Si la problématique posée par le colmatage des membranes est ancienne, prévoir et adapter les conditions de filtration pour réduire le colmatage reste essentiel pour un meilleur contrôle du procédé. Parce qu'il représente le flux au-delà duquel un colmatage irréversible apparaît à la surface de la membrane, le flux critique peut être un paramètre clef pour ce contrôle. Dans le cadre de cette étude,nous avons cherché à relier la pression osmotique d'une suspension colloïdale aux valeurs expérimentales du flux critique par le biais de la modélisation du procédé de filtration tangentielle. Une procédure de filtration a été développée pour déterminer de façon précise et rigoureuse le flux critique. Cette méthode permet une détermination continue de la réversibilité de l'accumulation de matière lors d'une diminution de flux permettant ainsi de dissocier expérimentalement la part de diminution de flux due à la pression osmotique et celle due à la résistance irréversible. La caractérisation de la suspension au niveau microscopique (potentiel zêta, taille, etc.) a été complétée par une mesure macroscopique, plus originale, de la pression osmotique particulaire par compression chimique. La pression osmotique de la dispersion colloïdale se révèle être une caractérisation pertinente par rapport à la filtration car relative à la résistance des particules à la surconcentration. Un modèle bidimensionnel adapté calculant les profils de concentration en particules dans un procédé de séparation par membranes est utilisé pour confronter théoriquement les mesures expérimentales de pression osmotique aux valeurs de flux critique. La comparaison des valeurs expérimentales et modélisées de flux critique suggèrent que des hétérogénéités de propriétés physiques de la membrane et des particules doivent être prises en compte. Intégrées dans un modèle descriptif, les distributions de flux permettent d'expliquer les différences entre expérience et simulation de la filtration d'une suspension colloïdale.

Ce travail a porté sur l'étude théorique de modèles d'ADN, afin de mieux caractériser le processus de dénaturation thermique. Nous avons proposé trois modèles d'ADN basés sur des énergies d'empilement finies et dépendantes de la séquence, qui reproduisent très bien les résultats expérimentaux. Nous avons ensuite étudié l'amplification des fluctuations de température de l'ADN à la dissociation et mis en évidence une dépendance en 1/f du spectre des fluctuations. Nous avons également effectué une étude complète du comportement critique des modèles d'ADN à la limite thermodynamique : nous avons calculé les exposants critiques, démontré quantitativement la discontinuité de la transition et montré que deux lois d'échelle sur quatre ne sont pas vérifiées. Enfin, nous avons analysé les effets de finitude de taille sur la dénaturation de l'ADN et testé les hypothèses de la théorie de finite size scaling. Les études en cours portent sur l'effet du désordre sur la transition de dénaturation.

Thèse doctorat : Mécanique : Villeurbanne, INSA : 2007. / Thèse rédigée en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 145-155.

Ce travail porte sur l'étude des transformations induites par les procédés industriels (TIPI) dans le domaine de l'industrie pharmaceutique. Il se focalise sur le procédé de compression directe et sur deux principes actifs modèles qui sont la caféine et la carbamazépine. Des méthodes de caractérisations expérimentales des transitions de phases dans les comprimés ont été développées. La densité des comprimés a été mesurée par tomographie à rayons X et évaluée en surface par micro-indentation. Des méthodes thermiques telles que l'ACD et l'ATG ont été utilisées pour estimer les transformations dans tout le volume des comprimés. La spectroscopie Raman à basses fréquences a été appliquée pour la première fois pour cartographier la surface des comprimés. La spectroscopie Raman à hautes fréquences a été développée dans le but d'augmenter le nombre de données et d'automatiser le traitement des spectres. La transformation de la caféine forme I (métastable) en forme II (stable) nécessite plusieurs années dans les conditions ambiantes. Les investigations menées sur la caféine I ont révélé que la transition est induite par la compression directe car une transformation partielle en forme II est mesurée dans tout le volume du comprimé. La transformation continue au sein du comprimé lors de son stockage et le taux de transformation reste supérieur à celui de la poudre de caféine forme I non comprimée. Les quantifications misent en place par ACD et spectroscopie Raman à basses fréquences ont montré des transformations de la forme I dans tout le volume des comprimés et leur valeur est indépendante de l'intensité de la pression de compression. De plus, les deux formes de la caféine coexistent à l'échelle micrométrique, ce qui tend à prouver que des cristallites de forme II apparaissent dans tous les grains de caféine. La caféine formulée avec de la cellulose microcristalline présente un comportement plastique lors de la compression. La tomographie à rayons X révèle l'existence d'une zone locale de densité plus élevée au niveau des parois latérales, sans que ceci influe localement sur le taux de transition de la caféine. L'emploi d'une caféine calibrée entraine un comportement plus fragmentaire, qui semble réduire le taux de transformation mesuré. Aucune transformation de phase solide de la carbamazépine dihydrate n'a été décelée par ATG et spectroscopie Raman dans les comprimés fabriqués. Il semble que ce principe actif soit stable en compression directe

L'étude des propriétés de diffusion moléculaire d'un dopant dans une phase lamellaire orientée nous permet de mettre en évidence les caractéristiques de diffusion dans un milieux fortement anisotrope. En particulier, la variation continue de la dilution du système montre l'existence de deux régimes : un régime dilué où les molécules diffusent comme dans un solvant et un nouveau régime, très confiné, dans lequel les molécules diffusent comme des dopants membranaires. Le développement d'un modèle prenant en compte la fluidité des membranes nous permet d'interpréter ces résultats dans la majorité des cas et révèle l'importance de l'anisotropie des diffuseurs. Dans la seconde partie, nous nous intéressons à l'étude du mécanisme microscopique mis en jeu dans la transition smectique - cholestérique dans les cristaux liquides lyotropes. En utilisant un système déjà connu au laboratoire (DMPC/C12E5/H2O), nous validons expérimentalement le scénario de transition par débouclage de boucles de dislocations proposé théoriquement depuis plusieurs années. Nous proposons ainsi un système expérimental de choix pour l'étude de ce genre de transition, prédites dans différents domaines de la physique de la matière condensée. La visualisation directe des défauts, la mise en évidence de leur structure en boucle, l'observation de leur différentes organisations nous permet également de proposer l'existence de nouvelles phases dans le domaine des cristaux liquides lyotropes (smectique biaxe et phase TGB).

Ce présent projet de recherche a permis de créer un modèle par éléments finis du muscle strié humain dans le but d’étudier les mécanismes engendrant les lésions musculaires traumatiques. Ce modèle constitue une plate-forme numérique capable de discerner l’influence des propriétés mécaniques des fascias et de la cellule musculaire sur le comportement dynamique du muscle lors d’une contraction excentrique, notamment le module de Young et le module de cisaillement de la couche de tissu conjonctif, l’orientation des fibres de collagène de cette membrane et le coefficient de poisson du muscle. La caractérisation expérimentale in vitro de ces paramètres pour des vitesses de déformation élevées à partir de muscles striés humains actifs est essentielle pour l’étude de lésions musculaires traumatiques. Le modèle numérique développé est capable de modéliser la contraction musculaire comme une transition de phase de la cellule musculaire par un changement de raideur et de volume à l’aide des lois de comportement de matériau prédéfinies dans le logiciel LS-DYNA (v971, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, CA, USA). Le présent projet de recherche introduit donc un phénomène physiologique qui pourrait expliquer des blessures musculaires courantes (crampes, courbatures, claquages, etc.), mais aussi des maladies ou désordres touchant le tissu conjonctif comme les collagénoses et la dystrophie musculaire. La prédominance de blessures musculaires lors de contractions excentriques est également exposée. Le modèle développé dans ce projet de recherche met ainsi à l’avant-scène le concept de transition de phase ouvrant la porte au développement de nouvelles technologies pour l’activation musculaire chez les personnes atteintes de paraplégie ou de muscles artificiels compacts pour l’élaboration de prothèses ou d’exosquelettes.

Comprendre la supraconductivité des pnictures et séléniures de fer nécessite de bien connaître leurs propriétés électroniques et magnétiques. Dans ce cadre, j'ai aidé à réaliser et j'ai automatisé un dispositif cryogénique capable d'étudier ces propriétés, à basse température (jusqu'à ~1 K) et sous application d'un champ magnétique statique (jusqu'à 2 T) ou oscillant. Les techniques implémentées sont la spectroscopie de pointe et la microscopie à sonde de Hall, et le dispositif est conçu de sorte qu'il soit possible de basculer de l'une à l'autre sans manipuler l'échantillon.J'ai ensuite utilisé ce dispositif pour étudier par spectroscopie de pointe les gaps supraconducteurs du pnicture Ba(Fe,Ni)2As2, puis rechercher la signature du couplage de ses électrons de conduction à des modes bosoniques. Ce faisant, il a été observé dans la conductance différentielle de jonctions métal-supraconducteur un signal oscillant dont la période varie en température comme le gap supraconducteur de l'échantillon. Ce signal dépend de la résistance de contact de la jonction d'une façon qui prouve clairement qu'il est issu d'effets hors équilibre.J'ai modélisé ce signal en étudiant théoriquement la physique de jonctions métal-métal-supraconducteur, dont la seconde région métallique serait formée par transition locale du supraconducteur vers l'état normal. Le modèle que j'ai ainsi construit permet de prédire la conductance différentielle d'une telle jonction, moyennant une connaissance préalable de la loi L(V) reliant la taille de la seconde région métallique à la tension aux bornes de la jonction. J'ai ensuite proposé plusieurs modèles pour cette loi.Après comparaison avec l'expérience, il semble possible que la région métallique se forme par dépassement local de la densité de courant critique Jd du supraconducteur associée à la brisure de paires de Cooper, ou "courant de depairing". Mais il serait aussi vraisemblable que l'injection d'électrons perturbe localement la distribution électronique f(E) de l'échantillon, au point de déstabiliser l'état supraconducteur. Cette dernière interprétation suppose une forte dépendance en température du couplage électron-boson à basse énergie.Enfin, je présente en annexe les fonctionnalités de microscopie magnétique du dispositif réalisé, ainsi que les premiers résultats scientifiques qu'elles ont permis d'obtenir : la mise en évidence du rôle joué par le fluage quantique dans la relaxation des vortex piégés au sein de Fe(Se,Te). / Reaching a good understanding of the superconductivity of iron pnictides and selenides requires an accurate knowledge of their electronic and magnetic properties. To this end, I helped building and I automated a cryogenic device that is suitable for the study of these properties, at low temperatures (down to ~1 K) and under the application of a magnetic field, either static (up to 2 T) or oscillating. The device implements the experimental techniques of point contact spectroscopy and scanning hall probe microscopy, and it allows switching between them without requiring sample manipulations.I subsequently used this device to study the superconducting gaps of Ba(Fe,Ni)2As2 by point contact spectroscopy, before I began looking for signatures of the coupling of conduction electrons to bosonic modes. However, in this process, the differential conductance of metal-superconductor junctions turned out to exhibit oscillating features, whose period evolves in temperature like the superconducting gap of the sample. This signal also depends on a junction's contact resistance in such a manner that it appears unmistakably out-of-equilibrium in nature.I derived a model of this signal by undertaking a theoretical study of metal-metal-superconductor junctions. In these junctions, the second metallic region would emerge from a local transition of the superconductor to the normal state. The resulting model is able to predict the differential conductance of such a junction, given prior knowledge of the L(V) law linking the size of the second metallic region to the voltage being applied across the junction. I subsequently derived several models for this law.Comparing these models to experimental data, it appears that the observed phenomenology could emerge from a local increase of current density above the "depairing current" Jd associated to Cooper pair breaking in the superconductor. Alternatively, electron injection could also locally alter the electron energy distribution f(E) of the sample to the point of destabilizing the superconducting state. This last explanation requires a strong temperature dependence of the electron-boson coupling at low energies.Finally, in an appendix, I describe the magnetic microscopy capabilities of the experimental device. Those capabilities enabled us to understand the role played by quantum creep in the relaxation of trapped vortices within Fe(Se,Te).

Les propriétés mécaniques du combustibles nucléaire sont un problème complexe qui fait intervenir de nombreux mécanismes différents à des échelles diverses. Afin de faire progresser notre connaissance de ce matériau, nous avons effectué des simulations utilisant des modèles de Dynamique Moléculaire. Ces simulations permettent l'étude de différents mécanismes de déformation du dioxyde d'uranium à l'échelle atomique. Nous avons mis en place une procédure permettant de calculer les chemins de transition entre différents polymorphes de l'UO2 de manière statique et dynamique. Ces calculs ont confirmé la stabilité des structures fluorine à pression ambiante et cotunnite en compression, vers laquelle une transition reconstructive a été observée. Ils ont aussi montré l'importance de la direction de sollicitation principale pour déterminer la transition activée en tension, soit vers une structure scrutinyite, soit vers une structure rutile. D'autre part, les propriétés élastiques de l'UO2 ont été déterminées en température à partir d'une approche multi-modèles. L'accord relatif entre les potentiels existants pour l'UO2 a été utilisé pour déterminer des paramètres pour des modèles mésoscopiques. La propagation d’une fissure dans un monocristal a ensuite été étudié. Lors de ces simulations nous avons mis en évidence l'apparition de phases secondaires en pointe de fissure. Ce mécanisme prédit par les modèles atomistiques pourrait jouer un rôle important lors de la propagation d’une fissure aux échelles supérieures. Finalement, certaines propriétés des dislocations coin stabilisées dans le cristal UO2 ont été étudiées. La structure de cœur de ces dislocations dans différents plans de glissements a été comparée. Leur contrainte critique de glissement en fonction de la température a été calculée. Ces derniers calculs suggèrent un lien direct entre le désordre chimique observé au cœur de dislocations et leur mobilité. / Mechanical properties of nuclear fuel are a complex problem, involving many coupled mechanisms occurring at different length scales. We used Molecular Dynamics models to bring some light on some of these mechanisms at the atomic scale. We devised a procedure to calculate transition pathways between some UO2 polymorphs, and then carried out dynamics simulations of these transitions. We confirmed the stability of the cotunnite structure at high pressure using various empirical potentials, the fluorite structure being the most stable at room pressure. Moreover, we showed a reconstructive phase transition between the fluorite and cotunnite structures. We also showed the importance of the major deformation axis on the kind of transition that occur under tensile conditions. Depending on the loading direction, a scrutinyite or rutile phase can appear. We then calculated the elastic behaviour of UO2 using different potentials. The relative agreement between them was used to produce a set of parameters to be used as input in mesoscale models. We also simulated crack propagation in UO2 single crystals. These simulations showed secondary phases nucleation at crack tips, and hinted at the importance thereof on crack propagation at higher length-scales. We then described some properties of edge dislocations in UO2. The core structures were compared for various glide planes. The critical resolved shear stress was calculated for temperatures up to 2000 K. These calculations showed a link between lattice disorder at the dislocations core and the dislocations mobility

Cette thèse se concentre sur les cristaux liquides (CLs), leurs propriétés chirales et leurs interactions avec des surfaces et des nanostructures. Des cellules nématiques torsadées ont été remplies d'un CL dopé avec la molécule chirale CB15, qui compense la torsion imposée. Les résultats indiquent qu'un effet électroclinique (ECE) existe près de la surface en présence de molécules déracémisables conformes. Des mesures ECE ont aussi été réalisées afin de déterminer la réponse en ECE dans un CL dopé avec des organosilicates mésoporeux périodiques (OMP) chiraux. Les données montrent que la source principale du signal émane de l'extérieur des OMP plutôt que de leurs c¿urs. Un ECE est mesuré pour des CLs chiraux au-delà de leur température de transition de phase nématique/isotrope de bulk, et est observable dans les couches paranématiques induites par les substrats causant un alignement planaire. Nous avons dopé des stries huileuses de smectique A avec du CB15. Lors de ce dopage chiral, l'orientation des stries tourne d'un angle dépendant de la température, augmentant avec la concentration et maximum juste en-dessous de la température de transition smectique A/nématique. Ceci est expliqué comme une manifestation de l'ECE de surface sous la structure de strie huileuse permettant une rotation de cette dernière. Enfin, une structure innovante dans un système hybride aligné a été observée en-dessous de la température de transition Smectique A/Smectique C. Cette structure correspond à des stries périodiques sombres et claires perpendiculaires aux stries huileuses, éliminant les traces optiques des stries huileuses. Une origine possible de ces stries est présentée. / This dissertation focuses on liquid crystals (LCs), specifically their chiral properties and interactions with surfaces and nanostructures. Nematic twist cells were filled with a LC doped with the chiral molecule CB15, which compensates for the imposed twist. Using the electroclinic effect (ECE), results indicate that an ECE always exists near the surface in twist cells containing conformationally deracemizable molecules. ECE measurements were also performed to determine the source of the ECE response in a LC doped with chiral periodic mesoporous organosilica (PMO). The data show that the main source of the signal emanates from outside the PMO, and not inside the PMO pores. An ECE also is reported for chiral LCs above their bulk chiral isotropic–nematic phase transition, and is observable in the paranematic layers induced by the planar-aligning substrates. Optical microscopy measurements were performed on smectic-A oily streaks doped with CB15. When chirally doped, the stripe orientation rotated by a temperature dependent angle: This angle increased with concentration, was largest just below the nematic – smectic-A transition, and stabilized to near zero within ~1C below TNA. This is explained as a manifestation of a surface ECE. Finally, a novel structure in a hybrid aligned system was observed below the Smectic-A – Smectic-C transition. The structure appeared as periodic dark and light streaks running perpendicular to the oily streaks, and formed by extending discretely from one oily streak to the next, eliminating optical evidence of the oily streaks. At lower temperatures the streaks undulated in a 2D chiral pattern. A possible origin of these streaks is presented.

Cette thèse s'intéresse à l'étude de la supraconductivité bidimensionnelle à l'interface entre les oxydes LaAlO3 et SrTiO3 contrôlée par effet de champ électrique. Lorsqu'on fait croître une couche mince de quelques mailles atomiques de LaAlO3 sur un substrat de SrTiO3, l'interface devient conductrice, et même supraconductrice au-dessous de 300mK, bien que ces deux oxydes de structure pérovskite soient des isolants. Il se forme ainsi un gaz bidimensionnel d'électrons de haute mobilité, dont les propriétés - supraconductivité et fort couplage spin-orbite de type Rashba - peuvent être contrôlées par effet de champ électrique à l'aide d'une Back Gate. Nous avons étudié cette supraconductivité bidimensionnelle par trois approches expérimentales différentes : l'étude de la transition supraconductrice en température à l'aide du modèle de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless incluant une distribution inhomogène de rigidité ; l'analyse par le groupe de renormalisation de la transition de phase quantique supraconducteur-isolant induite par un champ magnétique perpendiculaire à l'interface selon le modèle de Spivak, Oreto et Kivelson ; et enfin l'étude de l'hystérèse du courant critique ainsi que de sa nature probabiliste dans le cadre du modèle RCSJ. Nous proposons donc de considérer l'interface comme un réseau de flaques supraconductrices couplées par effet Josephson à travers un gaz 2D métallique, dont la transition est régie par le modèle XY des fluctuations de phase. Enfin, nous avons démontré pour la première fois la possibilité de contrôler les propriétés du gaz 2D à l'aide d'une Top Gate, et comparé les effets des deux grilles (Top ou Back Gate). / In this PhD work, we study the field-effect modulated two-dimensional superconductivity at the LaAlO3/SrTiO3 oxides hetero-interface. When one grows epitaxially a few unit cells thin film of LaAlO3 on a SrTiO3 substrate, the interface becomes conducting, and even superconducting below 300mK, although these two perovskite oxides are insulators. The properties of this high-mobility two-dimensional electron gas – superconductivity and strong Rashba-type spin-orbit coupling - can be field-effect modulated by the mean of a Back Gate. We have investigated this two-dimensional superconductivity through three different experimental approaches : the temperature-driven transition with the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless model including an inhomogeneous distribution of rigidity ; the finite-size scaling analysis of the superconductor-to-insulator quantum phase transition induced by a perpendicular magnetic field using the model developed by Spivak, Oreto and Kivelson ; and finally the measure of the hysteretic and stochastic properties of the critical current in the framework of the RCSJ model. We hence propose to consider this 2D electron gas as an inhomogeneous network of superconducting puddles coupled to one another by Josephson effect through a normal metallic matrix, which transition is dominated by the XY model of the phase fluctuations. Finally, we demonstrated for the first time the possibility of Top Gated-control of this interface, and we investigated the compared effects of Top and Back Gating.