatic acceleration of the reaction time. This strategy was applied in PNA dimers series and PNA-RNA chimera series.

Au cours de ma thèse, je me suis intéressé à deux aspects de l'interaction charge-rayonnement dans des jonctions tunnel. Premièrement j'ai étudié la dynamique des transferts de charge à travers une jonction tunnel normale lorsque celle-ci est couplée à un environnement dont l'impédance est comparable au quantum d'impédance (RK= h/e^2). Nous avons montré que les uctuations de courant portent des signatures de processus à un, deux et trois photons. Deuxièmement j'ai caractérisé le rayonnement émis par une jonction Josephson lorsque celle-ci est couplée à deux résonateurs de fréquences différentes, nu_1 et nu_2, et soumise à une tension 2eV = h nu_1+h nu_2. Nous avons montré que les photons sont émis pas paires, ce qui constitue un rayonnement non-classique violant l'inégalité de Cauchy-Schwarz.Nos résultats montrent que le blocage de Coulomb dynamique constitue une ressource pour la production de micro-ondes quantiques. / In this thesis work, I have focused on two aspects of the charge-light interaction for tunnel junctions. On one hand, I have investigated the influence of the coupling to electromagnetic radiation on the dynamics of charge transfer through a normal tunnel junction when the impedance of its environment gets comparable to the resistance quantum (RK=h/e^2). We showed that the current fluctuations bear signature of the processes where one, two or three photons are emitted.On the other hand, we used a Josephson junction, embedded in a circuit made of two resonators at different frequencies, nu_1 and nu_2, and biased at the voltage 2eV=h nu_1+h nu_2. We showed that the Josephson junction emits photon pairs corresponding to a non classical state of radiation which violates the Cauchy-Schwarz inequality.Our results extend the toolbox for performing quantum optics experiments in the microwave domain.

La catalyse, les solvants alternatifs et l'économie d'atome font partie des clés pour le développement de nouvelles stratégies durables de synthèse. Des hétérocycles comme les quinoléines substituées, par réaction de cycloisomérisation catalysée par le cuivre en utilisant les liquides ioniques, et les isoquinoléines carbonylées par réaction de carbonylation oxydante catalysée par le palladium dans le méthanol ont été synthétisées. La formation sélective de 1,3-dihydroisobenzofuranes et/ou 1H-isochromènes a été tentée par réaction de cycloisomérisation catalysée par différent métaux de transition. La synthèse d'hétérocycles à cinq chaînons, par exemple furanes, pyrroles et pyrrolin-4-ones à été mise au point par nouvelle réaction de cycloisomérisation catalysée par de sels de platine ou d'or en utilisant des diols, des amino alcools ou des α-amino-ynones dans le PEG sous activation micro-ondes. Les produits sont récupérés pur après une simple étape de précipitation-filtration. Les α-amino-ynones chiral sont synthétisée à partir de N-protégé carboxyanhydrides des aminoacides (UNCAs). Une réaction de iodocyclisation a été aussi développée pour obtenir de nouvelles structures hétérocycliques. / Catalysis, alternative solvents and atom economy represent key areas for the sustainable development of versatile strategies in organic chemistry. Fused heterocycles, such as substituted quinolines by a cycloisomerization reaction using a recyclable catalytic system copper/ionic liquids and isoquinoline-4-carboxylic esters based on PdI2-catalyzed oxidative carbonylation were prepared. A selective 5-exo-dig or 6-endo-dig cyclization route to obtain 1,3-dihydroisobenzofurans and/or 1H-isochromenes was tested by metal transition cycloisomerization reaction of alkynylbenzyl alcohols in PEG. Five membered ring heterocycles such as furans, pyrroles and pyrrolin-4-ones were successfully obtained by a novel platinum or gold-catalyzed cycloisomerization reaction of diols, aminoalcohols or α-amino-ynones in poly(ethylene glycol) (PEG) under microwave irradiation. The heterocyclic systems were recovered pure after a simple precipitation-filtration work-up. The catalytic systems were studied by using the TEM and XPS techniques. The chiral α-amino-ynone substrates were prepared by an original method starting from N-protected carboxyanhydrides of amino acids (UNCAs). Also unprecedented results are reported in the area of iodocyclization to obtain chiral iodopyrrolin-ones.

Le multipactor est un phénomène parasite qui se produit dans les dispositifs où l'on transmet une onde hyperfréquence sous vide tels que les tubes électroniques à vide, les cavités résonnantes pour accélérateurs de particules et les circuits micro-ondes à bord des satellites. Il consiste en une avalanche d'électrons mis en mouvement par un champ hyperfréquence. La simulation du multipactor est cruciale dans tout design de structure HF sous vide. Les géométries complexes 3D d'objets imposent de posséder des outils de simulations tridimensionnels pour prédire ce phénomène. Le premier travail de cette thèse a consisté à valider un logiciel de simulation 3D du multipactor, Musicc3D, à la fois par le calcul et l'expérimentation. Une étude théorique à une dimension ainsi qu'une simulation 2D éprouvée ont été réalisées et les résultats du logiciel Musicc3D ont été favorablement confrontés à leurs résultats. Des règles de définition du maillage 3D ont été établies pour un bon fonctionnement de la simulation 3D. Toujours pour valider la simulation, l'ensemble des cavités accélératrices construites par l'IPNO ces dernières années a été simulé et favorablement comparé aux observations de barrières de multipactor quand elles existaient. Dans le but d'exploiter les prédictions de la simulation 3D, mais aussi de la valider et enfin d'être capable de qualifier différents matériaux et/ou états de surfaces, une cavité résonnante équipée de mesures dédiées au multipactor a été construite. Les premiers résultats obtenus avec cette cavité ont été favorablement comparés à la simulation. / Multipacting is a parasitic phenomenon and extremely detrimental in devices where there is a ultra high frequency wave transmitted in a vacuum environment such as vacuum electron tubes, resonant cavities for particle accelerators and microwave circuits on board of satellites. It consists of an avalanche of electrons put in motion by a microwave field. Multipacting simulation is crucial in any HF structure design. The complex 3D geometrics obligates to have three-dimensional simulation tools to predict this phenomenon. The first study in this thesis consisted in validating a 3D simulation software of Multipacting, Musicc3D, by calculation and experimentation. A theoretical study with one dimension and a a tested 2D simulation were carried out and the results of the software Musicc3D were favorably confronted to their results. 3D grid definition rules were established for the proper working of the 3D simulation. Also to validate the simulation, the whole of the park of accelerating cavities built by the IPNO these last years was simulated and favorably compared with the observations of barriers of Multipacting when they existed. With an aim of exploiting the predictions of the 3D simulation, but also to validate it and finally be able to qualify various materials and/or state of surfaces, a resonant cavity equipped with measurements dedicated for Multipacting was built. The first results obtained with this cavity were favorably compared to the simulation.