Dans les années 80-90 la physique et les applications des transitions intersousbandes ont connu un essor remarquable. Il reste aujourd'hui deux frontières à explorer : l'extension vers les grandes longueurs d'onde du domaine THz et celle vers le proche infrarouge. Pour atteindre le domaine spectral des télécommunications par fibre optique, il faut disposer d'hétérostructures présentant une discontinuité de potentiel élevée. Les hétérostructures de GaN/AlN, étudiées dans cette thèse, ont une discontinuité de potentiel en bande de conduction voisine de 1,75 eV et sont aujourd'hui les candidats les plus sérieux pour le développement de composants optoélectroniques unipolaires à 1,3-1,55 micron.<br />Ce travail de thèse porte sur une étude expérimentale et théorique des transitions intersousbandes dans des puits quantiques et boîtes quantiques de GaN/AlN épitaxiés par jets moléculaires sur substrat saphir (0001). Je présente les résultats des caractérisations optiques (spectroscopie à transformée de Fourier et de photoluminescence) et structurales (diffraction des rayons-X, microscopie électronique à transmission) des échantillons et je montre également la modélisation du confinement quantique dans ces hétérostructures. Les effets dus au dopage sont discutés. Je me focalise ensuite sur l'étude du couplage entre deux puits séparés par une barrière ultra-mince et j'aborde la conception d'un modulateur électro-optique et d'un laser à fontaine quantique basés sur des puits couplés. Enfin, je présente mes résultats sur l'absorption intrabande de boîtes quantiques GaN/AlN aux longueurs d'ondes des télécommunications ainsi que les premières applications à la photodétection infrarouge.

Ce travail de thèse s'intéresse à la compréhension de la forte mobilité du proton dans l'eau. L'eau est fondamentale pour la vie et est le milieu essentiel pour les processus chimiques et biologiques. La richesse de l'interdisciplinarité des sciences permet d'en étudier les propriétés au niveau moléculaire qui la rendent unique. La technique privilégiée pour cette étude est la spectroscopie vibrationnelle résolue en temps à l'échelle femtoseconde. Plusieurs expériences sont réalisées pour caractériser la dynamique de l'eau à cette échelle de temps. La visualisation de la rotation des molécules d'eau obtenue par des mesures d'anisotropie est présentée. Cette expérience est réalisée dans l'eau isotopique HDO/D2O pour des raisons de convenance expérimentale et théorique. Cependant ce n'est pas l'eau. L'eau pure H2O est étudiée à partir des modes de libration permettant de s'affranchir d'effets thermiques gênants. Un transfert résonnant énergétique intermoléculaire est alors observé. Enfin la forme localisée du proton dans les molécules d'eau (appelée forme Eigen) est mise en évidence expérimentalement. Cette molécule est impliquée dans l'explication de la mobilité anormale du proton dans l'eau appelé mécanisme de Grotthuss.

L'objectif de cette thèse est de mesurer les champs de température et de composition de la stratosphère de Saturne. Pour cela, j'ai analysé des spectres de l'émission thermique de la planète acquis au limbe par CIRS, un spectromètre infrarouge à bord de la sonde Cassini. L'analyse de ces signatures spectrales à l'aide d'un code de transfert de rayonnement et d'une méthode d'inversion permet de mesurer les profils verticaux de la température et de l'abondance des constituants. J'ai ainsi réalisé les premières cartographies, de 70° N à 80° S, et sur plusieurs échelles de hauteur, de la température et de l'abondance de cinq hydrocarbures: l'éthane, l'acétylène, le propane, le méthylacétylène et le diacétylène. La carte de température obtenue permet de quantifier la réponse de l'atmosphère aux variations saisonnières de l'ensoleillement. Les gradients mesurés sont comparés au modèle radiatif saisonnier de Greathouse et al., 2008. Je montre également la découverte d'une oscillation équatoriale de température et de vent zonal dans la stratosphère de Saturne, analogue à l'oscillation quasi-biennale terrestre, et je présente ses variations temporelles entre 2005 et 2010. L'analyse de la distribution des hydrocarbures et la comparaison à un modèle de photochimie saisonnier (Moses et al., 2005) met en évidence des indices de transport méridien dans la basse stratosphère et de transport vertical dans la haute stratosphère. L'abondance du CO2 est également déterminée à 4 latitudes et présente un enrichissement à l'équateur. Enfin, je présente un travail d'analyse des échanges radiatifs dans la stratosphère à l'aide d'une formulation en puissances nettes échangées. Ce travail servira de base à une future paramétrisation du transfert de rayonnement, étape nécessaire au développement d'un modèle de circulation générale de la stratosphère de Saturne.

Résumé : Ce travail avait pour but de contribuer à la détermination précise des paramètres de raies du disulfure de carbone en vue d'applications atmosphériques. Il s'agissait de déterminer théoriquement et expérimentalement les coefficients d'élargissement collisionnel de raies de la bande gamma 3 du disulfure de carbone perturbé par l'air atmosphérique ainsi que leur dépendance en température. Pour cela, nous avons déterminé les coefficients d'élargissement collisionnel du disulfure de carbone perturbé par l'azote, l'oxygène et enfin par l'argon, principaux composants de l'air atmosphérique, aussi bien que leur dépendance en température. En outre, nous avons déterminé théoriquement et expérimentalement les coefficients d'auto élargissement collisionnel de raies de la bande gamma 3 - gamma 1 du disulfure de carbone, à température ambiante. La dépendance vibrationnelle des largeurs collisionnelles étant négligeable, les résultats sont valables quel que soit le niveau supérieur de la transition. Enfin, nous avons déterminé les intensités absolues de quelques raies de la bande gamma 3 - gamma 1 du disulfure de carbone qui nous ont permis de mettre en exergue une des applications atmosphériques des paramètres de raie mesurés en laboratoire. Pour la partie expérimentale, un spectromètre diode-laser haute résolution (5x10-4cm-1) a été utilisé pour enregistrer les différents spectres. De ces derniers, nous avons déterminé les différents paramètres de raie d'absorption en ajustant aux profils expérimentaux des modèles de profils théoriques. Du point de vue théorique, les différents coefficients d'élargissement collisionnel ont été calculés sur base du formalisme semi-classique d'Anderson-Tsao-Curnutte amélioré par J. Bonamy et D. Robert, moyennant quelques modifications pour accorder les valeurs à celles mesurées en laboratoire. Ceci a permis de valider les différents potentiels d'interaction pour les différents systèmes moléculaires considérés. Abstract The purpose of this thesis was to contribute to the accurate determination of line parameters of carbon disulfide for atmospheric applications. We have determined experimentally as well as theoretically the collisional broadening coefficients of lines in the gamma 3 band of carbon disulfide perturbed by the atmospheric air and their temperature dependence. To this end, we determined collisional broadening coefficients, as well as their temperature dependence, of carbon disulfide diluted in nitrogen, oxygen and argon; the main components of the atmospheric air. In addition, we determined the self broadening coefficients of lines in the gamma 3 - gamma 1 band of carbon disulfide at room temperature. As the vibrational dependence of collisional widths is negligible, our results are valid whatever the higher level of transition. Finally, we determined the absolute intensities of a few lines in the gamma 3 - gamma 1 band of carbon disulfide, which have enabled us to highlight one of the atmospheric applications of line parameters measured in the laboratory. For the experimental part, a high resolution diode-laser spectrometer (5x10-4cm-1) was used to record the different spectra. Of these, we determined the parameters of absorption line by adjusting theoretical lineshape models to experimental profiles. From a theoretical point of view, different collisional broadening coefficients were calculated on the basis of semi classical formalism of Anderson-Tsao-Curnutte improved by J. Bonamy and D. Robert, with some modifications to make the calculated values more consistent with those measured. This enabled us to validate the different potentials of interactions for the different molecular systems considered.

La glace peut jouer un rôle important dans la composltlon de la phase gazeuse atmosphérique : (1) lorsqu'elle se forme, elle peut incorporer des gaz traces par condensation simultanée de gaz et de vapeur d'eau (co-condensation) ou par solidification rapide de gouttelettes surfondues contenant des gaz dissous (givrage) ; et (2) après la précipitation, des échanges de gaz traces peuvent se produire entre le manteau neigeux et la troposphère. De plus, la surface de la glace peut catalyser des réactions chimiques hétérogènes entre des gaz traces inertes en phase gazeuse. Par exemple dans la stratosphère polaire hivernale, de telles réactions hétérogènes entre des composés chlorés (HCI, .. . ) se produisent à la surface de particules de glace constituant les nuages stratosphériques polaires (PSCs) et sont à l'origine de la destruction de l'ozone. Dans ce travail, nous avons étudié l'incorporation de gaz traces HCI et HBr lors des deux mécanismes de formation de la glace atmosphérique (co-condensation et givrage), ces espèces ayant été choisies pour leur intérêt atmosphérique et pour des raisons de faisabilité expérimentale à l'ESRF. de Grenoble. Nous avons tout d'abord développé un dispositif de spectroscopie infrarouge qui nous a permis de fabriquer des filins de glace cristalline stables à 190 K, température de la stratosphère polaire hivernale, et d'étudier les interactions entre HCI et la glace par condensation d'un mélange gazeux HCI/H20 à 190 K. Nos résultats semblent montrer qu'HCI est incorporé de façon homogène dans la glace par un processus de solvatation ionique qui entraîne une déformation du réseau cristallin du solide. Cela suggère que la glace constituant les PSCs serait constituée de nombreux défauts de volume et de surface. Entre autres, ces défauts pourraient jouer un rôle non négligeable dans la réactivité de la glace catalysant les réactions hétérogènes conduisant à la destruction de l'ozone stratosphérique polaire. De plus, nous avons étudié l'environnement d'HBr dans la glace formée par givrage de solutions aqueuses d'HBr par EXAFS à l'ESRF. Nos résultats sont préliminaires et suggèrent qu'à environ -20°C, une part importante d'HBr dégaze. La partie restant dans la phase solide semble être incorporée de façon homogène dans la glace sous forme d'une solution solide sursaturée. Ainsi le devenir des gaz traces piégés dans le manteau neigeux serait con1rôlé par le cyle de fonte/regel se produisant lors du métamorphisme de la neige plutôt que par des mécanismes de diffusion en phase solide, trop lents pour permettre le dégazage de ces espèces.

La molécule de chlorure de méthyle (CH3Cl) joue un rôle important dans la destruction catalytique de l'ozone en basse stratosphère. Une des méthodes utilisée pour déterminer la concentration de ce gaz dans l'atmosphère est l'étude par spectroscopie infrarouge de la région à 3,4 µm, et plus précisément celle des sous-branches QQ de la bande ν1. Pour cela, des mesures précises en laboratoire de paramètres spectroscopiques sont nécessaires. Nous nous sommes donc intéressés à l'étude de la spectroscopie de laboratoire de CH3Cl dans cette région spectrale. Des spectres haute résolution ont été enregistrés par spectrométrie IR à transformée de Fourier. Des mesures de positions et intensités ont été effectuées à partir de spectres de CH3Cl pur à basse pression. Ces résultats ont permis l'ajustement de l'Hamiltonien effectif comprenant six états en interaction et de la matrice de moment dipolaire électrique. Il a ainsi été possible de calculer les positions et intensités pour 22963 transitions dans la région de 3,4 µm. Pour permettre la modélisation de cette région spectrale, le profil des raies a été étudié. Les élargissements collisionnels auto-induits et induits par N2 ont été mesurés pour des températures atmosphériques (200-300 K). Une modélisation de ces coefficients ainsi que de leur dépendance en température a été effectuée. Finalement, le phénomène d'interférence collisionnelle entre raies des sous-branches QQ a été observé et modélisé. Les mesures et calculs effectués ont permis de construire une liste complète de raies dans la région de 3,4 µm améliorant considérablement la qualité des celles existantes dans les bases de données

On explicite d'abord les contraintes physiques (absorption,diffusion) et chimiques (conditions de vitrification) qui guident la recherche, puis on décrit la mise en évidence de deux nouvelles familles de verre, l'une de verre fluore a base d'indium et l'autre de verre oxyhalogene a base d'antimoine,avec leurs caractéristiques thermiques et mécaniques, les propriétés optiques et magnétiques et leur étude structurale par cristallisation et diffusion raman ...

La planète Mars a connu une période où l'eau liquide était durablement stable. Outre les vestiges morphologiques d'une activité hydrologique en surface, l'interaction chimique de l'eau avec la croûte basaltique s'est traduite par la formation d'argiles et de sels hydratés en surface et en profondeur. Ces minéraux hydratés ont été détectés à la surface de Mars en 2004 grâce à l'instrument OMEGA, l'imageur hyperspectral infrarouge proche embarqué sur la sonde européenne Mars Express. Leur étude permet de reconstruire l'histoire de l'activité aqueuse sur Mars et de caractériser une période ancienne où l'environnement a pu être favorable à l'apparition d'une chimie pré-biotique. Ce travail de thèse s'intéresse aux environnements aqueux de Mars en couplant les données minéralogiques des imageurs hyperspectraux embarqués OMEGA/Mars Express et CRISM/Mars Reconnaissance Orbiter avec la morphologie. De nouveaux outils de traitement et d'analyse des données sont développés et ont permis la détection et la caractérisation spectrale de plus d'un millier de dépôts de minéraux hydratés sur Mars, fournissant une vue d'ensemble de l'altération. Celle-ci a eu lieu principalement dans la première partie du Noachien et a surtout formé des phyllosilicates ferro-magnésiens de la famille des vermiculites et smectites. Une importante diversité minérale est par ailleurs constatée avec une dizaine de familles minérales différentes, traçants des conditions géo-chimiques variées. Placés dans leur contexte géologique, certaines détections permettent de proposer l'existence passée d'un système hydrologique sur l'ensemble de la planète qui a donné naissance à un cycle des argiles similaire au cycle terrestre. Il apparait par ailleurs que les cratères d'impact sont le contexte privilégié des minéraux hydratés, mais le lien entre ces derniers et les processus d'impact demeure ambigu. La découverte d'un cycle des argiles est compatible avec l'hypothèse d'une planète potentiellement habitable au Noachien mais qui devra être vérifiée par l'exploration in-situ.

LES PROPRIETES THERMO-RADIATIVES DES MATERIAUX REVETENT UN CARACTERE PRIMORDIAL POUR L'ETUDE DES DISPOSITIFS D'ELABORATION A HAUTE TEMPERATURE (FOURS VERRIERS), POUR LA MODELISATION DE PROTECTIONS THERMIQUES (APPLICATIONS AEROSPATIALES) OU POUR LA MESURE DE LA TEMPERATURE PAR PYROMETRIE OU THERMOGRAPHIE INFRAROUGE. LES MATERIAUX TEXTURES COMPORTENT DANS LEUR VOLUME DES HETEROGENEITES (PORES, GRAINS) CAPABLES DE DIFFUSER LE RAYONNEMENT, ENTRAINANT AINSI UNE MODIFICATION DES PROPRIETES OPTIQUES. CE TRAVAIL EST AXE SUR LA MESURE ET LA MODELISATION DE L'EMISSIVITE SPECTRALE DE MATERIAUX DIELECTRIQUES SEMI-TRANSPARENTS ET POREUX. POUR CELA, NOUS AVONS DEVELOPPE, AUTOUR D'UN SPECTROMETRE INFRAROUGE, DES MOYENS EXPERIMENTAUX POUR LA MESURE DIRECTE DE L'EMISSIVITE SUR UNE LARGE GAMME DE TEMPERATURE (700-2500 K) ET DE FREQUENCE (10-12000 CM 1). LA TEMPERATURE EST MESUREE AU POINT DE CHRISTIANSEN, FREQUENCE POUR LAQUELLE TOUT DIELECTRIQUE POLAIRE SE COMPORTE COMME UN CORPS NOIR. LA COMPARAISON DES EMISSIVITES SPECTRALES DE MATERIAUX POREUX (CERAMIQUES D'ALUMINE, SILICES A BULLES) ET DES MILIEUX HOMOGENES ASSOCIES ONT PERMIS DE MONTRER L'INFLUENCE DE LA TEXTURE ET DE LA POROSITE. LA MODELISATION MET EN JEU UNE RECONSTRUCTION 3D HORS RESEAU D'UN MILIEU POREUX ET UNE SIMULATION DE MONTE CARLO PAR TRACER DE RAYON BASEE SUR LES LOIS DE L'OPTIQUE GEOMETRIQUE. BIEN QU'IL SOIT CONSTRUIT A PARTIR D'HYPOTHESES SIMPLES DE DIFFUSION DU RAYONNEMENT, CE MODELE REND COMPTE DU COMPORTEMENT EMISSIF DES CERAMIQUES D'ALUMINE MESURE EXPERIMENTALEMENT ET NOTAMMENT DE L'EXISTENCE D'UNE VALEUR CRITIQUE DE POROSITE, AU DELA DE LAQUELLE L'EMISSIVITE COMMENCE A DECROITRE. LES RESULTATS DE SIMULATION MONTRENT QUE LES PROPRIETES RADIATIVES DES MATERIAUX POREUX SONT INFLUENCEES PAR DEUX TYPES DE PARAMETRES. LES PARAMETRES CARACTERISANT LES PROPRIETES OPTIQUES DU MATERIAU HOMOGENE (N, K) ET CEUX DEFINISSANT LA GEOMETRIE DU MILIEU POREUX : LA TEXTURE ET L'EPAISSEUR.

Nous avons mis en place un dispositif permettant l'acquisition d'échos de photons stimulés infrarouges à l'échelle femtoseconde. Le but est d'examiner la dynamique vibrationnelle aux temps courts de métaux carbonyles (W(CO)₆ and Fe(CO)₅) piégés en matrice cryogénique (4-50 K). Cet environnement solide, issu de la condensation d'un mélange gazeux contenant une impureté et un gaz inerte (N₂, CH₄, Ar, etc.), est propice à l'étude de systèmes dans leur état fondamental. L'excitation d'une vibration moléculaire s'atténue toujours temporellement, ce qui correspond dans le domaine spectral à un élargissement des raies d'absorption. L'étude de la dynamique vibrationnelle vise à examiner les causes physiques à l'origine de cet élargissement spectral. Typiquement, elles sont de trois sortes : phénomènes intramoléculaires, interactions entre molécules piégées et interactions entre la molécule piégée et l'environnement. Les échos de photons permettent de distinguer les contributions homogènes et inhomogènes de l'élargissement spectral et de caractériser les processus de déphasage, de relaxation des populations et de diffusion spectrale. Parmi les résultats obtenus, nous avons mis en évidence l'influence des phonons spécifiques aux matrices moléculaires (ex : libration de N₂ et rotation de CH₄ ) sur le déphasage vibrationnel ainsi que l'influence de la transition de phase du méthane solide à 20 K sur la dynamique vibrationnelle. Nous avons également montré que la dynamique vibrationnelle était dépendante du site cristallographique dans lequel est piégée la molécule. Enfin, en excitant plusieurs modes de vibration simultanément, nous avons pu examiner les couplages intramoléculaires.