En présence de désordre, la diffusion des particules peut être complètement annihilée, donnant lieu à la fameuse localisation d’Anderson. En dimension trois, une transition de phase sépare une telle phase isolante du régime diffusif. À partir de différentes approches théoriques et numériques, cette thèse a pour objectif de déterminer l’effet des interactions entre particules sur la localisation d’Anderson et sur la transition d’Anderson, dans le contexte expérimental des condensats de Bose-Einstein. Dans le cas unidimensionnel, la compétition entre désordre et interaction induit l’existence de trois régimes dynamiques dont les caractéristiques sont étudiées grâce à une approche spectrale. En nous appuyant sur le modèle du rotateur frappé quasi-périodique, nous caractérisons l’émergence du régime sub-diffusif qui tend à remplacer le régime localisé dans le cas tridimensionnel. Nous étudions également la dynamique des excitations du système et démontrons l’universalité de la transition d’Anderson vis-à-vis des quasi-particules de Bogoliubov. Dans l’objectif d’étudier la validité de l’équation de Gross-Pitaevskii, nous nous sommes enfin intéressés à une nouvelle approche, la méthode de la troncature d’Husimi. Celle-ci nous permet d’envisager une étude de la compétition entre désordre et interaction enrichie par la prise en compte du bruit quantique. / In a disordered potential, the diffusive transport of non-interacting particles can be inhibited, a phenomenon known as Anderson localization. In three dimensions, there exists a quantum phase-transition between localized (insulator) and diffusive (metal) dynamics. A long-standing question is the effect of interactions on such dynamics. The goal of this thesis is to investigate this problem theoretically and numerically in the experimental framework of Bose-Einstein condensates. In one dimension, the interplay between disorder and interactions leads to the existence of three regimes which are characterized with a spectral approach. In three dimensions, using a “quantum simulator” of the 3D Anderson model we show the emergence of sub-diffusion in lieu of Anderson localization. Considering the excitations of the system in the very weakly interacting regime, we also demonstrate that the concept of universality of the Anderson transition also applies to Bogoliubov quasi-particles. Finally, we show the relevance of a new method, the truncated Husimi method, in order to take into account the effect of quantum noise on interacting disordered systems.

Cette thèse présente des résultats théoriques sur le chaos dans les systèmes quantiques. Dans sa première partie, nous étudions la dynamique du rotateur pulsé. Ce système, qui est la référence pour l'étude du chaos quantique, présente un gel de la diffusion en impulsion, appelé localisation dynamique. Celle-ci est un phénomène purement quantique basé sur des interférences destructives. Comme tout phénomène d'interférence, la localisation dynamique est affectée par l'émission spontanée. Dans cette thèse, nous proposons une méthode basée sur la spectroscopie Raman, pour limiter l'impact de l'émission spontanée. Nous menons une étude analytique complète de la dynamique, en très bon accord avec nos simulations numériques. Du fait de sa périodicité temporelle, le rotateur pulsé présente aussi des résonances quantiques, qui sont l'analogue de l'effet Talbot optique. En décrivant ces résonances dans l'espace des positions, nous en donnons une image simple et intuitive, basée sur des notions classiques comme la force. Les condensats de Bose-Einstein ont ouvert la voie à l'obtention de phénomènes quantiques nouveaux. La non-linéarité de leur équation d'évolution permet notamment l'observation du chaos quasi-classique. Nous proposons ici une méthode pour le détecter, basée sur la mesure de la position moyenne du condensat. Cette méthode, dont la validité est confirmée par les exposants de Lyapunov du système, permet de distinguer sans équivoque les trajectoires chaotiques et régulières. / This thesis contains theoretical results about chaos in quantum systems. ln its first part, we study the dynamics of the quantum kicked rotor. This system, which is paradigmatic of quantum chaos, exhibits dynamical localization, a decay of diffusion in momentum space. The latter is a purely quantum phenomenon, as it is based on destructive interferences. As aIl interference effects, dynamical localization is affected by spontaneous emission. ln this manuscript, we propose a method to decrease the effect of spontaneous emission, by using Raman spectroscopy. We perform a full analytical study in very good agreement with our numerical simulations. As a consequence ofits temporal periodicity, the kicked rotor also exhibits quantum resonances, the analogy of the optical Talbot effect. By describing them in position space, we provide a simple and intuitive image of the resonances, based on classical notions like force. Bose-Einstein has enabled the study ofunprecedented quantum phenomena. ln particular, the nonlinearity of their evolution equation has made possible the observation of quasi-classical chaos. Here, we propose a method to detect chaos, by measuring the averaged position of the condensate. This method enables us to clearly distinguish chaotic and regular trajectories. Its validity is confirmed by the calculation of the system Lyapunov exponents.

Ce document propose une démarche expérimentale permettant de reproduire les écoulements pulsés, que l’on retrouve dans le collecteur d’échappement d’un moteur, sur les caractéristiques des performances d’un turbocompresseur de suralimentation. Une étude comparative des différents moyens d’essais existants, permettant de reproduire les effets pulsés en entrée de la turbine d’un turbocompresseur, est présentée. Elle permet d’évaluer les avantages et les inconvénients de chacun pour définir un cahier des charges de fonctionnalité d’un nouveau banc d’essai Les travaux permettant la mise en oeuvre de l’instrumentation spécifique propre à répondre aux besoins de développement de ce moyen d’essai sont exposés. Le principal objectif est pouvoir obtenir une mesure du débit instantané ainsi que celle de la température instantanée. Les premiers résultats obtenus avec les conditions d’essais utilisant le système mis en place pour simuler le régime pulsé, complétés par une analyse des différentes procédures d’exploitation, montrent qu’il est possible de restituer des essais cohérents en régime d’écoulement stationnaire et pulsé afin de les comparer. Les possibilités d’exploiter d’autres résultats sont évoquées, compte tenu de la flexibilité du banc ; il est en effet possible faire varier de façon indépendantes plusieurs types de conditions d’écoulements pulsés pour simuler, par exemple, différents points de charge d’un moteur donné ou de simuler différentes valeurs du nombre de cylindres. / The document presents the results of an experimental work devoted to create pulse flows, independently from a real car engine, equivalent to the exhaust pipe engine flow characteristics, on the overall performances of a turbocharger. A comparative analysis on existing test stands that are able to perform such flow conditions is presented. This allows defining a new test stand which specific conditions that are not already covered by previous test stands. All steps concerning the ability to set up of the new test stand and more specifically instrumentation development and acquisition systems are detailed. First set of results obtained with the test stand, in pulse conditions, are presented with some analysis on performance comparisons between steady and pulse inlet conditions at the turbocharger inlet section. The new pulse test stand allows performing more flexible variations of inlet flow unsteady conditions, different thrust load values and number of motor cylinders as well

Dans les technologies CMOS sur substrat FDSOI, la consommation de silicium dans les zones sources/drains des transistors par les étapes successives de gravure est un paramètre critique. La gravure plasma des espaceurs de Si3N4, qui a lieu après la gravure de la grille, doit permettre la fabrication d'espaceurs au profil droit déterminant la longueur effective du canal sous la grille tout en minimisant la consommation de la couche mince de silicium sous-jacente. De plus, l'état de surface du silicium généré par la gravure des espaceurs ne doit pas entraver la croissance de silicium par épitaxie nécessaire à la fabrication des zones sources/drains surélevées.L'étude des procédés actuels de gravure des espaceurs basés sur des chimies CHxFy/O2 nous apprend que le silicium est consommé par oxydation lors de l'atterrissage du plasma sur le silicium. De plus, l'analyse XPS montre que du carbone est implanté par les ions du plasma dans le substrat de silicium, et celui-ci empêche la recroissance de silicium par épitaxie. Nous sommes en mesure de réduire cette concentration de carbone sans pour autant augmenter la consommation de silicium par l'utilisation de post-traitements plasmas non-oxydants à base d'hydrogène.Fort de cette analyse mettant en avant les limitations des procédés actuels, nous avons développé et caractérisé des procédés de gravure des espaceurs de Si3N4 utilisant des plasmas CH3F/O2/He pulsés synchronisés. La modulation en impulsions courtes avec de faibles rapports cycliques diminue la dose d'ions énergétique reçue par le substrat, ce qui permet de réduire l'épaisseur de silicium oxydé ainsi que la concentration de carbone implanté. L'ajout dans le plasma d'un gaz contenant du silicium, le SiCl4 ou le SiF4, entraine également une réduction de la consommation de silicium grâce au dépôt d'une couche SiOxFy par les radicaux de la phase gazeuse. Le meilleur résultat est obtenu avec un plasma CH3F/O2/He pulsé à 1kHz et 10% de rapport cyclique auquel sont ajoutés 5 ou 10 sccm de SiF4 : la consommation de silicium est alors quasi nulle.Une méthode de gravure alternative basée sur l'implantation d'ions He+ et H+ suivie d'une gravure humide dans une solution HF a également été développée et évaluée pour la gravure des espaceurs de Si3N4. Ce procédé de gravure novateur ne génère aucune consommation de silicium et présente des résultats très prometteurs. / In CMOS technologies on FDSOI substrate, the silicon recess in transistor's source/drain regions caused by multiple etch steps is a critical parameter. The plasma etching of Si3N4 spacers, which occurs after the gate etch step, must allow the fabrication of straight spacer profiles which will define the effective channel length under the gate, while minimizing the consumption of the underlying silicon thin film. Moreover, the silicon surface state generated by the spacers etching must not prevent the epitaxial silicon growth used for the realization of raised source/drain regions.The study of current spacers etch processes based on CHxFy/O2 chemistries shows that silicon is consummated by oxidation when the plasma lands on the silicon surface. Furthermore, the XPS analysis shows that carbon is implanted in the silicon substrate by plasma ions, and that it inhibits the silicon epitaxial regrowth. We are able to reduce the implanted carbon concentration without any additional silicon recess by using non-oxidizing plasma post-treatments based on hydrogen.After identifying the limitations of current etch processes, we developed and characterized Si3N4 spacers etch processes using synchronously pulsed CH3F/O2/He plasmas. The modulation in short pulses with low duty cycles decreases the dose of high energy ions bombarding the substrate, which allows to reduce the oxidized silicon thickness as well as the concentration of implanted carbon. The addition in the plasma of a Si-containing gas, SiCl4 or SiF4, also leads to a reduction of the silicon consumption thanks to the deposition of a SiOxFy layer by radicals from the gas phase. The best result is obtained with a CH3F/O2/He plasmas pulsed at 1 kHz and 10% duty cycle with the addition of 5 or 10 sccm of SiF4 : the silicon recess is then almost zero.We also developed and evaluated an alternative etching technique, based on the implantation of He+ and H+ ions followed by a HF wet etch, for the etching of Si3N4 spacers. This innovative etch process does not generate any silicon recess and shows some promising results.

La réfrigération magnétique est une alternative verte et théoriquement plus efficace que les systèmes de refroidissement classiques utilisant des cycles de détente/compression de gaz nocifs pour l'environnement comme les CFC et les HCFC. Malheureusement, les meilleurs matériaux utilisés actuellement dans les prototypes de réfrigération magnétique sont très dispendieux (5000$/kg pour le Gd) ce qui limite leur utilisation. La découverte de l'effet magnétocalorique géant en 1997 près de la température ambiante a fait exploser le nombre de publications dans le domaine. La recherche du matériau idéal était lancée. Les principales caractéristiques recherchées sont un grand effet magnétocalorique et une grande capacité réfrigérante. L'effet magnétocalorique correspond au changement d'entropie lors de l'application d'un champ magnétique. Elle est importante près des transitions magnétiques. Parmi les familles de matériaux étudiées pour leur effet magnétocalorique, on retrouve les manganites. Avec des structures cristallines apparentées, le La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6 (LNMO) et le Pr[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6 (PNMO), des doubles pérovskites, possèdent des transitions magnétiques légèrement sous la température ambiante, soit 280 K et 212 K. De plus, le caractère isolant, la stabilité et le faible coût de ces matériaux leur procurent un net avantage pour leur intégration dans des systèmes de réfrigération magnétique. Dans ce mémoire, la croissance par ablation laser pulsé de couches minces de doubles pérovskites (La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6, Pr[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6) et d'hétérostructures de ces composés a été effectuée. Une caractérisation de la structure des échantillons à l'aide de la diffraction des rayons X a permis d'analyser les variations des paramètres de réseau en plan et hors plan en fonction de la température et de la pression d'oxygène lors de la croissance. La texture des couches a également été mesurée. La structure des échantillons a pu être mise en relation avec les propriétés magnétiques des matériaux. La variation de pression d'oxygène lors de la croissance permet de contrôler la proportion des phases ordonnée et désordonnée magnétiquement dans les échantillons de La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6. L'aimantation à saturation ainsi que les températures de transition des phases ordonnée et désordonnée du LNMO sont obtenues à l'aide de mesures d'aimantation en fonction du champ magnétique et en fonction de la température respectivement. L'effet magnétocalorique a été mesuré sur tous les échantillons pour des gammes de températures allant de 10 K à 320 K. La variation d'entropie maximale de 2,1 J/kgK pour un champ magnétique de 0-7T est obtenue pour l'échantillon à 300 mTorr. Par contre, la présence de la phase désordonnée dans certains échantillons élargit le pic de variation d'entropie en fonction de la température augmentant ainsi la capacité réfrigérante de l'échantillon. La capacité réfrigérante est alors comparable à celle du Gd[indice inférieur]5Ge[indice inférieur]2Si[indice inférieur]2. De plus, une variation d'entropie en forme de plateau sur une très large gamme de température (55 K à 298 K) maximise l'efficacité des cycles thermodynamiques. Un plateau s'étalant sur une aussi grande gamme de température n'avait jamais encore été observé. Une autre technique pour élargir le pic de variation d'entropie est de combiner deux matériaux possédant des transitions magnétiques rapprochées en température. Une bicouche de LNMO/PNMO et une tricouche de LNMO/LPNMO(LaPrNiMnO[indice inférieur]6)/PNMO ont donc été déposées. Un plateau de variation d'entropie a été obtenue sur une gamme de température allant de 152 K à 298 K. Par contre, des problèmes dans la croissance du LPNMO ont nui au magnétisme et réduit grandement l'effet magnétocalorique. La faible aimantation rémanente, le faible champ coercitif et la nature isolante des échantillons leurs procurent également un avantage pour une application dans un système de réfrigération magnétique.

Le contrôle de bruit est un domaine de recherche très fertile. Que ce soit pour du contrôle actif ou passif, de nombreuses recherches sont menées pour améliorer les méthodes existantes ou pour trouver de nouveaux procédés. Ainsi, dans le domaine du contrôle actif, de nouveaux moyens de production d’anti-bruit sont développés en vue de les substituer aux duos amplificateur/haut-parleur fragiles, gourmands en énergie et encombrants. Le sujet abordé ici est la conception et la réalisation d’un prototype capable de générer de forts niveaux de bruit à partir d’une source d’écoulement d’air à fort débit. Le prototype servira ensuite de source pour le contrôle actif du bruit d’un ventilateur. Pour atteindre ces performances, un design simple a été développé : l’obstruction périodique de l’écoulement d’air comprimé génère une source acoustique harmonique à la fréquence d’obstruction de l’écoulement. Le contrôle de la vitesse de l’obstruction gère la fréquence et la phase de l’anti-bruit émis. Le dispositif conçu dans ce projet permet de générer un bruit tonal réglé en phase et en fréquence sur une référence, pour une pression acoustique de 110 dB à 1 m.

Ce travail a été effectué dans le cadre d’études de la miniaturisation d’un cryo-réfrigérateur de type tube à gaz pulsé (TGP) et particulièrement pour mieux comprendre l’écoulement et le transfert de chaleur dans un régénérateur, l’élément clé du TGP.Nous présentons les études numérique et expérimentale du facteur de frottement et du nombre de Nusselt pour les écoulements stationnaires et continus à nombre de Reynolds modéré O(1 − 100) au sein d’un régénérateur micro-fabriqué. L’influence de la porosité et de la géométrie est étudiée. La micro-structure précisément contrôlée représente des canaux incurvés de largeur de 10, 20 et 40 μm et de profondeur de 100 à 300 μm qui forment un réseau de colonnes ayant des profiles de losanges ou sinusoïdaux. Les micro-canaux sont gravés sur un substrat de silicium par la technologie DRIE. Une technologie d’implantation de thermomètres à l’intérieur de la micro-structure de régénérateur a été développée et mise en œuvre. Les performances des micro-régénérateurs ont été étudiées selon deux approches : la première se base sur le rapport des pertes de charges dans l’écoulement et de l’efficacité du transfert thermique (NPH/NTU) ; la deuxième, sur le coefficient de transfert de chaleur globale proposé par Bejan. L’étude numérique de ces deux critères montre tout le potentiel des micro-structures proposées. / This research is done in the framework of miniaturisation of pulse tube cryocoolers studies and especially to gain a better understanding of the mass flow and heat transfert in the regenerator, which is a crucial component of these type of cryocoolers.In this work we present a numerical and experimental study of the Darcy-Weisbach friction factor and Nusselt number for a continuous and steady flow at moderate Reynolds number O(1−100) in a micro-machined regenerators. The influence of porosity from 40 to 80 % and of the geometry parameters are studied. Well-controlled microstructures represent convoluted channels of 10, 20 or 40 μm width and 100 or 300 μm depth generated by rhombic- or sinusoidal-shaped columns.The channels are etched in Silicon wafers using DRIE MEMS technology. The thermometers are integrated inside the regenerator’s micro-structure to measure the temperature evolution. The efficiency of the regenerators is estimated using two different approaches : the first, as a ratio of pressure drop losses and heat transfer efficiency (NPH/NTU) ; the second, as a volumetric heat transfer density coefficient proposed by Bejan. The numerical study of the efficiency shows theinterest of proposed micro-structures.

Les écoulements stationnaires et pulsés sont examinés dans deux géométries bloquées. Les géométries utilisées sont des modèles d'artères sténotiques, une condition commune ou une contraction localisée grandit dans une artère. Les géométries sont des modèles simplifiés de la réalité physiologique d'une sténose, l'intention de l'étude étant d'isoler et de décrire les caractéristiques fondamentales des écoulements sténotiques. L'étude se concentre sur l'effet de la variation du taux de blocage sur l'écoulement et sa stabilité. La première partie de la thèse présente une investigation de l'écoulement stationnaire à travers une conduite bidimensionnelle, avec une contraction asymétrique semi-circulaire. Les variations de la dynamique et de la stabilité et du sillage avec le nombre de Reynolds et le taux de blocage sont présentés. Le mode primaire de l'instabilité est décrit et son mécanisme déterminé analytiquement comme étant une instabilité elliptique. La deuxième partie concerne une géométrie cylindrique avec une contraction axisymétrique. Les écoulements stationnaires et pulsés sont examinés numériquement et expérimentalement. Numériquement, les différents modes linéaires d'instabilité sont identifiés. Expérimentalement, l'influence importante d'une instabilité convective est observée. Pour l'écoulement stationnaire, des comparaisons entre le comportement périodique de l'instabilité convective et la réponse d'un forçage sur l'écoulement stable sont effectuées. Pour l'écoulement pulsé, l'instabilité convective domine pour la plupart des cas considérés. La dépendance du nombre de Reynolds et du taux de blocage des deux formes d'instabilité est étudiée.

Trois techniques de mesure différentes ont été utilisées pour étudier la distribution des fluides dans un lit fixe : la tomographie à fils, le collecteur de liquide et un ensemble de thermistances. La tomographie à fils, dont la première application dans le cadre des lits fixes est décrite ici, a permis, tout comme le collecteur de liquide, d'obtenir des résultats intéressants concernant l'influence de paramètres tels que la distribution initiale, le type de chargement et les débits de fluides sur la distribution du liquide. L'étude a notamment montré l'importance de bien définir la maldistribution de liquide en termes de la grandeur mesurée et a apporté un regard critique vis-à-vis des consensus généraux concernant l'effet sur la distribution de liquide de paramètres tels que le débit de gaz (dont les expériences ont montré qu'elle dépend du distributeur utilisé) et le type de chargement (l'hypothèse selon laquelle le chargement dense disperse mieux le liquide dans la direction radiale par rapport au chargement lâche n'a pas été vérifié). Une étude réalisée en régime à haute interaction a permis aussi d'observer la relation étroite qui existe entre la distribution initiale et le régime d'écoulement.

La mise en œuvre des réfrigérateurs à dilution implique la consommation d'4He liquide. Ces réfrigérateurs ne sont pas autonomes et leur utilisation devient ainsi contraignante et onéreuse lorsque les laboratoires ne disposent pas de système de reliquéfaction.<br />A la fin des années 1990, les tubes à gaz pulsé bi-étagés commerciaux ont atteint des performances telles, que l'idée de les utiliser à la place des bains d'4He classiques commençé à émerger. Quelques prototypes de laboratoire furent ainsi développés, dont un exemplaire commercialisé par l'Air Liquide en collaboration avec le CNRS-CRTBT.<br />Cette thèse, réalisée au CRTBT et cofinancée par l'Air Liquide, a permis d'étudier le couplage d'un réfrigérateur à dilution avec un tube à gaz pulsé afin de réaliser un appareil commercial offrant des performances comparables, en volume expérimental et puissance froide, aux réfrigérateurs classiques de moyenne puissance.<br />Dans un premier temps, nous avons porté notre attention sur la réalisation du cryostat. L'absence de fluides cryogéniques permettant la thermalisation homogène des diverses entités, ainsi que la puissance frigorifique limitée par les performances du tube à gaz pulsé et les vibrations générées par ce dernier constituaient les principales caractéristiques de notre étude.<br />Nous avons réalisé un cryostat offrant un volume expérimental de 750 mm sur un diamètre de 200 mm. Le temps de prérefroidissement est de 12 heures entre 300 K et 4,2 K.<br />Dans un second temps, nous avons étudié l'intégration du réfrigérateur à dilution.<br />Le prérefroidissement de l'injection d'3He entre 300 K et 4,2 K nous a amenés à développer un système de thermalisation spécifique permettant d'optimiser l'utilisation des ressources du tube à gaz pulsé. Ce développement a abouti à un brevet CNRS-Air Liquide. <br />Le prérefroidissement entre 4,2 K et la température de l'évaporateur a constitué un travail important concernant l'étude du principe de refroidissement par échangeurs Joule-Thomson.<br />Nous avons ainsi atteint des températures inférieures à 10 mK et obtenu des débits de circulation allant de 90 à 200 micromoles par seconde avec des temps de condensation de l'ordre de 2 heures pour un réfrigérateur à deux échangeurs discrets.