L'étude des nanobulles de vapeur générées autour de nanoparticules métalliques chauffées par un laser dans de l'eau a connu un intérêt croissant au cours de la dernière décennie, motivé notamment par leur utilisation potentielle pour des applications biomédicales. Ces travaux sont majoritairement expérimentaux et il n'existe pas de description complète des phénomènes physiques régissant la génération et la dynamique des nanobulles. L'objet de cette thèse est de répondre à ces questions fondamentales par la résolution numérique d'un modèle fondé sur les équations de conservation locales dans le fluide (masse, quantité de mouvement et énergie) et prenant en compte la thermodynamique du fluide, les effets capillaires et la résistance thermique à l'interface or-fluide. Par la résolution de ce modèle, nous avons accès à la thermodynamique du fluide avant sa vaporisation et pendant la durée de l'existence des nanobulles, ce qui permet la description de leur dynamique. Dans un second temps, nous définissons le critère de vaporisation dans le fluide par le franchissement de la température spinodale du fluide. Enfin, nous effectuons le bilan énergétique de la production et de la croissance des nanobulles, pour optimiser le transfert énergétique entre le laser et la nanobulle. Nous nous intéressons enfin à la conductance thermique d'interface due au couplage électron-phonon entre un métal et un diélectrique. Après avoir souligné l'influence de ce type de couplage sur le transfert énergétique interfacial, nous présentons des résultats préliminaires concernant le chauffage d'un fluide par des nanoparticules de type cœur-coquille or-silicium / Nanobubbles produced around metal nanoparticles heated by a laser pulse have received an increasing interest over the last decade. This interest is motivated by the possible use of those nanobubbles as an agent for cancer therapy. Existing studies are mainly experimental and a complete description of the mechanisms controlling the nanobubbles generation and evolution is still lacking. The aim of this thesis is to answer those fundamental issues by numerically solving a model based on the conservation equations inside the fluid (mass, momentum and energy). This model accounts for the thermodynamics of the fluid, capillary effects and a thermal interface resistance across the particle-fluid interface. Solving this model gives information about the thermodynamics of the fluid before and after its vaporization, which allows for the description of the bubbles dynamics. Then, we can define a criterion for bubbles generation, which corresponds to the crossing of the spinodal temperature of the fluid. Finally, we investigate the role played by the interface thermal resistance arising from electron-phonon couplings between a metal and a dielectric. We present some preliminary results concerning the heating of a fluid with core-shell nanoparticles

Ce mémoire est consacré au développement et à l'application d'une méthode permettant de caractériser finement les propriétés physiques (densité d'hélium, pression, diamètre, morphologie) de bulles d'hélium de taille nanométrique pour in fine améliorer la compréhension du comportement de ces nano-systèmes. L'approche que nous avons choisie est basée sur la spectroscopie de pertes d'énergie des électrons et l'acquisition de spectres images en microscopie électronique en transmission filtrée en énergie. Les différentes étapes d'acquisition, de correction des aberrations, et de traitement des spectres sont détaillées. L'erreur sur la mesure est estimée, et des améliorations potentielles de la méthode sont discutées. Nous montrons de plus que cette approche permet non seulement de dépasser les limites imposées par la microscopie électronique en transmission à balayage habituellement utilisée, mais aussi d'aller au-delà, en terme de statistique notamment. Nous appliquons ensuite notre méthode pour déterminer les propriétés physiques de bulles d'hélium dans le silicium, lors de recuits thermiques in situ dans le microscope. L'évolution des caractéristiques morphologiques des bulles est mise en rapport avec la variation de la densité d'hélium qu'elles contiennent suite à ces recuits. Les valeurs de densité et de pression obtenues sont comparées aux valeurs disponibles dans la littérature par des méthodes expérimentales ou numériques. Enfin, le transfert de notre méthode pour l'étude de bulles dans d'autres matrices (germanium, carbure de silicium, euxénite) est discuté. / This thesis is dedicated to the development and application of a method allowing for the fine characterization of the physical properties (density, diameter, pressure and morphology) of helium bubbles at the nanometric scale, to eventually improve the understanding of the behavior of these nano-systems. The chosen approach is based on electron energy loss spectroscopy and the acquisition of spectral images by energy-filtered transmission electron microscopy. The acquisition, aberration correction, and data analysis steps are detailed. The measurement error is estimated, and potential improvements are discussed. We additionally show that this method is not only able to overcome the limits imposed by commonly used scanning transmission electron microscopy, but also to go further, notably in a statistical way. We then apply our method to determine the physical properties of helium bubbles in silicon, during in situ thermal annealing in the microscope. The evolution of the morphological characteristics of the bubbles is put in relation with the variation of the density of the helium contained following these annealings. The density and pressure values are compared to those available in the litterature through experimental and numerical methods. Finally, the translation of this method towards the study of bubbles in other matrices (germanium, silicon carbide, euxenite) is discussed.