Ce travail de thèse a été motivé par la volonté de mesurer la transmission d’un faisceau électronique de basse énergie à travers un film. Ce type de mesures a été réalisé à l’aide du microscope électronique à projection MEP, dont l’utilisation est basée sur trois éléments clés : la pointe émettrice, l’objet, le système de détection. Les mesures effectuées permettent, sur un même objet, de déterminer la transmission en fonction de l’énergie cinétique des électrons incidents pour des énergies comprises entre quelques dizaines et plusieurs centaines d’électronvolts. Afin de mener à bien ces mesures, nous avons développé une procédure de fabrication de films ultra fins autosupportés. Leur caractérisation en MEB et MET a montré que cette procédure est fiable et qu’elle permet d’obtenir des films autosupportés de quelques nanomètres d’épaisseur sur des tailles latérales de quelques dizaines de micromètres. Nous nous sommes plus particulièrement penchés sur des films d’or nano poreux et sur des films continus de nickel. Cependant, des essais encourageants (Co, Au/Co/Au, oxyde d’aluminium, tétracontane) utilisant cette procédure indiquent que cette méthode de fabrication peut être étendue. Les mesures de transmission que nous avons réalisées sur l’or et le nickel ont permis d’accéder à des caractéristiques inhérentes au matériau. En effet, elles constituent une nouvelle méthode de détermination du potentiel interne U et du libre parcours moyen Λ. Nous démontrons donc à travers ce travail que la mesure de l’intensité transmise d’un faisceau cohérent d’électrons par un film ultra fin peut être réalisée à une échelle locale voire sur un cristallite unique. De plus, les films nano poreux constituent des objets agissant sur l’onde électronique aussi bien au niveau de l’amplitude que de la phase. Il nous est donc possible de moduler la fonction d’onde électronique par la maitrise de l’épaisseur et de la porosité du film. / This work of thesis was motivated by the will to measure the transmission of an electronic beam of low energy through a film. These measures were realized with the electron projection microscope, the use of which is based on three key elements: the tip, the object, the system of detection. The made measures allow, on the same object, to determine the transmission according to the kinetic energy of the incidental electrons for energies included between some tens and several hundreds of électronvolts. To bring to a successful conclusion these measures, we developed a procedure to fabricate freestanding ultra thin films. Their characterization by electronic microscopy showed that this procedure is reliable and that it allows to obtain freestanding films of some nanometers of thickness about side sizes of some tens of micrometers. We more particularly bent over golden nano porous films and over continuous nickel films. However, encouraging attempts (Co, Au/Co/Au, aluminum oxide, tétracontane) using this procedure indicate that this fabrication method can be spread. Transmission measurements realized on gold and nickel allowed to reach characteristics inherent to the material. Indeed, they constitute a new method of determination of the inner potential U and of inelastic mean free path Λ. We thus demonstrate through this work that the measure of the transmitted intensity of a coherent electrons beam by an ultra thin film can be realized in a local scale even on a unique cristallite. Furthermore, nano porous films constitute objects acting on the amplitude and the phase of the electronic wave. It is thus possible to modulate the wave electronic function by the control of the thickness and the porosity of the film.

Le séchage et l’imbibition sont des phénomènes physiques indispensables, de nos jours, à la formulation de nombreux matériaux en milieu industriel. Ces phénomènes, comme on peut l’observer avec l’apparition de fissures lors du séchage d’une peinture fraichement appliquée, peuvent affecter de manière irréversible l’aspect, l’intégrité ou la durabilité du matériau concerné. De plus, dans l’industrie, la connaissance des mécanismes physiques mis en jeu lors de ces étapes de séchage ou d’imbibition reste fréquemment empirique, conduisant à de fortes consommations d’énergie. La compréhension fondamentale de ces phénomènes représente donc un enjeu industriel majeur.En utilisant des techniques de mesure telles que l’Imagerie à Résonnance Magnétique (IRM) ou la microscopie électronique, nous nous sommes intéressés à la physique des écoulements fluides dans des milieux poreux modèles, déformables ou non-déformables, dont la taille caractéristique des pores varie de l’échelle du millimètre à celle de quelques nanomètres.Le résultat essentiel de ces travaux de thèse est la démonstration que l’évolution de la distribution de liquide dans ces milieux modèles, lors du séchage, provient de la compétition entre deux phénomènes physiques, quelle que soit la taille des pores, et que le matériau fissure ou subisse du retrait. Ces phénomènes physiques sont : le ré-équilibrage capillaire, ayant lieu lors de la substitution de l’eau par l’air dans le milieu poreux, provoquant un écoulement fluide selon la direction du gradient des pressions de Laplace imposé au liquide par l’évaporation, et le développement d’une région sèche apparente depuis la surface libre de l’échantillon.Plus précisément, nous montrons que le phénomène de ré-équilibrage capillaire est permanent lors du séchage et permet de maintenir une saturation homogène dans les régions humides de l’échantillon quel que soit le régime de séchage rencontré ou la taille des pores de cet échantillon. Pour des pores de dimension supérieure à quelques nanomètres, nous montrons que le séchage s’opère en deux étapes : une première période à fort taux de séchage dont la durée décroit avec la réduction de la taille des pores, cette étape est suivie d’une seconde période présentant le développement d’une région sèche depuis la surface de l’échantillon provoquant une chute du taux de séchage. Nous démontrons aussi que les phénomènes de fracturation et de retrait peuvent influer de façon significative sur la durée de cette première période.Quand la taille des pores devient inferieure à quelques nanomètres, nous montrons que l’infime rayon de courbure de l’interface eau-air développant dans les pores du milieu poreux tend à limiter le taux d’évaporation de l’échantillon et entraine sa décroissance progressive au cours du séchage. De manière surprenante, dans ce cas particulier, la distribution d’eau à travers l’échantillon reste homogène tout au long du séchage. Cette dernière observation nous renseigne sur le fonctionnement du mécanisme de ré-équilibrage capillaire dans les nano-pores et montre que les propriétés d’écoulement liquides en milieux confinés diffèrent grandement de celles rencontrées dans des milieux plus grossiers / Drying and imbibition are widely used in industry to formulate and process materials. Familiar to anyone who ever filled a sponge with water and left it to dry, or spread a coat of paint, fluid to solid transitions may affect the aspect, the integrity and the durability of the material processing. Moreover, in industry this transitional steps frequently relies on empirical techniques for the control of both of these phenomena, resulting in an overconsumption of energy. The understanding of the mechanisms behind drying and imbibition are therefore of crucial industrial stakes.Using measurement techniques such as MRI imaging or electron microscopy, we studied the physics of fluid flow within model deformable and non-deformable porous media with pore sizes ranging from a couple of millimiters to a few nanometers, during imbibition or drying.A fundamental discovery our work features is the demonstration that during convective drying, in any case, namely even down to a nanometric pore size, and even if the material shrinks or fracture during the process, the liquid distribution within a sample evolves from the competition between two phenomena. Particularly, capillary re-equilibration caused by capillary effects inducing liquid flow to equilibrate Laplace pressure throughout the partially saturated regions of the samples, and, the inward development of an apparent dry region from the surface of the sample exposed to the airflow.In details, this manuscript shows that at all time capillary-equilibration enables to maintain a homogeneous saturation within the wet region of the porous sample and two regimes may be distinguished from considerations on the drying rate and the pore size of the material. Namely, for pore sizes superior to a couple of nano meters, a first regime exhibits a high drying rate down to lower saturation with increasing pore size, followed by a second regime where a dry region develops from the sample free surface, resulting in a falling rate period. Note that deformation such as shrinkage and crack may convey the extension of the period of high rate. However, in smaller pores the small curvature of the air-water interface limits the evaporation rate from the very beginning of the process and gives rise to a progressively decreasing drying rate while a homogeneous distribution of water is maintained throughout the sample. This last piece of information emphasizes that in nano-pores capillary equilibration still occurs in a series of instantaneous scattered rearrangements of liquid throughout the sample and finally that the flowing properties of the liquid strongly differ from standard unidirectional liquid flow

People suffering from certain types of arrhythmia may benefit from the implantation of a cardiac pacemaker. Pacemakers artificially stimulate the heart by applying short electrical pulses to the cardiac tissue to restore and maintain a steady heart rhythm. By adjusting the pulse delivery rate the heart is stimulated to beat at desired pace. The stimulation pulses are transferred from the pacemaker to the heart via an electrode, which is implanted into the cardiac tissue. Additionally, the electrode must also sense the cardiac response and transfer those signals back to the electronics in the pacemaker for processing. The communication between the electrode and the tissue takes place on the electrode/electrolyte (tissue) interface. This interface serves as the contact point where the electronic current in the electrode is converted to ionic currents capable to operate in the body. The stimulation/sensing signals are transferred across the interface via three electrochemical mechanisms: i) non-faradaic charging/discharging of the electrochemical double layer, ii) reversible and iii) irreversible faradaic reactions. It is necessary to study the contribution of each mechanism to the total charge transferred to evaluate the pacing/sensing performance of the pacemaker electrode. In this thesis, the electrochemical properties and performance of stimulation/sensing electrodes for pacemaker applications have been investigated by electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry and transient electrochemical techniques. All measurements were performed in synthetic body fluid with buffer capacity. Complementary surface analysis was performed with scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The results reveal different interfacial behaviour and stability for electrode materials such as Pt, TiN, porous carbon, conducting oxides (RuO2 and IrO2 and mixed oxides) and porous Nb2O5 oxide. The influence of the charge/discharge rate on the electrode characteristics also has been evaluated. Although the rough and porous electrodes provide a high interfacial capacitance, the maximum capacitance cannot be fully employed at high charge/discharge rates because only a small part of the effective surface area is accessible. The benefit of pseudo-capacitive material properties on charge delivery was observed. However, these materials suffer similar limitations at high charge/discharge rate and, hence, are only utilising the surface bound pseudo-capacitive sites. Porous Nb2O5 electrodes were investigated to study the performance of capacitor electrodes. These electrodes predominantly deliver the charge via reversible non-faradaic mechanisms and hence do not produce irreversible by-products. They can deliver very high potential pulses while maintaining high impedance and, thus, charge lost by faradaic currents are kept low. By producing Nb oxide by plasma electrolysis oxidation a porous surface structure is obtained which has the potential to provide a biocompatible interface for cell adherence and growth. This thesis covers a multidisciplinary area. In an attempt to connect diverse fields, such as electrophysiology, materials science and electrochemistry, the first chapters have been attributed to explaining fundamental aspects of the respective fields. This thesis also reviews the current opinion of pacing and sensing theory, with special focus on some areas where detailed explanation is needed for the fundamental nature of electrostimulation/sensing. / QC 20101014