La présence de plusieurs formations argileuses affleurantes ou sub-affleurantes en région parisienne classe cette région parmi les plus vulnérables au phénomène de retrait-gonflement. Deux formations sont plus particulièrement concernées : les Argiles vertes de Romainville et les Marnes bleues d'Argenteuil. Ce mémoire est consacré à l'étude du comportement du retrait-gonflement de ces sols à partir d'une analyse menée au laboratoire, des caractéristiques minéralogiques, microstructurales, géotechniques et hydromécaniques. Les résultats obtenus mettent en évidence une différence de comportement entre les deux sols étudiés et soulignent l'importance de la présence et de la nature des minéraux argileux et de la texture du sol, sur le phénomène de retrait-gonflement et sur les transformations microstructurales qui en découlent. Ils montrent aussi le rôle joué par les carbonates, la cimentation et les conditions initiales sur les sols intacts ou remaniés lors des échanges hydriques. Enfin, l'influence des cycles de séchage/humidification sur le comportement hydromécanique des sols étudiés a été analysée. Les résultats montrent qu'au cours des cycles successifs de sollicitations hydriques, alors que les échantillons de sol présentent une augmentation du taux de gonflement cumulé, une stabilisation des déformations de chacun des cycles est atteinte au bout du troisième ou quatrième cycle. Ces résultats sont en relation avec une réorganisation de la microstructure mise en évidence par l'analyse microstructurale (MEB, porosimétrie).

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Dans le cadre de ce travail de doctorat, nous avons mis au point un nouveau microscope à balayage à transistor à électron unique (SET) qui fonctionne à très basse température (T = 50 mK) et à champs magnétiques intenses (18 T). Un SET se compose d'un petit îlot métallique relié aux électrodes de source et de drain par deux jonctions tunnel. En régime de blocage de Coulomb à basse température (T < 5 K), un champ électrique externe règle le courant circulant dans le SET. De plus, de petites variations du champ électrique entraînent de grandes variations du courant SET, ce qui fait de l'appareil un détecteur de charge très sensible, capable de détecter des charges inférieures à 0,01e. Ainsi, lorsque le SET scanne au-dessus d'une surface, il cartographie les propriétés électrostatiques de l'échantillon. Cependant, la mise en œuvre d'un microscope à balayage SET est extrêmement difficile car il combine la microscopie à sonde à balayage, les basses températures et les dispositifs nanoscopiques très sensibles. Pour cette raison, seuls quelques groupes ont réussi sa réalisation. Nos choix technologiques pour construire le microscope améliorent certains aspects par rapport aux instruments déjà existants.La percée est que nous fabriquons la sonde SET en utilisant des techniques lithographiques standard sur des plaquettes commerciales de silicium. C'est pourquoi il est possible de fabriquer des sondes SET par lots. De plus, grâce à une combinaison de techniques de découpage et de gravure, le SET est conçu très près du bord du substrat de Si (< 1 micromètre ). De cette façon, le SET peut être approché à quelques nanomètres de la surface de l'échantillon au moyen d'un contrôle de distance de force atomique. De plus, une électrode de grille fabriquée sur la sonde à proximité de l'îlot peut être utilisée pour régler le point de fonctionnement du SET. Une nouveauté de notre instrument est qu'avec cet électrode de grille et une boucle de rétroaction, nous avons cartographié directement le champ électrique local. Nous démontrons cette nouvelle méthode de balayage par rétroaction en imaginant un réseau interdigité d'électrodes à l'échelle nanométrique. De plus, le SET est un outil idéal pour l'étude de la localisation d'états électroniques. À l'avenir, notre microscope sera utilisé pour l'étude des systèmes d'électrons bidimensionnels en régime de l'effet Hall quantique, des isolants topologiques et de la transition métal-isolant. / In this doctoral work, we have developed a new scanning single electron transistor (SET) microscope that works at very low temperatures (T = 50 mK) and high magnetic fields (B = 18 T). A SET consists of a small metallic island connected to source and drain electrodes through two tunnel junctions. In the Coulomb blockade regime at low temperature regime (T 5 K), an external electric field tunes the current circulating through the SET. In addition,small electric field variations lead to large SET current changes that makes the device a highly sensitive charge detector, able to detect charges smaller than 0.01 e. Thus, when the SET scans above a surface, it maps the electrostatic properties of the sample. However, the implementation of a scanning SET microscope is extremely challenging since it combines scanning probe microscopy, low temperatures and sensitive nanoscopic devices. For thisreason, only a few groups have succeeded its realization. Our technological choices to build the microscope improve certain aspects with respect to the already existing instruments. The breakthrough is that we fabricate the SET probe using standard lithographic techniques on commercial silicon wafers.For that reason, batch fabrication of SET probes is possible. Furthermore, by a combination of dicing and etching techniques, the SET is engineered extremely close to the edge of the Si chip (< 1 micrometer). In this way, the SET can be approached to a few nanometer from the sample surface by means of a atomic force distance control. Additionally, an on-probe gate electrode fabricated close to the island can be used to tune the operating point of the SET. Anovelty of our instrument is that with this on-probe gate and a feedback loop we have been able to map directly the local electric field. We demonstrate this new feedback scanning method by imaging an interdigitated array of nanometer scale electrodes. Moreover, the SET is an ideal tool for the study of the localization of electronic states. In the future, our scanning SET will be used for the study of two-dimensional electron systems in the quantum Hall regime, topological insulators and the metal insulator transition.

La croissance de la complexité des Circuits Intégrés (CI) conduit à rechercher de nouveaux outils pour la mise au point de CI prototypes. La possibilité de «voir travailler» un circuit en utilisant un Microscopie Electronique à Balayage (MEB) exploité en mode de contraste de potentiel semble être une (la) solution possible. Ce contexte permet en effet de relever les états logiques et électriques au niveau des composants internes (transistors). Les zones à analyser sont choisies par le concepteur, soit sur l'image observée soit à partir de sa description issue des outils de CAO. Dans ce cadre sont présentés ici: le contexte des travaux: l'outil d'Analyse des CI par Microscopie Electronique; l'étude des déformations géométriques et optiques des images obtenues; une proposition de solution en vue de permettre une corrélation entre l'image des circuits et leur description

Cette thèse concerne l'analyse de défaillances de circuits VLSI et plus particulièrement la détection de défauts sur des circuits (microprocesseurs) à structure non connue. Une méthodologie basée sur balayage fonctionnant en contraste de potentiel est proposée. Les différents outils nécessaires à la mise en œuvre de cette méthodologie sont ensuite développés. les principaux résultats obtenus sont exposés, résultats permettant de démontrer la faisabilité de cette méthodologie. Une deuxième partie décrit un dispositif original de formation et de mémorisation d'images à semi-conducteur réalisable en technologie MOS. Les principales caractéristiques de ce capteur sont présentées ainsi que les résultats de mesures effectuées sur un circuit prototype. Enfin des améliorations de ce dispositif sont proposés

L'accroissement de la densité d'intégration des circuits intégrés exige des moyens de contrôle d'une extrème précision. La microscopie électronique à balayage en contraste de potentiel convient particulièrement. La thèse présente tous les aspects: organisation, observabilité, méthodes d'observation, modes de traitement et les applications à la mise au point de circuits prototypes, l'analyse des défaillances, le contrôle de qualité, la recherche des limites de fonctionnement, la restructuration. Discussion de la nécessité du développement de méthodologies d'utilisation

Dans ce travail, nous avons utilisé deux techniques pour mesurer les champs magnétiques générés par des couches micro-structurées d'aimants au NdFeB de plusieurs micromètres d'épaisseur: la microscopie par balayage d'une sonde Hall, et la microscopie magnéto-optique (MO). Nous avons proposé et validé une nouvelle approche de la mesure 3D de champ à l'aide d'une seule sonde Hall unidirectionnelle. Nous avons démontré la faisabilité de l'imagerie MO quantitative à l'aide d'un film MO uniaxial dans un champ d'offset. Nous avons extrait de la mesure des profils de champ des informations sur la micro-structure magnétique des micro-aimants. Nous avons exploré les aspects théoriques et expérimentaux de la lévitation diamagnétique de matériaux diamagnétiques sur des réseaux intégrés de micro-aimants, et réciproquement la lévitation de micro-aimants sur des substrats diamagnétiques. Nous avons démontré expérimentalement la lévitation d'un micro-aimant d'aimantation unidirectionnelle.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Étude des mécanismes de la plasticité dans les verres métalliques massifs. Ce travail a porté sur une approche des mécanismes de la plasticité à la transition vitreuse dans les verres métalliques massifs base zirconium. Une étude bibliographique des verres métalliques, ses caractéristiques essentielles a été tout d'abord introduite, particulièrement orientée vers leurs propriétés de stabilité structurale, ainsi que vers leurs propriétés mécaniques à haute température. Le modèle de volume libre (selon l'approche de Spaepen) a été utilisé dans une modélisation par éléments finis de la plasticité du verre. Le verre métallique de composition Zr_{52,5}Cu_{22}Al_{10}Ni_{13}Ti_{2,5}, étudié dans cette thèse, est élaboré par différentes méthodes d'hypertrempe sous forme de barreaux et de rubans. Les caractérisations physico-chimiques ont été menées par DSC, DRX et MEB. Les résultats de DSC ont montré que les verres élaborés possèdent un large intervalle de transition vitreuse et une bonne stabilité thermique. L'étude couplant DSC et DRX à haute température a permis d'établir la nature des phases et leur ordre d'apparition en cours de cristallisation. La transition vitreuse et la cristallisation ont été étudiées en détail par DSC modulée (MDSC) par la suite. La cinétique de cristallisation du verre a été généralement analysée par DSC isotherme.La caractérisation de la relaxation du verre métallique à partir de traitements thermiques successifs, par DSC et DRX à température proche de la température de transition vitreuse T_g pendant des temps différents, est rapportée dans le quatrième chapitre. Ce phénomène de relaxation peut être observé directement par les études structurales en utilisant la DSC et la diffraction des rayons X. Ensuite, l'évolution de la relaxation du verre est étudiée par mesure de dureté et de densité. La variation de la dureté H_v par rapport à la profondeur de pénétrateur h, après les traitements thermiques, a été menée par micro-dureté. La mesure de volumique du verre Zr_{52,5}Cu_{22}Al_{10}Ni_{13}Ti_{2,5} a été menée après les différents temps de relaxation thermique, nous donnent une densité d'environ de 6,769g/cm^3. Les traitements thermiques isothermes sur ce verre ont montré une augmentation de sa densité au cours du temps. Afin d'observer l'apparition puis l'évolution des mécanismes de déformation dans le verre métallique à l'échelle locale, une nouvelle technique - lithographie électronique - avec un dispositif d'essai mécanique in situ, permettant de déposer des microgrilles à la surface d'une éprouvette et de réaliser un essai de compression dans un MEB, est présentée dans le cinquième chapitre. Puis, les résultats sont analysés par corrélation d'images. La démarche expérimentale des essais MEB in situ est détaillée dans ce chapitre.Des essais à vitesse de déformation constante sont présentées dans le chapitre suivant. Ils ont été conduits dans l'intervalle de transition vitreuse (entre 673K et 713K). Enfin, les études de champs de déformation par corrélation d'image ont montré une limite de détection de la localisation supérieure à 2 micromètre sur les cartes de déformation. S'il y a des bandes de cisaillement, soit leurs déformation en inférieure à celles due à l'oxydation, soit elles sont plus fines que 2 micromètre (échelle de mesure). Le dernier chapitre présente une modélisation pour décrire le comportement élastique et plastique des verres métalliques. Dans le cadre de cette thèse, une approche de la modélisation des essais mécanique en se basant sur le modèle du volume libre a été conduite à l'aide du logiciel ZéBulon. Des travaux préliminaires pour étudier la localisation dans le cadre du volume libre ont été conduits et vont nécessiter une étude plus poussée.Mots clef : verre métallique, transition vitreuse, relaxation structurale, volume libre, caractérisation, micro-dureté, lithographie, compression, MEB in situ, modélisation / Study of the mechanisms of the plasticity in the massive metallic glasses. This work concerned an approach of the mechanisms of the plasticity in the glassy transition in the massive metallic glasses base zirconium. A bibliographical study of the metallic glasses, its essential characteristics was introduced first of all, particularly directed to their properties of structural stability, as well as to their high-temperature mechanical properties. The model of free volume (according to the approach of Spaepen) was used in a modelling by elements finished by the plasticity of the glass. The metallic glass of composition Zr _ (52,5) Cu _ (22) Al _ {10} Nor _ (13) Ti _ {2,5}, studied in this thesis(theory), is developed by various methods of hypertempering in the form of bars and of ribbons.

L’objet de cette thèse est le développement méthodologique et logiciel d’outils permettant de traiter les grands volumes de données multimodales et tomographiques produits sur Nanoscopium. La technique de microscopie en rayons X durs par balayage permet l’acquisition simultanée d’information par contraste d’absorption, de phase, de diffusion et de fluorescence X. L’association des techniques de balayage avec l’infrastructure d’acquisition rapide FLYSCAN permet de proposer aux futurs utilisateurs de la ligne Nanoscopium de faire des acquisitions tomographiques multimodales. Un des principaux enjeux de cette approche est le traitement en ligne des grands volumes de données générées durant l’acquisition. Le résultat principal de cette thèse est le logiciel MMXI, dédié au traitement et à la reconstruction des jeux de données multimodales 2D et 3D. Ce logiciel intègre un algorithme dédié à la lecture de gros volumes de données, différentes fonctions de réduction de données, deux algorithmes de reconstruction de phase (intégration dans l’espace de Fourrier et technique itérative) et des algorithmes de reconstruction tomographiques (rétroprojection filtré ou itérative). L’ensemble des méthodes implémentées, des applications permettant de valider ces développements ainsi que les perspectives d’évolution sont présentées dans ce manuscrit. / The subject of this thesis is the methodological and software development of tools for processing very large multimodal and tomographic datasets produced on Nanoscopium beamline in the SOLEIL synchrotron. Scanning hard X-ray imaging allows simultaneous acquisition of multimodal information, i.e. of images in which each pixel contains several types of data. Combining these scanning techniques with the FLYSCAN infrastructure, developed for fast data acquisition at Synchrotron SOLEIL, permits to perform multimodal tomographic imaging and tomographic reconstruction during routine user experiments. A main challenge of such imaging techniques is the online processing of the important amount of generated multimodal data. The main outcome of this thesis work is the MMX-I software which is dedicated to processing large 2D/3D multimodal dataset. This software includes an original algorithm for continuous reading of large data volumes, several reduction functions, two phase reconstruction algorithms (integration in Fourier space and iterative technics) and tomographic reconstruction technics (filtered back projection and iterative technics). Every implemented method as well as application allowing to validate the new developments and few evolution perspectives are presented in this thesis manuscript.