Nous avons étudié dans ce travail l’effet de l’incorporation des nanoparticules semi-conductrices dans une matrice polymère, dans le but d’améliorer les performances des dispositifs optoélectroniques susceptibles d’être réalisés à partir des systèmes hybrides organique/inorganique. Il a été établi, en effet, qu’il est possible d’initier dans ces systèmes un transfert d’excitations du polymère aux nanoparticules qui peut, à cause du confinement des porteurs et des excitons dans ces nanoparticules, contribuer à une augmentation du nombre des porteurs et donc de la conductivité. Cet effet est d’autant plus efficace que les énergies de gap des deux matériaux sont voisines. Après avoir présenté les propriétés générales des polymères et des nanoparticules et l’état de l’art sur les systèmes hybrides , nous avons synthétisé des nanoparticules de séléniure de zinc (ZnSe) et de séléniure de cadmium (CdSe) et élaboré deux systèmes hybrides en couches minces à base de polymères : le PVK/ZnSe et le P3HT/CdSe. L’étude des propriétés optiques, structurales et vibrationnelles de ces systèmes en fonction de la concentration des nanoparticules a montré une nette amélioration de leur caractère semi-conducteur et leurs performances dans la conversion photovoltaïque. / We incorporated semi-conductive nanoparticles in a polymer matrix in order to improve the performance of optoelectronic devices that may be made from the organic/inorganic hybrid systems. It has been established that it is possible to initiate in these systems, a transfer of excitations from the polymer to the nanoparticles, due to the confinement of the carriers and excitons in these nanoparticles, which can contribute to an increase in the number of carriers, and therefore that of the conductivity. This effect is even more efficient than that of the energy gap, as this energy is similar in the two materials.After presenting the general properties of polymers and nanoparticles and the state of art of hybrid systems, we synthesized nanoparticles of zinc selenide (ZnSe) and cadmium selenide (CdSe) and developed two hybrid thin layer systems based on polymers: PVK / ZnSe and P3HT / CdSe.The study of optical, structural and vibrational properties of these systems, depending on the concentration of the nanoparticles, showed a clear improvement of their semi-conductor behavior and their performance in photovoltaic conversion.

diffuseurs élastiques aléatoirement répartis. Cette étude se compose de trois parties. La première partie<br />s'intéresse à un nombre restreint de diffuseurs. Elle a permis de mettre en évidence un phénomène de couplage<br />résonant entre des diffuseurs cylindriques proches se manifestant par une démultiplication des fréquences de<br />résonances associées à l'onde A (onde de Scholte-Stoneley). Ces démultiplications ont été validées<br />expérimentalement. La seconde partie présente deux théories de milieu effectif : celle de Waterman et Truell et<br />celle de Fikioris et Waterman. La philosophie de ces deux théories est de déterminer l'onde moyenne résultant<br />d'un moyennage sur les positions des diffuseurs. C'est cette onde que l'on appelle onde cohérente. Ces théories<br />aboutissent au calcul d'un nombre d'onde effectif caractérisant l'onde cohérente. La différence essentielle entre<br />ces deux théories réside dans la prise en compte de la taille des diffuseurs dans celle de Fikioris et Waterman.<br />Les résultats des ces deux théories sont comparés entre eux et avec ceux obtenus par une troisième théorie, celle<br />de Foldy. On note l'influence des fréquences de résonance d'un diffuseur seul sur le nombre d'onde effectif. Les<br />trois théories donnent des résultats similaires pour de faibles concentrations. Dans le cas de fortes concentrations,<br />les résultats issus de la théorie de Fikioris et Waterman se distinguent de ceux obtenus par les deux autres<br />théories. Lorsque l'on considère une couche de milieu multi-diffuseur, on peut déterminer des coefficients de<br />réflexion et de transmission s'exprimant formellement comme ceux d'une plaque fluide. Une analogie entre un<br />milieu multi-diffuseur et un milieu fluide visqueux est possible. L'étude expérimentale menée sur un tel système<br />montre un bon accord avec la théorie en ce qui concerne l'atténuation. La dernière partie de ce document<br />consiste en l'étude d'un milieu multi-diffuseur dans lequel les diffuseurs sont anisotropes. Les diffuseurs du<br />milieu présenté sont constitués de deux diffuseurs cylindriques suffisamment proches pour qu'il y ait couplage<br />résonant. On peut alors déterminer un nombre d'onde effectif à l'aide de la théorie de Fikioris et Waterman, ainsi<br />que des coefficient de réflexion et de transmission. Ces derniers se mettent sous la même forme que ceux<br />associés à un milieu fictif de type fluide pour lequel la vitesse de phase et l'atténuation varieraient en fonction de<br />la direction de propagation.

Dans cette thèse, nous avons étudié divers aspects de la diffusion multiple des ultrasons dans les milieux désordonnés. Expérimentalement, nous avons travaillé sur des milieux prototypes composés de milliers de tiges d'acier verticales aléatoirement réparties dans le plan, ainsi que sur des échantillons "réels" comme des os trabéculaires et des alliages métalliques utilisés dans l'industrie. Dans le premier chapitren nous exposons la théorie des milieux effectifs et meons des expériences de transmission cohérente. La prise en compte de l'absorption et des corrélations entre diffuseurs est discutée en comparant plusieurs approches théoriques. In fine, nous obtenons une évaluation fréquentielle du libre parcours moyen élastique. Le second chapitre s'intéresse à l'intensité diffusée en régime dynamique. Nous montrons tout d'abord que l'effet de rétrodiffussion cohérente permet de mesurer le coefficient de diffusion D de manière fiable et indépendante de l'absorption intrinsèque. Dans un second temps, l'étude de la courbe des temps de vol en transmission nous permet d'évaluer les pertes par absorption. Le troisième chapitre traite du régime stationnaire : nous montrons que dans ce régime, l'effet de rétrodiffusion cohérente ne permet pas d'évaluer le libre parcours moyen de transport dans nos conditions expériementales. Enfin, les limites de la focalisation par retournement temporel en milieu multiplement diffuseur sont abordées.

Les méthodes de synthèses chimiques et d'auto-assemblage sont aujourd'hui envisagées pour fabriquer des matériaux nanostructurés aux propriétés optiques contrôlées. Nous avons considéré le cas le plus simple de composites combinant un polymère non-structuré et des nanoparticules d'or sphériques, dont nous fabriquons des films d'épaisseur et de fraction volumique en or variables et étudions les propriétés optiques, par ellipsométrie spectroscopique, dans les domaines ultraviolet-visible-proche infrarouge. Pour des films tridimensionnels épais (30-200 nm) de fraction volumique en nanoparticules inférieure à 6%, les variations de l'indice optique avec la longueur d'onde sont bien décrites par une loi de mélange de Maxwell-Garnett modifiée par l'introduction de polarisabilités anisotropes rendant compte du couplage électromagnétique entre particules proches. Des d'échantillons très denses en nanoparticules ont été fabriqués (jusqu'à des fractions volumiques de 30%), et montrent, dans une bande spectrale finie, des permittivités électriques proches de zéro ou négatives. Pour des échantillons très minces (épaisseur de l'ordre de la taille des nanoparticules), nous montrons que l'indice optique complexe n'est plus un descripteur intrinsèque du système et que l'analyse ellipsométrique ne permet pas de déterminer l'épaisseur de manière non-ambigüe. On a accès en revanche à la section efficace d'extinction des particules : lorsque les particules sont déposées très près du substrat de silicium, les valeurs expérimentales sont exaltées par rapport aux valeurs théoriques, même en tenant compte d'effets de dipôles image dans le substrat. Les conclusions de ce travail ont permis d'éclaircir le lien entre les propriétés optiques mesurées et la nanostructure de films composites, et laissent entrevoir la possibilité d'élaborer par voie chimique des matériaux nanocomposites aux propriétés optiques inédites.

Ce travail de thèse a été consacré à l'étude théorique et numérique de métamatériaux pour la gamme submillimétrique (domaine térahertz), formés de sphères diélectriques présentant des résonances dipolaires de Mie électrique et magnétique, dispersées dans un milieu-hôte. Tout d'abord, les matériaux à utiliser ainsi que les tailles et fraction volumique des sphères permettant l'obtention d'effets de perméabilité ont été précisées. Ensuite, nous avons mené une étude de la polydispersité en taille et donné les distributions en taille limite à ne pas dépasser lors d'une synthèse chimique. Nous avons également montré qu'une polydispersité contrôlée pouvait engendrer un élargissement des zones de perméabilité négative ou une zone de perméabilité nulle. Enfin, nous avons étudié le comportement électromagnétique d'assemblages bidisperses de sphères de TiO2 par simulations numériques, et avons procédé à une analyse des modes de Bloch, semblant indiquer l'existence d'une bande d'indice négatif pour des fractions volumiques élevées.

L’objectif de ce travail est de modéliser la propagation des ondes cohérentes antiplanes dans une distribution aléatoire et uniforme de fissures fermées ou ouvertes, parallèles ou aléatoirement orientées. Elles contiennent un fluide visqueux où leurs lèvres sont libres de contraintes. Les mécanismes de diffusion multiple entre fissures sont pris en compte. Une première étude porte sur la réponse d’une couche endommagée à faces parallèles, sollicitée à incidence normale. Les champs de déplacement cohérent siégeant dans les trois régions de l’espace sont déterminés. Par suite, la masse volumique et la rigidité effectives de la couche, vue homogène par l’onde cohérente, sont définies. Les cas d’une distribution de fissures à concentration variable et d’une onde de surface (de type Love) en présence d’une couche endommagée sur un substrat sain sont alors traités. Une dernière application concerne les populations de fissures visqueuses à tailles variables présentes dans la croûte terrestre. / Abstract

Cette thèse est consacrée à la conception et l'analyse théorique de différents composants en optique intégrée. Nous présentons un modèle de milieu effectif pour les cristaux photoniques (CPs) 2D qui rend compte des effets de surface, puis un algorithme pour la conception de réseaux antiréfléchissants grand-angle pour ces CPs. Ces réseaux permettent d'améliorer significativement la transmission à travers une lentille plate d'indice négatif. Nous proposons une nouvelle génération de circulateurs magnétooptiques compacts, fonctionnant dans un champ magnétique extérieur uniforme et constitués d'une cavité résonnante en anneaux circulaires couplée directement à des guides d'ondes standards. Nous généralisons la méthode multipolaire 2D aux matériaux gyrotropiques et la formulons sans « lattice sums » pour les structures périodiques. Enfin, nous décrivons en détail la méthode des éléments finis pour le calcul des modes propres des cavités 3D en anneaux circulaires et matériaux gyrotropiques.

Ce travail de thèse a été consacré à l'étude théorique et numérique de métamatériaux pour la gamme submillimétrique (domaine térahertz), formés de sphères diélectriques présentant des résonances dipolaires de Mie électrique et magnétique, dispersées dans un milieu-hôte. Tout d'abord, les matériaux à utiliser ainsi que les tailles et fraction volumique des sphères permettant l'obtention d'effets de perméabilité ont été précisées. Ensuite, nous avons mené une étude de la polydispersité en taille, mettant en évidence qu'une polydispersité contrôlée pouvait engendrer un élargissement des zones de perméabilité négative ou une zone de perméabilité nulle. Enfin, nous avons étudié le comportement électromagnétique d'assemblages bidisperses de sphères par simulations numériques, et avons procédé à une analyse des modes de Bloch, semblant indiquer l'existence d'une bande d'indice négatif pour des fractions volumiques élevées. / This PhD work was dedicated to the theoretical and numerical study of metamaterials in the terahertz range made of dielectric spheres embedded in a host medium and exhibiting dipolar electric and magnetic Mie resonances. The materials as well as the sizes and the filling fractions of the spheres to use to achieve magnetism in this range of frequency were precised. As a second step, we interested in the size distribution effects on the effective permeability, and showed that a controlled polydispersity can generate a widening of the negative permeability zone with a magnitude close to zero. Finally, we studied the electromagnetic behaviour of bidisperse array of TiO2 spheres with numerical simulations, and a Bloch mode analysis seems to proove the existence of a negative index band for high filling fractions.

Ce travail de thèse a été consacré à l’étude expérimentale, théorique et numériquede métamatériaux auto-assemblés constitués de nanoparticules d’or, opérant dans la gammedu visible. Nous nous sommes intéressés à trois types de structures différentes et avons analyséleurs propriétés optiques par ellipsométrie spectroscopique.Nous avons étudié expérimentalement et numériquement l’effet de la proximité d’un substratde haut indice sur la réponse plasmonique d’une nanoparticule, grâce à un système expérimentalconstitué de monocouches de nanoparticules d’or sur une multicouche de polyélectrolytes.Nous avons discuté d’un effet d’exaltation de la section efficace d’absorption des nanoparticulesaux plus faibles distances au substrat. Nous avons montré que des films composites denses depolymère et de nanoparticules d’or ont des réponses contrôlées par la fraction en or et qu’ilsse comportent, à haute fraction en or, soit comme des diélectriques soit comme des métauxselon la gamme de fréquence. Nous avons développé un modèle phénoménologique, adapté àde nombreuses situations, qui décrit bien les propriétés optiques des films. Enfin, nous avonsétudié des nanocomposites lamellaires à base de copolymères à blocs et de nanoparticules d’or.Nous avons montré comment avoir accès, pour certains systèmes, à l’extraction et la modélisationde leur anisotropie de permittivité, qui est affectée par la résonance plasmonique desnanoparticules. / This PhD work was dedicated to the experimental, theoretical and numerical studyof the optical properties of self-assembled metamaterials made of gold nanoparticles, operatingat visible frequencies. We were interested in three different structure types and analyzed theiroptical properties experimentally by spectroscopic ellipsometry.We studied the effect of a high index substrate proximity on the plasmonic response of goldnanoparticles, both experimentally and numerically, on nanoparticle monolayers deposited ontopolyelectrolytes multilayers. We discuss an enhancement effect of the nanoparticle absorptioncross-section for small distances to the substrate. Dense polymer/gold nanoparticles compositefilms were shown to have tunable optical properties depending on their gold filling fractionand to behave, at high filling fraction, like a dielectric or a metal depending on the frequencyrange. We developed a phenomenological model, adapted to a large number of cases, whichsuccessfully describes the films optical properties. Finally, lamellar films made of block copolymersand gold nanoparticles were studied. We have shown how to access, for certain structuralconditions, the extraction and the modelisation of the effective permittivity anisotropy, affectedby the resonance of the nanoparticles.

Pour de nombreux problèmes de sismo-tectonique et d'ingénierie de réservoir, la capacité à prévoir l'ampleur de la déformation inélastique et les ruptures repose sur une compréhension de la phénoménologie et de la micromécanique de la dilatance et de la compaction dans les roches. Pour les roches poreuses, la compaction inélastique peut être diffuse ou localisée dans la roche. La compaction d'une roche sous une pression isotrope est le résultat de la destruction du réseau poreux. Pour quantifier l'évolution de l'endommagement pendant la compaction, nous utilisons un modèle de milieu effectif. Nous montrons ainsi comment le broyage des grains transforme la roche en un milieu granulaire, où, même à sec, le rapport Vp/Vs croit, ce qui n'avait jamais été observé. Lorsque la roche est soumise à champ de contrainte déviatorique, la compaction inélastique est<br />localisée. Sous certaines pressions moyennes effectives, la déformation inélastique se développe sous forme de bandes de compaction. Pour comprendre la formation des bandes de compaction, nous avons enregistré, puis re-localisé les émissions acoustiques au cours de plusieurs expériences.