Le rayonnement joue un rôle important dans de nombreuses applications industrielles, en particulier celles mettant en jeu un processus de combustion. Cependant, son influence sur les écoulements turbulents, notamment les couches limites, n’est pas encore bien connu. L’objectif est ici d’analyser en détail l’effet du rayonnement sur les écoulements turbulents. Utilisant le modèle CK pour décrire les propriétés radiatives des gaz, une approche optimisée de la méthode de Monte-Carlo (OERM) basée sur l’émission et le principe de réciprocité est développée. La méthode OERM permet de contrôler localement l’imprécision des résultats tout en corrigeant l’inconvénient de la méthode originale en introduisant une nouvelle fonction de répartition des fréquences basée sur la température maximale du domaine. Plusieurs écoulements de canal plan turbulent sous différentes conditions de pression, de températures et d’émissivités de parois sont résolus par simulation numérique directe (DNS). Les simulations DNS de l’écoulement et du champ de rayonnement par la méthode OERM sont entièrement couplées. L’impact du rayonnement sur le champ moyen de température et ses fluctuations est analysé en détail. La modification du profil de température moyenne induit un changement des flux de chaleur conductifs aux parois et de nouvelles lois de paroi pour la température lorsque le rayonnement est pris en compte. L’impact sur les fluctuations de température et le flux de chaleur par transport turbulent est étudié au travers de leurs équations de transport respectives dont l’équilibre est modifié par le rayonnement. Une nouvelle normalisation (wall-scaling) basée sur le bilan d’énergie est proposée pour améliorer le recouvrement des profils obtenus sous les différentes configurations étudiées avec et sans transfert radiatif. Cette normalisation permet d’introduire un modèle pour le nombre de Prandtl turbulent lorsque le rayonnement est pris en compte. Afin de prédire l’effet du rayonnement sur la zone proche paroi et sa modification des lois de paroi, un modèle de paroi pour la simulation aux grandes échelles (LES) est développé. Les équations 1D de couche limite turbulente à l’équilibre sont résolues sur une grille intégrée au maillage LES pour traiter la zone interne. La contrainte pariétale et le flux de chaleur conductif obtenus sont renvoyés au code LES. La puissance radiative dans l’équation d’énergie du modèle de paroi 1D est évaluée à partir d’un modèle analytique. Le modèle de paroi est validé par comparaison avec les résultats des calculs couplés DNS/Monte-Carlo. Deux critères sont finalement proposés et validés. Le premier a pour but de prédire l’importance du flux radiatif pariétal tandis que le second détermine si un modèle de paroi prenant en compte l’effet du rayonnement dans la zone interne de la couche limite est nécessaire. Une étude paramétrique est ensuite réalisée où un modèle κ-ϵ et un modèle de nombre de Prandtl turbulent sont utilisés pour estimer les champs moyens de vitesse et température d’écoulements de canal plan sous différentes conditions. Les valeurs des critères obtenues sont analysées puis comparées. / If radiation plays an important role in many engineering applications, especially in those including combustion systems, influence of radiation on turbulent flows, particularly on the turbulent boundary layers, is still not well known. The objective is here to perform a detailed study of radiation effect on turbulent flows. An optimized emission-based reciprocal (OERM) approach of the Monte-Carlo method is proposed for radiation simulation using the CK model for radiative gas properties. OERM allows the uncertainty of results to be locally controlled while it overcomes the drawback of the original emission-based reciprocity approach by introducing a new frequency distribution function that is based on the maximum temperature of the domain. Direct Numerical Simulation (DNS) has been performed for turbulent channel flows under different pressure, wall temperatures and wall emissivity conditions. Flow field DNS simulations are fully coupled with radiation simulation using the OERM approach. The role of radiation on the mean temperature field and fluctuation field are analyzed in details. Modification of the mean temperature profile leads to changes in wall conductive heat fluxes and new wall laws for temperature when radiation is accounted for. The influence on temperature fluctuations and the turbulent heat flux is investigated through their respective transport equations whose balance is modified by radiation. A new wall-scaling based on the energy balance is proposed to improve collapsing of wall-normal turbulent flux profiles among different channel flows with/without considering radiation transfer. This scaling enables a new turbulent Prandtl number model to be introduced to take into account the effects of radiation. In order to consider the influence of radiation in the near-wall region and predict the modified wall law, a one-dimensional wall model for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The 1D turbulent equilibrium boundary layer equations are solved on an embedded grid in the inner layer. The obtained wall friction stress and wall conductive flux are then fed back to the LES solver. The radiative power term in the energy equation of the 1D wall model is computed from an analytical model. The proposed wall model is validated by a comparison with the former DNS/Monte-Carlo results. Finally, two criteria are proposed and validated. The first one is aimed to predict the importance of wall radiative heat flux while the other one predicts whether a wall model accounting for radiation in the near wall region is necessary. A parametric study is then performed where a k-ǫ model and a turbulent Prandtl number model are applied to simulate the velocity and temperature field of different channel flows under various flow conditions. The obtained criteria values are analyzed and compared.

Les effets des transferts radiatifs sur les écoulements de convection naturelle sont étudiés en régimes transitionnel et turbulent. On considère des mélanges air/H2O/CO2 confinés dans des cavités cubiques différentiellement chauffées. Des simulations numériques de référence sont entreprises jusqu'à Ra=3x108 en couplant une méthode spectrale de collocation pour l'écoulement et une méthode de lancer de rayons, associée à un modèle ADF, pour le rayonnement. Pour l'étude du régime turbulent, une modélisation des transferts radiatifs basée sur un filtrage spatial est proposée : les contributions filtrées sont résolues par la méthode de lancer de rayons sur un maillage lâche et les contributions de sous-maille sont résolues de manière analytique dans l'espace de Fourier. Ce modèle est combiné à la simulation numérique directe de l'écoulement à Ra=3x109. Les transferts radiatifs ont pour effet de diminuer la stratification thermique verticale et d’augmenter la circulation générale. Lorsque les six parois de la cavité sont noires et le gaz transparent, deux zones de stratification thermique instable apparaissent en amont des couches limites verticales. Dès Ra=5x106, une instabilité de type Rayleigh-Bénard se développe dans ces zones, induisant des écoulements instationnaires. Lorsque les parois adiabatiques sont parfaitement réfléchissantes, les parois isothermes noires et le gaz rayonnant, des écoulements instationnaires chaotiques sont obtenus à partir de Ra=3x107. Des rouleaux contra-rotatifs à la sortie des couches limites verticales sont observés, ce qui suggère qu'une instabilité de force centrifuge soit responsable de la transition. / Radiative transfer effects on natural convection flows are investigated in transitional and turbulent regimes. Air/H2O/CO2 mixtures contained in cubical differentially heated cavities are considered. Benchmark numerical simulations are carried out up to Ra=3x108 by coupling a spectral collocation method for the flow and a ray tracing method, associated with an ADF model, for radiation. In order to study the turbulent regime, a radiative transfer model based on spatial filtering is proposed: filtered contributions are solved with the ray tracing method on a coarse grid and sub-grid contributions are obtained analytically in Fourier space. This model is combined with the direct numerical simulation of the flow at Ra=3x109. The effects of radiative transfer are a decrease of the vertical thermal stratification and an increase of the flow driven in the cavity. When the six cavity walls are black and the gas is transparent, two unstably stratified zones appear upstream the vertical boundary layers. From Ra=5x106, a Rayleigh-Bénard type instability in these zones triggers the unsteadiness. When the adiabatic walls are perfectly reflecting, the isothermal walls are black and the gas is participating, unsteady chaotic flows are obtained in this case from Ra=3x107. Counter rotating rolls at the exit of the vertical boundary layers are observed, which suggests that transition to unsteadiness is due to centrifugal forces.

La caractérisation des contraintes internes présentes dans les matériaux de structure ou fonctionnels est primordiale pour une optimisation de leurs propriétés et de leur tenue en service. Ce travail de thèse est une contribution au développement d'une technique de microscopie par diffraction des rayons X, appelée "Differential Aperture X-ray Microscopy", (DAXM, permettant la caractérisation 3D et non-destructive de la microstructure de matériaux cristallins et des contraintes internes présentes dans le matériau. Cette technique est basée sur l'utilisation du rayonnement synchrotron; nous avons utilisé la ligne CRG BM32 du synchrotron européen ESRF. Le faisceau de rayons incident est polychromatique (5-25keV) et fortement focalisé (section sub-micrométrique). En raison la pénétration du faisceau dans le matériau, qui est typiquement de quelques dizaines de microns, l'image de diffraction collectée est une superposition des diagrammes de Laue de tous les cristaux situés sur le trajet du faisceau incident. La DAXM utilise, en supplément de la microdiffraction Laue "classique", un masque mobile (ici un fin fil de tungstène) qui absorbe une partie des faisceaux diffractés. L'analyse de l'évolution des niveaux de gris des pixels de l'image en fonction de la position du masque permet non seulement de reconstruire la microstructure du matériau en profondeur mais aussi d'accéder à la distribution 3D des déformations élastiques (et des contraintes associées). L'un des avantages de la DAXM est sa résolution spatiale, de l'ordre du micromètre, qui permet d'envisager l'analyse des concentrations de contraintes dans les matériaux polycristallins, dans le cadre des approches micromécaniques expérimentales.Le travail mené dans cette thèse avait pour but d'améliorer le dispositif expérimental existant,de mettre en place la formulation théorique du problème, et de développer les outils numériques permettant le traitement des données.Du point de vue expérimental, nous avons notamment développé une machine d'essai mécanique in-situ (flexion 4-points) adaptée à la ligne BM32, et nous proposons un masque multi-fil qui devrait permettre de réduire significativement la durée de l'acquisition des données.Nous avons établi les équations de triangulation reliant la position des pixels du détecteur,la position du fil, et la profondeur de la source le long du faisceau incident. On montre ainsi que la reconstruction 3D nécessite une procédure de dérivation des niveaux de gris; nous nous sommes limités dans ce travail à une dérivation par différence finie d'ordre 1, qui reste sensible au bruit d'image. Ces équations font apparaître la nécessité de déterminer la géométrie du montage avec grande précision. On propose pour cela l'utilisation de la fluorescence de l'échantillon. On adjoint aux équations géométriques une description mathématique simplifiée de l'atténuation du faisceau par l'échantillon, prenant en compte un coefficient d'absorption unique. Le modèle de calibration est testé sur plusieurs matériaux, avec de très bons résultats.La capacité de la DAXM à reconstruire une microstructure est testée sur des échantillons modèles pour lesquels la géométrie 3D de la microstructure est parfaitement connue : empilement de fin fils de GaN sur un substrat, et plan de macle dans un polycristal d'acier inoxydable (316L). On montre que la résolution de la DAXM est variable d'un pixel à l'autre du détecteur; la microstructure peut cependant être reconstruite avec une précision de l'ordre du micromètre.La DAXM est ensuite testée sur un échantillon d'UO2 implanté d'ions Kr, créant une couche de surface d'épaisseur micrométrique fortement déformée (collaboration CEA-Cadarache). On observe que la méthode de reconstruction proposée produit d'importants artefacts, qui sont dus à la transmission variable des faisceaux diffractés dans le masque. Nous mettons en place la formulation permettant de prendre en compte cet effet. / The characterization of the internal stresses present in structural or functional materials is essential for an optimization of their properties and their durability in service. This thesis work is a contribution to the development of the so-called '' Differential Aperture X-ray Microscopy'' (DAXM) technique, allowing 3D and non-destructive characterization of the microstructure of crystalline materials and internal stresses. This technique makes use of synchrotron radiation; we used the beamline CRG BM32 of the European synchrotron ESRF. The polychromatic and highly focused incident beam penetrates the sample, and the collected diffraction image is a superimposition of the Laue diagrams of all the crystals located along the path of the incident beam. The DAXM uses, in addition to the "conventional" Laue microdiffraction technique, a moving mask that absorbs part of the diffracted beams. The analysis of the evolution of the gray levels of the image pixels as a function of the position of the mask makes it possible not only to reconstruct the microstructure of the material at depth but also to access the 3D distribution of the elastic deformations (and associated stress). One of the advantages of the DAXM is its spatial resolution, of the order of a micrometer, which makes it possible to envisage the analysis of stress concentrations in polycrystalline materials, within the framework of experimental micromechanical approaches.The work carried out in this thesis was aimed at improving the existing experimental system,to put in place the theoretical formulation of the problem, and to develop the numerical tools allowing the processing of the data.From an experimental point of view, we have developed an in-situ mechanical test device (4-point bending) adapted to BM32, and we propose a multi-wire mask to significantly reduce the data acquisition time.We have established the geometric equations of the problem. It is thus shown that the 3D reconstruction requires a gray scale derivation procedure. This work is limited to the use of a finite difference derivation method of order 1, which remains sensitive to image noise. These equations show the need to determine the geometry of the setup with great precision. For this purpose, the use of the fluorescence of the sample is proposed, coupled with a simplified description of the beam attenuation by the sample taking into account only a single absorption coefficient. The calibration model is tested on several materials, with very good results.The capacity of the DAXM to reconstruct a microstructure is tested on model samples for which the 3D geometry of the microstructure is perfectly known: a stack of GaN wires on a substrate, and a twin plane in a stainless steel polycrystal. It is shown that the resolution of the DAXM is variable from one pixel to the other of the detector; the microstructure can however be reconstructed with an accuracy of the order of one micrometer.The DAXM is then tested on a sample of UO2 implanted by Kr ions, creating a highly deformed surface layer with micrometric thickness (collaboration with CEA-Cadarache). It is found that the proposed reconstruction method is affected by the variable transmission of the diffracted beams in the mask. We propose a formulation that takes this effect into account.

Des colonnes d'accrétion relient les étoiles jeunes au disque de gaz et de poussière qui les entoure. De nombreuses études numériques ont montré l'existence d'une structure oscillante de plasma choqué au sein de ces colonnes. Cependant, aucune observation n'est en mesure de confirmer l'existence d'un tel phénomène. Ces simulations s'appuient toutes sur le postulat selon lequel le gaz accrété, suit une fonction de refroidissement optiquement mince. L'objectif principal de mon travail a été de m'affranchir de ce postulat. Après avoir amélioré la description de processus microscopiques importants dans le code 1D RHD ALE AstroLabE, j'ai travaillé sur les tables d'opacités, grandeurs clés dans l'interaction entre le champ de rayonnement et la matière. Les résultats obtenus montrent que l'absorption d'une faible fraction du rayonnement est capable d'affecter significativement la dynamique de la structure de gaz choqué, jusqu'à supprimer le comportement oscillatoire prédit. Je me suis également attaché à modéliser de manière cohérente la structure sur laquelle s'effectue l'accrétion: la chromosphère. J'ai pour cela utilisé un modèle simple d'atmosphère chauffée par des ondes acoustiques dégénérant en chocs. Si la dynamique de l'écoulement reste périodique, moyennant quelques perturbations, la luminosité X présente des modulations d'amplitude relativement modestes. Ce travail illustre l'importance du transfert radiatif dans le processus d'accrétion et d'une description réaliste de ce transfert radiatif. Les méthodes qualitatives que j'ai développées, adaptées à une modélisation 1D, ouvrent la voie à d'autres développements, notamment dans le cadre de simulations à plusieurs dimensions. / Accretion columns connect young stars to the surrounding disk of gas and dust. Numerous numerical studies have predicted quasi-periodic oscillations of the shocked structure at the base of these columns. There is, however, no observational evidence of such feature. These simulations rely on the assumption that accreted gas can be described with an optically thin line cooling function. The main goal of my work has been to go beyond this assumption. I started with the improvement of the description of important microscopic processes included in the 1D ALE RHD code AstroLabE. I worked then on the building of adapted opacity tables, to take into account the coupling between radiation and matter. The results show that even by taking into account the absorption of a small fraction of radiation, the dynamics of the shocked gas structure is significantly affected, and the predicted oscillatory behavior may be suppressed. I have concentrated on the coherent modeling of the stellar chromosphere above which the accretion takes place. For this purpose, I used a model based on acoustic waves heating. Although the chromospheric shock waves perturb the dynamics of accretion (which remains periodic), the computed luminosity presents modulations of relative small amplitude. The work highlights the importance of the radiative transfer in the accretion process on young stars and the necessity of an adequate, physically based, description of the radiative transfer. The methods I have developed in this work will foster developments of multi-dimensional simulations.

L'influence des transferts radiatifs sur les écoulements de convection naturelle en cavités habitables est étudié numériquement en régimes turbulents. L'étude considère des approches DNS et LES pour le problème de convection et une méthode des ordonnées discrètes (MOD) pour la résolution du problème radiatif combinée au modèle de gaz réel SLW. La configuration étudiée est basée sur une cavité différentiellement chauffée expérimentale en air située à l'institut PPRIME, de rapport d'aspect vertical 4, pour des nombres de Rayleigh allant de 1,5x109 à 1,2x1011. La première partie de l'étude se focalise sur les techniques de parallélisations hybrides MPI + OpenMP de la MOD. Les méthodes développées montrent une amélioration des performances de 13 à 1600% pour des niveaux d'hybridations élevés par rapport à la méthode classique de front d'onde. Puis, une étude du couplage convection-rayonnement surfacique est réalisée au travers d'une étude de sensibilité de l'écoulement vis-à-vis des émissivités de parois pour différentes valeurs du nombre de Rayleigh. Ensuite, le rayonnement volumique du gaz est ajouté, et son impact est évalué au travers d'une variation du taux d'humidité relative du mélange air sec/vapeur d'eau. Les résultats obtenus sont comparés aux cas d'une cavité convectivement adiabatique (i.e. flux convectif nul aux parois passives). Les transferts radiatifs ont pour effet de diminuer la stratification thermique centrale et d’augmenter la dynamique générale de l'écoulement. L'émissivité des parois passives pilote principalement la localisation de la transition laminaire-turbulente aux parois actives et la stratification centrale, tandis que le rayonnement de gaz ne semble impacter que les couches limites des parois horizontales. / The influence of radiative transfer on natural convection flows in cavities is studied numerically in turbulent regimes. The study considers DNS and LES approaches for the convection problem and discrete ordinate method (MOD) to solve the radiative problem combined with the SLW real gas model. The studied configuration is based on an experimental differentially heated cavity in air located at the Pprime Institut with a vertical aspect ratio of 4, for Rayleigh numbers ranging from 1,5x109 to 1,2x1011. The first part of the study focuses on hybrid MPI + OpenMP parallelization of the DOM. The methods developed show performance improvements of 13 to 1600% compared to the classical wavefront method. Then, a study of convection-wall radiation coupling is achieved through a flow sensitivity study to walls emissivities for different values of the Rayleigh number. Then, the gas radiation is added, and its impact is measured through a variation of the relative humidity of the dry air + steam. The results are compared to the case of a convectively adiabatic cavity (i.e. zero convective flux at the passive walls). Radiative transfers have the effect of reducing the central thermal stratification and increase the overall dynamics of the flow. The emissivity of the passive walls drives the location of the laminar-turbulent transition on the active walls and the central thermal stratification, while the gas radiation seems to impact the boundary layers of the horizontal walls.

Ce travail porte sur la modélisation de gazéification de la biomasse dans un réacteur solaire à lit fixe. Nous avons développé et validé différents modules pour la résolution des problèmes physiques associés à de tels gazéifieurs (volumes finis, équilibre thermodynamique, facteur de forme, radiosité, évolution du maillage, etc.). Le réacteur est ensuite modélisé et confronté à des mesures expérimentales pour sa validation. Ces résultats nous laissent supposer que, pour les conditions opératoires rencontrées dans ce réacteur, l’évolution de la vitesse de chauffage et du taux de centre sont des facteurs d’influence importants de la cinétique pour le bois de hêtre. Une étude du réacteur en supposant que la réaction atteint l’équilibre thermodynamique est ensuite conduite et montre que cette approche doit être employée avec précaution pour le domaine de température étudié. Une étude paramétrique concernant la mise en place d’un échangeur air-air entre le gaz de sortie et le gaz d’entrée est proposée. Elle nous montre que l’ajout d’un gaz inerte peut être intéressant d’un point de vue énergétique dans de telles conditions. Enfin, un absorbeur solaire adapté au gazéifieur est ensuite modélisé et validé afin de pouvoir évaluer la sensibilité du système complet. / This work focuses on the modeling of biomass gasification in a solar fixed bed reactor. We developed and validated different modules to compute physical problems associated with such gasifier (finite volume, thermodynamic equilibrium, view factor, radiosity, evolution of the mesh, etc.). The reactor is then modeled, and results are compared to experimental measurements for its validation. These results suggest that for the operating conditions encountered in this reactor, the evolution of the heating rate and the ash concentration may influence the kinetics of the beech wood gasification. A study of the reactor by assuming thermodynamic equilibrium is conducted and shows that this approach should be used with caution for the studied temperature range. Parametric study of an air-air exchanger between the output and input gas is proposed. It shows that the addition of an inert gas can be interesting from an energy point of view in such conditions. Finally, a solar absorber suited to the reactor is modeled and validated in order to assess the sensitivity of the complete system.

AMANDA-II est un télescope à neutrinos composé d'un réseau tri-dimensionnel de senseurs optiques déployé dans la glace du Pôle Sud.<p>Son principe de détection repose sur la mise en évidence de particules secondaires chargées émises lors de l'interaction d'un neutrino de haute énergie (> 100 GeV) avec la matière environnant le détecteur, sur base de la détection de rayonnement Cerenkov.<p><p>Ce travail est basé sur les données enregistrées par AMANDA-II entre 2000 et 2006, afin de rechercher des sources cosmiques de neutrinos.<p>Le signal recherché est affecté d'un bruit de fond important de muons et de neutrinos issus de l'interaction du rayonnement cosmique primaire dans l'atmosphère. En se limitant à l'observation de l'hémisphère nord, le bruit de fond des muons atmosphériques, absorbés par la Terre, est éliminé.<p>Par contre, les neutrinos atmosphériques forment un bruit de fond irréductible constituant la majorité des 6100 événements sélectionnés pour cette analyse.<p>Il est cependant possible d'identifier une source ponctuelle de neutrinos cosmiques en recherchant un excès local se détachant du bruit de fond isotrope de neutrinos atmosphériques, couplé à une sélection basée sur l'énergie, dont le spectre est différent pour les deux catégories de neutrinos.<p><p>Une approche statistique originale est développée dans le but d'optimiser le pouvoir de détection de sources ponctuelles, tout en contrôlant le taux de fausses découvertes, donc le niveau de confiance d'une observation.<p>Cette méthode repose uniquement sur la connaissance de l'hypothèse de bruit de fond, sans aucune hypothèse sur le modèle de production de neutrinos par les sources recherchées. De plus, elle intègre naturellement la notion de facteur d'essai rencontrée dans le cadre de test d'hypothèses multiples.La procédure a été appliquée sur l'échantillon final d'évènements récoltés par AMANDA-II.<p><p>---------<p><p>MANDA-II is a neutrino telescope which comprises a three dimensional array of optical sensors deployed in the South Pole glacier. <p>Its principle rests on the detection of the Cherenkov radiation emitted by charged secondary particles produced by the interaction of a high energy neutrino (> 100 GeV) with the matter surrounding the detector.<p><p>This work is based on data recorded by the AMANDA-II detector between 2000 and 2006 in order to search for cosmic sources of neutrinos. A potential signal must be extracted from the overwhelming background of muons and neutrinos originating from the interaction of primary cosmic rays within the atmosphere.<p>The observation is limited to the northern hemisphere in order to be free of the atmospheric muon background, which is stopped by the Earth. However, atmospheric neutrinos constitute an irreducible background composing the main part of the 6100 events selected for this analysis.<p>It is nevertheless possible to identify a point source of cosmic neutrinos by looking for a local excess breaking away from the isotropic background of atmospheric neutrinos;<p>This search is coupled with a selection based on the energy, whose spectrum is different from that of the atmospheric neutrino background.<p><p>An original statistical approach has been developed in order to optimize the detection of point sources, whilst controlling the false discovery rate -- hence the confidence level -- of an observation. This method is based solely on the knowledge of the background hypothesis, without any assumption on the production model of neutrinos in sought sources. Moreover, the method naturally accounts for the trial factor inherent in multiple testing.The procedure was applied on the final sample of events collected by AMANDA-II. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences de la santé publique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La spintronique multifonctionnelle est une nouvelle direction d'avancement pour aller au-delà des limites de l'électronique moderne. Il vise à développer des dispositifs qui seraient sensibles à plus d’un stimulus et/ou ont un signal multi-réponse. Dans cette thèse, nous explorons cette voie multifonctionnelle émergente en combinant l’électronique de spin et les systèmes organiques pour ouvrir la voie vers des dispositifs polyvalents. Nous étudions la formation d'une spinterface dans le système Co/manganèse-phthalocyanine. Nous proposons l'introduction de multifonctionnalités intrinsèques en utilisant des matériaux à transition de spin. Nous développons une nouvelle approche de fonctionnalisation pour ajuster leurs propriétés vers des applications. Nous proposons un contrôle fonctionnel externe sur une spinterface en utilisant un substrat multiferroïque. Dans le cadre de cette thèse, un insert polyvalent à température variable a été développé à la ligne de lumière DEIMOS du synchrotron SOLEIL. Nous démontrons comment il peut être utilisé pour sonder des atomes actifs dans n'importe quel dispositif électronique. / Multifunctional spintronics is a new direction of advancement beyond the limits of modern electronics. By combining elementary charge of an electron and its spin, it aims to develop devices which would be sensitive to more than one stimuli and/or have multiresponse signal. In this thesis, we explore the multifunctional potential emerging while combining spin electronic and organic systems to pave the way towards multipurpose devices. First, we study formation of a ferromagnetic/organic spinterface in Co/manganese-phthalocyanine system. We propose introduction of intrinsic multifunctionality by using spin crossover materials. We develop a novel functionalization approach for tuning their properties towards device applications. We propose an external functional control over any hybrid spinterface by using multiferroic substrate. In the framework of this thesis, a Versatile Variable Temperature Insert was developed at the DEIMOS beamline of the SOLEIL synchrotron. We demonstrate how it can be used to probe active atoms in any microelectronic device.

Les liquides ioniques (LIs) sont des nouveaux solvants ioniques, de plus en plus utilisés dans des systèmes à base de nanoparticules (NP) pour plusieurs applications industrielles et technologiques. Pourtant, à présent nous ne sommes pas en mesure de maîtriser l'état de dispersion ou agrégation des NP dans ces solvants, et les lois classiques sur la stabilité colloïdale, telles que la DLVO, ne sont pas adaptées à cet effet. La difficulté se retrouve notamment dans la description des interactions électrostatiques dans ces milieux ioniques. Dans ce travail, nous essayons de mieux comprendre les interactions colloïdales dans les LIs à travers deux systèmes bien caractérisés séparément : les nanoparticules magnétiques de maghémite, dont la surface est bien contrôlée dans l'eau, et le liquide ionique nitrate d'éthylammonium (NEA), qui est connu pour sa ressemblance avec l'eau. Les deux systèmes sont mélangés et étudiés aux niveaux macroscopique et microscopique. Nous effectuons des caractérisations à travers plusieurs techniques : absorption atomique de flamme, microscopie optique sous champ magnétique, diffusion de rayonnement (neutrons, rayons X et lumière), biréfringence magnéto-optique. Nous découvrons l'importance d'avoir une surface de NP chargée pour obtenir des dispersions stables de maghémite dans le NEA. En particulier, la meilleure stabilité colloïdale est atteinte en adsorbant des molécules de citrate sur la surface des NP. Nous étudions ensuite l'effet de la taille et concentration des NP, du contreion cationique qui compense la charge du citrate, du contenu d'eau. Enfin, nous transférons nos protocoles à la réalisation de dispersions dans des LI biocompatibles. / Ionic liquids (ILs) are a novel class of ionic solvents, which are being used more and more often in chemical systems based on nanoparticles (NP) for several industrial and technological applications. However, at present we are unable to master the state of dispersion or aggregation of NP in these solvents, and the classic theories applied to colloidal stability, such as the DLVO, cannot be applied. In particular, the difficulty is found in the description of the electrostatic interactions in these ionic media. In this work, we try to better understand colloidal interactions in ILs through two systems that have been thoroughly characterized separately: magnetic maghemite nanoparticles, whose surface is well controlled in water, and the ionic liquid ethylammonium nitrate (EAN), known for its resemblance to water. These two systems are finally mixed together and studied at both the macroscopic and microscopic levels. We perform characterizations through several techniques: flame atomic absorption spectroscopy, optical microscopy under magnetic field, scattering methods (neutrons, X-rays and light), magneto-optic birefringence. We discover the importance of having a charged NP surface in order to obtain stable maghemite dispersions in EAN. In particular, the best colloidal stability is reached by adsorbing citrate molecules on the NP surface. We further investigate the effect of the NP's size and concentration, of the cationic counterion used to compensate the charge of citrate, of water content. Finally, we transfer our acquired knowledge to the realization of dispersions in biocompatible ILs.