Le transport à très basse température dans des matériaux conducteurs désordonnés implique les phénomènes d'interférences quantiques, de répulsions coulombiennes, et le cas échéant de fluctuations supraconductrices. Deux (2D) étant la dimension critique inférieure pour l'existence des états métallique et supraconducteur, nous avons étudié deux transitions de phase quantiques - la Transition Supraconducteur-Isolant (TSI) et la Transition Métal-Isolant (TMI) - lorsque l'on diminue l'épaisseur d'un système désordonné, ici a-NbSi. La question sous-jacente est celle de l'articulation entre les différentes phases et les conditions d'apparition d'un éventuel état métallique à 2D. Nous avons étudié les TSI induites soit par un champ magnétique soit par le désordre. Les principales caractéristiques observées (renormalisation, rôle de l'orientation du champ) s'interprètent bien dans le cadre de la théorie de M.P.A. Fisher. Cependant nous ne trouvons pas une valeur universelle pour la résistance à la transition et les exposants critiques prévus par cette théorie. Concernant la TMI, nous avons diminué l'épaisseur d'un système métallique jusqu'à tendre vers 2D et l'état isolant. Dans ces deux transitions le passage vers l'isolant montre clairement l'existence d'états dissipatifs à température nulle non prévus par les théories conventionnelles. Nous proposons une interprétation de l'ensemble de nos résultats faisant intervenir une nouvelle phase à 2D entre les états supraconducteur et isolant - un métal de Bose - , prédite par des théories récentes. Nous traçons alors le diagramme de phase du système modèle NbSi en fonction de la concentration et de l'épaisseur des films.

La redistribution des masses d'eau à la surface des continents génère une déformation de la croûte terrestre mesurable par les instruments géodésiques actuels. Cette observation peut être interprétée de deux manières, suivant le point de vue porté à ce couplage entre hydrologie et géodésie. Pour les géodésiens, cette contribution hydrologique est considérée comme un bruit de surface qui masque les signaux ténus d'origine interne et d'intérêt géodynamique. Pour les hydrologues, les instruments géodésiques sont sensibles aux variations de masse d'eau au sein d'une unité hydrologique et permettraient d'apporter des informations complémentaires pour le suivi du bilan hydrologique et ainsi de mieux comprendre les processus de redistribution d'eau. Ce travail prend le parti de considérer ces deux points de vue pour traiter le couplage entre hydrologie et géodésie. La méthodologie retenue est basée sur le principe de modélisation physique qui permet à ce que chaque discipline puisse profiter des informations fournies par l'autre. Trois points sont à traiter en particulier : i) appréhender les différents processus de déformation mécanique forcés par l'hydrologie, ii) mesurer ou modéliser la quantité d'eau stockée dans l'unité hydrologique représentative de l'échelle spatiale de sensibilité de l'instrument géodésique considéré. Cette étape est primordiale puisque la qualité du forçage hydrologique dépend du réalisme des processus de redistribution, iii) distribuer spatialement cette lame d'eau. Le gravimètre supraconducteur de l'observatoire de Strasbourg et les inclinomètres hydrostatiques longue-base de Sainte-Croix-aux-Mines, instruments géodésiques parmi les plus sensibles, serviront de données test pour valider les outils de modélisation présentés dans ce travail. Le bon accord entre les modélisations et les observations permet de valider la méthodologie adoptée, mais montre également une limite importante : l'ensemble des signaux environnementaux, corrélés, se mélangent dans les données géodésiques. Ainsi, une modélisation de l'ensemble des déformations induites par l'environnement est une étape préalable à l'utilisation des instruments géodésiques comme outils pour l'hydrologie.

L'anisotropie des propriétés physiques macroscopiques d'un échantillon polycristallin ne peut être observée que si les cristallites de cet échantillon sont préférentiellement orientés. <br />L'intérêt de l'analyse quantitative des orientations préférentielles (QTA) a joué un rôle primordial dans le passé, et encore aujourd'hui, par exemple pour optimiser les propriétés mécaniques d'alliages métalliques, pour comprendre les déformations mises en jeu dans certains phénomènes géophysiques ou pour limiter les pertes de matière lors de procédés industriels.<br /><br /><br /> Récemment, l'élaboration de matériaux aux propriétés physiques très anisotropes a relancé un intérêt croissant pour l'analyse texturale. C'est le cas pour les ferro et piézo-électriques, les supraconducteurs, les conducteurs ioniques, les matériaux composites, les polymères ... L'utilisation de la diffraction (rayons X, neutrons et électrons) a aujourd'hui largement remplacé les anciennes méthodes pétrographiques (principalement microscopies optiques en lumière polarisée), qualitatives et souvent incomplètes: <br /><br /><br /> - pour le calcul de certaines propriétés physiques macroscopiques, conséquences de tenseurs anisotropes (propriétés mécaniques, propagation anisotrope des ondes acoustiques, propriétés magnétiques), qui peuvent être modélisées en introduisant des données de QTA.<br /><br /><br /> - pour comprendre la corrélation qui existe entre les tenseurs microscopiques et leur répercutions macroscopique dans des échantillons polycristallins texturés (piézo et ferroélectricité ...)<br /><br /><br /> - pour déterminer les modes de croissance (épitaxie ...), donc optimiser l'élaboration.<br /><br /><br /> La limite de certaines techniques d'investigation structurale a aussi pu être repoussée grâce à l'incorporation des informations de QTA. Par exemple: <br /><br /><br /> - en EXAFS, grâce à l'emploi combiné de l'EXAFS polarisé et de la QTA, pour atteindre des paramètres structuraux particuliers<br /><br /><br /> - en couplant les analyses Rietveld et WIMV pour l'analyse combinée structure-texture-contraintes <br /><br /><br /> - en analyse de texture elle-même, en utilisant les méthodes du profil complet pour l'étude de la texture de composés partiellement cristallisés ou turbostratiques,<br /><br /><br /> Ces approches sont décrites dans ce travail.

La première partie de cette thèse traite des chaînes de spins quantiques. On étudie tout d'abord des systèmes de spins quantiques qui sont reliés de façon continue à la chaîne de Heisenberg s=1. La construction d'un modèle sigma non-linéaire permet d'estimer le gap de ces systèmes. On étudie ensuite une chaîne de spins s=1/2 dopée par des impuretés non-magnétiques possédant un spin nucléaire. A l'aide de techniques de bosonisation, on calcule analytiquement le temps de relaxation longitudinal d'une impureté en fonction de la température, corrections logarithmiques incluses. Ce type d'analyse est également mené sur un liquide de Luttinger chiral, modélisant par exemple un demi-fil quantique. La deuxième partie est consacrée aux systèmes désordonnées en basse dimension. Des liens formels sont éclaircis entre modèle désordonné sur réseau, fermions de Dirac en milieu aléatoire, chaînes de spins supersymétriques non-compactes et modèle sigma non-linéaire. Le détail des calculs est donné sur l'exemple de la transition entre plateaux de l'effet Hall quantique entier. On calcule ensuite exactement les densités d'états et les longueurs de localisation typiques d'un fermion de Dirac en dimension 1 dans des potentiels aléatoires de différentes natures. De nombreux modèles de théorie de la matière condensée, comme par exemple la chaîne XX désordonnée, se ramènent à ce système. Puis nous étudions les fermions de Dirac en dimension 2 en milieu aléatoire. Plus particulièrement, nous analysons le cas de fermions en masse aléatoire. Ce modèle décrit les excitations de basse énergie d'un supraconducteur d'onde $d$ dont les impuretés sont magnétiques. Un diagramme de phase est proposé. Il s'articule autour du point tricritique des fermions de Dirac libres et fait apparaître une phase métallique thermique inattendue.

Nous avons étudié le magnétisme orbital d'un anneau hybride normal-supraconducteur balistique. Nous avons obtenu le spectre d'excitation complet en fonction du flux Aharonov-Bohm traversant l'anneau pour des longueurs arbitraires de métal normal et de supraconducteur et proposé une nouvelle méthode pour évaluer les harmoniques du courant dans un système balistique sans interaction. Nous avons ainsi décrit le passage du courant permanent de période h/e au courant Josephson de période h/2e. Dans une seconde étude, nous avons calculé le courant Josephson dans une jonction supraconducteur-ferromagnétique-supraconducteur balistique en tenant compte de la compétition entre la réflexion d'Andreev et la réflexion ordinaire. Nous avons montré que le spectre est fortement modifié par des ouvertures de gaps tandis que le courant Josephson et la transition 0-\pi sont très robustes à l'introduction de réflexion ordinaire. Enfin, nous avons analysé le contenu de certaines solutions des équations d'Usadel: supraconducteur uniforme et interface NS sans barrière tunnel. La théorie de perturbation standard habillée par des cooperons permet d'interpréter ces solutions en termes de chemins diffusifs reliant des évènements de réflexion d'Andreev.

Ce mémoire traite de la limitation de courant à partir de supraconducteurs HTc. L'utilisation de la transition naturelle d'un état supraconducteur vers un état dissipatif est envisagée pour limiter les courants de défaut sur les réseaux de distribution électrique. Cette application de la supraconductivité est très prometteuse puisque aucune solution conventionnelle ne réalise cette fonctionnalité pour la haute tension. Le gain réalisé par l'installaton de limiteurs de courant serait une densification des réseaux électriques et une amélioration de la qualité de l'énergie distribuée. Cette étude se scinde en deux points. Le premier concerne l'étude expérimentale du comportement de différents matériaux supraconducteurs HTc pour la limitation de courant. Cette caractérisation a été menée en régime nominal alternatif (mesures des pertes) et en régime de défaut. Dans le cadre de cette étude, le matériau YBCO mono domaine a fait l'objet d'une analyse approfondie à haute température. Un travail de modélisation numérique visant à prédire les conséquences d'une transition inhomogène et à estimer les pertes en régime assigné a également été mené. Afin de valider la faisabilité d'un appareillage haute tension, un démonstrateur 1 kV / 100 A constitué de 43 méandres d'YBCO texturé a été testé à une température de 90,5 K. Cette étude s'est également focalisée sur la dynamique de la transition des matériaux supraconducteurs. Nos expériences semblent montrer que la transition est plus homogène au voisinage de Tc. Cette observation est principalement justifiée par la faible valeur de Jc au voisinage de Tc, par des considérations thermiques (meilleure propagation du front de transition) et magnétiques (ancrage magnétique et mécanisme avalancheux de la transition différents près de Tc). Des résultats expérimentaux mettent également le doigt sur l'importance des échanges thermiques latéraux sur la transition des supraconducteurs. L'analyse menée montre que l'énergie dissipée au sein du matériau étudié semble l'être de façon localisée.

Les hétérostructures de taille nanométrique comprenant des matériaux supraconducteurs (S) en contact avec des matériaux métalliques (N) ou ferromagnétiques (F) présentent des propriétés surprenantes. L'effet de proximité dans les structures F/S/F se manifeste par l'effet vanne de spin. Dans les jonctions S/F/S, on voit l'apparition d'une transition de phase 0-p. Ces propriétés dépendent des paramètres internes du ferromagnétiques. Dans la première partie, nous étudions l'influence d'un décalage énergétique et d'une différence de masse effective pour expliquer l'effet de vanne de spin inverse qui se manifeste dans certaines hétérostructures F/S/F. On étudie la transition de phase 0-p dans le cas de décalage énergétique et d'anisotropie des surfaces de Fermi. La seconde partie est consacrée à l'étude de l'effet paramagnétique sur le diagramme (H,T) des bicouches S/N et S/S. On demontre qu'il se forme une phase de supraconductivité induite par champ magnétique à fort champ magnétique et faibles températures. Calculée en présence d'un phase supraconductrice inhomogène de type Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinikov (FFLO), on s'interesse également à l'influence des impuretés sur cette nouvelle phase supraconductrice à fort champ magnétique. La troisième partie est dévolue à l'étude des multicouches supraconducteur/métal normal(N). Le but de cette partie est d'étudier l'influence du nombre de couche et de décalage d'énergie sur la température critique, la densité d'état des multicouches S/N/.../N épaisses et de l'effet Josephson dans les multicouches S/N/.../N/S.

Cette thèse se compose de deux parties différentes qui s'inscrivent dans une thématique générale astrophysique. Les titres de ces parties sont : "La capture alpha en cinématique inverse liée au processus p ; mesure de la réaction 78Kr( $/alpha$ , $/gamma$ )82Sr "et "Mesures de la décroissance de 19O et 19Ne implantés dans le niobium ". L'objet de la première partie est directement liée à l'astrophysique nucléaire. Il s'agit d'établir une technique expérimentale pour la mesure directe à basse énergie de sections efficaces de réactions de capture radiative alpha en cinématique inverse. Ces réactions sont importantes en astrophysique, elles vont permettre d'améliorer les potentiels du modèle optique pour les particules alpha utilisés dans des modèles nucléaires pour prédire les sections efficaces des réactions ayant lieu dans les supernovae. Ici, nous avons insisté surtout sur la faisabilité technique de ce type d'expériences. En seconde partie de la thèse, on a examiné l'influence de l'environnement sur les probabilités de décroissance bêta d'un noyau, et en particulier de l'influence de l'écrantage électronique de la barrière de Coulombienne par les paires de Cooper d'un matériau supraconducteur. Un effet extrêmement faible, dans la limite des erreurs de mesure, aurait été observé.

La synthèse de nouveaux composés d'intercalation du graphite a été réalisée en phase gazeuse et en solution dans HF anhydre. Les fluorures de chrome et de rhodium s'intercalent dans le graphite pour donner lieu à des composés de stades 1 à 3. Une étude structurale sur un monocristal a montré la commensurabilité entre le sous réseau du graphite et celui de l'intercalat. L'état d'oxydation des métaux de transition a été déterminé par RPE, XPS et par mesures magnétiques. Les mesures de la réflectivité optique ont permis une estimation du transfert de charge du graphite vers l'espèce insérée. L'étude de l'effet de la fluoration d'une série d'oxydes supraconducteurs a été réalisée. Un traitement sous fluor gazeux à basse température (20°C < F < 2100°C) a mis en évidence la formation d'une fine couche d'(oxy) fluorure à la surface des matériaux. Cette couche a été caractérisée par diffraction X, TEM et par spectroscopie Auger. Dans l'oxyde YBa2Cu3O7, un phénomène de passivation de surface vis-à-vis de la dégradation atmosphérique a été observé. L'influence de la fluoration sur les propriétés supraconductrices a été étudiée par RPE, mesures magnétiques et électriques. Une étude par XPS sur un monocristal de YBa2Cu3O7 a confirmé que la surface du matériau est complétement modifiée après traitement.

Cette thèse présente une étude associant des mesures de spectroscopie tunnel, de spectroscopie d'Andreev en mode point-contact et de transport électronique sur des échantillons supraconducteurs désordonnés d'oxyde d'indium. Les mesures de transport révèlent une divergence de la résistivité depuis la température ambiante court-circuitée par la supraconductivité à basse température. Ce comportement traduit la proximité des échantillons avec la transition métal-isolant d'Anderson. La spectroscopie tunnel met en évidence un état supraconducteur inhabituel présentant un régime de pseudogap au-dessus de la température critique. Celui-ci évolue à basse température en un système inhomogène composé de paires de Cooper supraconductrices et de paires de Cooper localisées par le désordre, sans cohérence de phase. La comparaison entre plusieurs échantillons montre que ces paires de Cooper incohérentes prolifèrent avec l'augmentation du désordre et indique ainsi que la transition supraconducteur-isolant dans l'oxyde d'indium est gouvernée par la localisation progressive des paires de Cooper. Par ailleurs, en utilisant notre STM, nous avons décrit continûment l'évolution de la conductance locale entre le régime tunnel et le régime de contact. La spectroscopie d'Andreev révèle une nouvelle échelle d'énergie liée à la cohérence de phase supraconductrice et indépendante des fluctuations spatiales de la densité d'états mesurées en régime tunnel. Ceci montre que le désordre provoque une dichotomie entre l'énergie de liaison caractérisant l'appariement électronique et l'énergie de cohérence propre à l'état supraconducteur macroscopique.