Les microplasmas correspondent à des décharges confinées sur de faibles échelles spatiales (typiquement quelques 100 µm) offrant ainsi une grande stabilité pour des densités de puissance de l'ordre de 100 kW/cm3. L'étude de ces décharges s'est fortement développée à partir du début des années 2000 tant sur le plan théorique qu'expérimental. Leur intérêt réside dans la possibilité de générer des plasmas à moyenne et haute pression avec de faibles tensions et dans les nombreuses applications potentielles telle que le traitement de surface, les sources de lumière ou bien encore la micro-propulsion spatiale. Les microdécharges à cathode creuse (MHCD) constituent une configuration particulière de microplasmas. La décharge est générée dans l'argon en appliquant une différence de potentiels entre les deux électrodes qui sont assemblées sous forme d'un sandwich électrode-diélectrique-électrode percé sur toute la longueur par un trou de quelques centaines de micromètres. D'un point de vue expérimental, une étude par imagerie et spectroscopie d'émission nous a permis de déterminer les mécanismes d'émission de la lumière, la structure de la décharge, la température du gaz ainsi que la densité électronique. D'un point de vue théorique, nous avons développé des modèles semi-analytiques permettant d'obtenir des lois d'échelle et des comportements macroscopiques, et de vérifier ainsi les interprétations expérimentales. Malgré le nombre important d'hypothèses et d'approximations sur lesquelles reposent les différents modèles développés, la comparaison entre résultats théoriques et expérimentaux nous a permis de capter une partie de la physique impliquée au sein des MHCD.

Lors des rentrées atmosphériques, les processus thermochimiques hors équilibre dans la couche de choc limitent la fiabilité des prédictions aérothermiques. Afin d'améliorer l'exactitude de ces prévisions, des modèles cinétiques sont actuellement développés. Ces modèles sont expérimentalement évalués à l'aide d'expériences dans lesquelles un départ à l'équilibre thermodynamique est caractérisé. Pour cette raison, le présent travail est consacré à la caractérisation du déséquilibre thermodynamique au sein d'écoulements réactifs à haute enthalpie. La plupart des études expérimentales dédiées à la validation de modèles cinétiques à haute température emploient des installations communément appelées tubes à choc. Nous évaluons ici la possibilité de générer un départ significatif à l'équilibre thermodynamique dans des écoulements plasma stationnaires, incluant des jets supersoniques dans lesquels le déséquilibre vibrationnel est fortement attendu. Des diagnostics spectroscopiques appropriés ont été appliqués, permettant de futures comparaisons avec des descriptions microscopiques issue de modèles théoriques. / During planetary atmospheric entries, thermochemical non-equilibrium processes in the shock layer limit the reliability of aerothermal environment prediction. To improve prediction accuracy, non-equilibrium kinetic models are being developed. These models are experimentally assessed through the comparison with well characterized non-equilibrium experiments. For this purpose, the present work is dedicated to the thermodynamic characterization of non-equilibrium in high enthalpy reactive flows. Conversely to common studies that employ short duration facilities to investigate shock layer kinetics, we will assess the possibility of producing significant departure from equilibrium using radio-frequency and microwave stationary plasma flows, including supersonic plasma flows where vibrational non-equilibrium is strongly expected. Suitable spectroscopic diagnostics have been applied allowing future comparisons to be made between the microscopic description of the experiments and theoretical non-equilibrium models.

La proximité omniprésente de l’ordre magnétique et supraconducteur dans les supraconducteurs non conventionnels implique l’importance de comprendre le magnétisme dans ces matériaux. Dans ce contexte, cette thèse porte sur l’étude du magnétisme dans trois supraconducteurs non conventionnels. Les excitations magnétiques dans le système d’oxychlorure de cuivre de l’élément léger Ca2CuO2Cl2 ont été étudiées en fonction du dopage et de la température en utilisant principalement la diffusion inélastique résonante aux rayons X. L’effet de la pression sur le magnétisme dans epsilon-fer et le beta-FeSe a été étudié en utilisant la spectroscopie d’émission des rayons X et la diffraction des neutrons sur poudre. / The ubiquitous proximity of magnetic and superconducting order in unconventional superconductors implies the importance of understanding magnetism in these materials. In this context, this thesis concerns the study of magnetism in three unconventional superconductors. The magnetic excitations in the light element copper oxychloride system Ca2CuO2Cl2 were studied as a function of doping and temperature using primarily resonant inelastic x-ray scattering. The effect of pressure on magnetism in epsilon-iron and beta-FeSe was studied using x-ray emission spectroscopy and neutron powder diffraction.

Ce travail a été réalisé dans le but de sonder des surfaces solides en utilisant la technique « LIPS » (Spectroscopie de plasmas induits par laser). Le comportement de ce type de plasmas est difficile à simuler étant donné la petitesse des échelles de temps et d'espace considérées. En plus du diagnostic classique de spectroscopie d'émission, nous avons mis en oeuvre une expérience originale d'absorption qui produit des valeurs fiables et de nombreuses informations sur la température et les densités constitutives du plasma. Cette étude, qui couple expérience et théorie dans le cadre de la résolution de l'équation de transfert radiatif, est basée sur la comparaison entre des spectres calculés et expérimentaux des raies à 308.21 et 396.15 nm de l'aluminium. Une attention spéciale a été portée à l'écriture de l'élargissement électronique et ionique par effet Stark et aux effets d'auto-absorption. Un écart important à l'équilibre a été mis en évidence tout au long de la relaxation du plasma. La mesure de la densité de l'état fondamental de l'aluminium, qui est de première importance pour valider un code collisionnel - radiatif consacré à cette situation complexe, a été menée à bien dans une large gamme de pression (5 à 1E5 Pa). La mesure des constantes de temps de relaxation met en évidence le rôle majeur joué par la diffusion dans la relaxation des espèces du plasma.

La gravure plasma de structures à fort rapport d'aspect dans le silicium est une étape clé dans la fabrication de microsystèmes et de composants de microélectronique de puissance. L'objectif de ce travail est de développer un procédé de gravure profonde du silicium, qui fonctionne à plus haute température de substrat que le procédé cryogénique en chimie plasma SF6/O2 et qui présente une meilleure stabilité en température et en concentration de gaz passivant(s). Dans ce but, de nouvelles voies de passivation non polymérisante ont été explorées. Nous avons évalué les possibilités de passivation par l'apport de SO2 en remplacement de O2. A température cryogénique, les propriétés de gravure sont semblables en plasma SF6/SO2 et SF6/O2 ; elles sont corrélées aux densités de neutres mesurées par spectrométrie de masse et actinométrie. La majeure partie des recherches a été consacrée à l'étude de la molécule SiCl4 comme précurseur de passivation. Nous avons au préalable analysé les interactions entre espèces générées en plasma SF6/SiCl4. Les expériences de caractérisation du plasma montrent que les réactions aux parois entre atomes F et espèces SiClx contrôlent la chimie du plasma et donc les propriétés de gravure du silicium. En mélange SF6/O2/SiCl4, ces réactions influent également sur la vitesse de gravure du substrat, mais l'ajout de SiCl4 à SF6/O2 a surtout pour effet de favoriser l'attaque chimique latérale. Nous avons finalement étudié la possibilité de former une couche de passivation par plasma SiCl4/O2 à température de substrat de -20 °C. Les résultats de cette étude permettent de proposer un nouveau procédé, basé sur l'alternance d'étapes de gravure par plasma SF6 et d'étapes de passivation par plasma SiCl4/O2.

Le but de cette thèse était d'étudier des radicaux siliciés d'intérêt pour la production de matériaux et couches minces ainsi que d'intérêt astrophysique, notament le radical SiC, en utilisant la technique de spectroscopie d'émission parTransformée de Fourier.<br />Etant connue la difficulté d'obtenir un signal spectroscopique du radical SiC, il a fallu dans un premier temps trouver une source à la fois capable de le produire et appropriée à notre technique d'enregistrement. Les résultats présentés dans ce mémoire montrent qu'en utilisant une décharge électrique continue établie dans un<br />tube à décharge de type Schuller dans un mélange d'hélium et d'hexamethyl disilane, il a été possible de produire de manière efficace et reproductible le radical SiC, ainsi qu'un nouveau radical HCSi.<br />En ce qui concerne le radical SiC, nous avons mis l'accent sur l'interprétation du spectre de la transition C3Π-X3Π. L'examen de certaines constantes moléculaires effectives de l'état C3Π indique un comportement anormal de celles-ci avec le nombre quantique de vibration. Pour l'expliquer, nous avons proposé deux hypothèses : une dépendance des constantes d'interaction de spin avec la distance internucléaire et la<br />manifestation de perturbations de type spin-orbite entre l'état C3Π et d'autres états électroniques proches en énergie.<br />Outre les deux transitions électroniques du radical SiC, grâce à cette source d'émission, nous avons détecté pour la première fois en phase gazeuse le radical silicié HCSi. Les ensembles de constantes moléculaires déterminées pour les niveaux vibroniques observés sont en bon accord avec les calculs ab initio. L'analyse<br />spectroscopique et les valeurs anormales de certaines constantes moléculaires indiquent l'existence de perturbations rotationnelles dans le niveau vibrationnel (100) de l'état excité et respectivement, d'une perturbation vibrationnelle dans le niveau vibrationnel (100) de l'état électronique fondamental, due à l'interaction de Fermi avec le niveau (020) du même état.

Ce travail est consacré à l'élaboration d'un procédé de détection en temps réel des polluants métalliques présents dans les effluents gazeux industriels. La méthode de mesure est la spectrométrie d'émission atomique couplée à une torche ICP (Inductively coupled Plasma).<br />La technologie des lits fluidisés est utilisée comme système d'introduction des particules métalliques dans la torche ICP, l'intérêt du principe de détection reposant sur l'affranchissement de la procédure usuelle d'étalonnage du système analytique.<br />Les résultats sont présentés en deux parties. La première concerne le diagnostic de plasmas formés de différents mélanges N2/O2 dont un correspond à l'air pur, la seconde présente la mise en œuvre du procédé de détection en temps réel à partir des rapports d'intensités des raies spectrales de l'élément métallique avec celles de l'élément plasmagène (argon ou air pur).<br /> L'étude du diagnostic de plasmas composés de mélanges N2/O2 concerne la détermination de la température d'excitation atomique à partir des raies spectrales de l'élément cuivre et l'évaluation du degré de déséquilibre thermique q =Te/Th régnant au sein du plasma. Ce dernier est obtenu en considérant les enthalpies massiques des différents mélanges N2/O2. L'existence d'un léger déséquilibre thermique (q£1,2) est mis en évidence.<br /> L'étude de la détection en temps réel par torche ICP, sans étalonnage du système, repose sur trois points :<br /> - le traitement des données spectroscopiques pour déterminer les valeurs des rapports d'intensités de raies spectrales;<br /> - l'insertion des rapports d'intensités et des caractéristiques du plasma (argon ou air pur) dans un code de calcul de composition du plasma;<br /> - la comparaison des valeurs de débits massiques des polluants métalliques, en temps réel, obtenues expérimentalement avec celles calculées à partir des formules d'élutriation, terme qui définit le phénomène d'entraînement des particules hors du lit fluidisé.<br />Les résultats ont permis de montrer la similarité de la réponse du système analytique entre l'utilisation du plasma d'argon et celui d'air.

Ce travail de thèse porte sur l'étude des mécanismes d'amorçage par choc du nitrométhane (NM), explosif liquide, transparent dans le domaine visible et dans le proche infrarouge. Afin de réaliser l'analyse spectrale des produits de réaction du NM en vue de déterminer les profils de température, un banc de spectrométrie d'émission a été mis au point dans le domaine UV-Visible 0,3-0,85 µm. Des essais d'impacts plans à 8,6GPa ont été réalisés. L'étude temporelle et spectrale de la luminance émise durant la TCD montre que les milieux en présence présentent différentes caractéristiques optiques. Le NM sous choc est transparent alors que la température de luminance mesurée est de 2500K, du fait de la présence de réactions chimiques localisées. Les espèces chimiques produites lors de la formation de l'onde de superdétonation constituent un milieu semi-transparent, milieu optiquement mince aux courtes longueurs d'onde, inférieures à 0,6 µm et optiquement épais pour les longueurs d'onde comprises entre 0,6 et 0,85 µm. En détonation quasi-stationnaire, l'étude spectrale dans le domaine visible montre que les produits de détonation n'ont pas le comportement d'un corps noir, mais celui d'un milieu semi-transparent et optiquement épais. Un modèle d'absorption est proposé sur la base d'un milieu constitué de vapeur d'eau et de particules de carbone qui suivent le régime de diffusion Rayleigh. A partir des mesures de luminance, l'inversion mathématique de l'équation de transfert radiatif d'un milieu semi-transparent homogène et non diffusant permet de retrouver les profils de température dans l'épaisseur d'explosif. Elle est validée sur des cas synthétiques de détonation.

Les méthodes de croissance de couches minces dites « pulsées » présentent certaines spécificités, notamment la présence d'espèces très énergétiques venant se déposer à la surface du substrat. L'ablation laser (PLD) est à ce jour la technique pulsée la plus connue et permet de former des couches minces de composés complexes, et d'oxydes particulièrement. Mais la méthode atteint ses limites dans le cas de cibles de matériaux peu absorbants à la longueur d'onde laser comme les semi-conducteurs à large bande interdite. L'ablation par faisceau pulsé d'électrons (PED) est une technique de croissance encore peu connue et très similaire à la PLD. L'objectif de ce travail est de maîtriser les paramètres de la PED pour obtenir des couches minces présentant un intérêt pour des applications en microélectronique. Chaque étape du processus de dépôt a fait l'objet d'une étude et d'une comparaison avec la PLD. La modélisation de l'interaction électron-matière a permis d'obtenir l'évolution de la température de la cible soumise au bombardement par les électrons. Le plasma d'ablation a été étudié en détail grâce à la spectroscopie d'émission optique et à l'imagerie rapide afin notamment de connaître l'énergie des espèces du plasma. Le matériau choisi pour ce travail est l'oxyde de zinc (ZnO). Des films minces de ZnO ont été formés par PED et l'étude montre que ces couches sont de bonne composition chimique et que la qualité cristalline des couches est équivalente aux films formés par PLD nanoseconde. Ces couches sont transparentes à plus de 80% dans le visible et assez conductrices pour imaginer des applications en tant qu'oxyde transparent conducteurs par exemple.

La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) est une technique analytique élémentaire avec des limites de détection de l'ordre du ppm et ceci sur tous types d'échantillon liquides, solides ou gazeux. Sa simplicité, sa rapidité de mesure et sa versatilité en font une technique très attractive avec un fort potentiel d'application pour le contrôle en ligne, l'environnement ou l'exploration spatiale. Son point faible reste cependant son manque de fiabilité dans l'analyse quantitative, en particulier lors de l'étude de matériaux hétérogènes ou de matrices complexes telles que matériaux organiques. Ce travail de thèse propose une étude des propriétés des plasmas induit par laser sur différentes familles de polymères. Une étude au temps court (~ns) par ombroscopie est tout d'abord présentée, ceci pour de différents paramètres du laser. Un diagnostic complet du plasma par spectroscopie d'émission est ensuite détaillé pour différents délais de détection et montre que la mesure des températures des différentes espèces du plasma permet de vérifier l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique local, nécessaire à la mise en place de procédure quantitative telle que la méthode dite sans calibration, tout en optimisant le rapport signal sur bruit de la mesure. Dans nos expériences, cette optimisation est mise à profit pour l'identification de différentes familles de polymères en utilisant, pour le traitement des données, la méthode des réseaux de neurones artificiels. Les résultats obtenus, très prometteurs, permettent d'envisager l'utilisation de la LIBS pour l'identification en temps réel de matières plastiques sur une chaine de tri.