L'objectif de ce travail de thèse a été de mettre en place un dispositif expérimental permettant la mesure des propriétés élastiques sous conditions extrêmes par propagation d'onde ultrasonore dans la presse Paris Edimbourg. La modélisation numérique du volume expérimental par la méthode des éléments finis a conduit à une conception appropriée assurant une température homogène. Les mesures de vitesse ultrasonore effectuées sur la magnétite avec la cellule optimisée ont permis la détermination des modules élastiques et de la densité sous haute pression (6 GPa) et température (100°C). Pour la wüstite sont présentées des mesures ultrasonores sous pression (6 GPa) et température (200°C) du module de compression C11. Le comportement anormal en pression (12 GPa) des constantes élastiques C44 et C' de la wüstite mesuré par diffusion inélastique de neutrons est interprété comme un phénomène pré-transitionnel à la transition para-antiferromagnétique.

Des céramiques de K(Ta1-xnBx)O3 [KTN] ont été densifiées par la méthode du "fast-firing" et en utilisant un ajout de Li2CO3 ou de LiF. Une cellule de mesures diélectriques hautes fréquences et hautes températures a été mise au point. Des mesures diélectriques en large bande de fréquence (102-109 Hz) et de température (300 - 800 K) ont permis de mettre en évidence trois relaxations. Les deux premières, à basse fréquence, proviennent de mouvements de parois de domaines et de phénomènes de conductivité. La troisième à haute fréquence [HF], est liée à des chaînes de corrélation des cations Nb5+ et Ta5+ selon un modèle de double puits de potentiel. Enfin, température de Curie et fréquence de relaxation [HF] ont été reliées au degré de covalence des liaisons B-O(B=Nb, Ta).

Cette thèse s'inscrit dans un programme initié par EDF afin de comprendre, de modéliser et de limiter la contamination du circuit primaire des réacteurs à eau sous pression par des particules colloïdales issues de la corrosion. Le comportement électrostatique de particules d'oxydes représentatives (ferrite de cobalt (CoFe2O4), ferrite de nickel (NiFe2O4) et la magnétite (Fe3O4)) a été étudié dans les conditions physico-chimiques du circuit primaire : en température (jusqu'à 320°C), en présence d'acide borique B(OH)3 et de lithine LiOH. Le point isoélectrique (PIE) et le point de charge nulle (PZC), mesurés entre 5 et 320°C, présentent, comme le pKe de l'eau, un minimum vers 200°C. Les constantes thermodynamiques de protonation ont été calculées. Le potentiel zêta et le PIE diminuent en présence d'acide borique, à cause de la sorption d'ions borate. La lithine n'a pas d'effet marqué. La modélisation de ces résultats dans des conditions représentatives du circuit primaire montre que ce type d'oxydes a une surface négative ce qui explique leurs propriétés de sorption et d'adhésion.

Nous avons mené des investigations structurales et magnétiques sur les trois familles d'alliages nanocristallins Finemet, Nanoperm et Hitperm, dans lesquels le cobalt ajouté est supposé accroître la stabilité thermique température de cristallisation et température Curie plus élevées). En mesurant les cycles d'hystérésis en temps réeldurant la cristallisation des différents alliages, nous avons trouvé que l'état magnétique de la phase nanocristalline est différent en fonction de plusieurs paramètres. Le comportement magnétique global est fortement affecté par le fait que la phase amorphe reste ferromagnétique ou devint paramagnétique (lorsque la cristallisation se développe. Nous avons développé une méthode permettant de mesurerl'anisotropie longitudinale induite. Ceci nous a permis, pour la première fois, de mesurer directement cette anisotropie dans les rubans et les fils amorphes ou nanocristallins. Le modèle "back-stress" a été appliqué pour explique l'anisotropie induite par la contrainte dans ces alliages biphasés.

L'objectif des travaux présentés ci-après est d'inventer de nouveaux matériaux magnétiques fonctionnels pour des applications innovantes dans le domaine du génie électrique. L'approche scientifique développée depuis les prémices de ma thèse est basée sur la compréhension des processus d'aimantation mis en jeu à l'échelle nanométrique (comportement individuel) et à l'échelle macroscopique dans des matériaux hétérogènes nanostructurés (comportement collectif). Ce travail s'appuie sur un large partenariat interdisciplinaire depuis la chimie (élaboration des matériaux, analyse structurale) jusqu'à la physique (processus d'aimantation, interactions hyperfines, nanostructure magnétique) sans oublier l'ingénierie (mise en forme) et les industriels, sur le plan national et international. Cette démarche s'inscrit dans une logique de "bas en haut" (bottom-up en langage savant) telle qu'elle sera décrite plus loin en détails.<br />Dans un premier temps, nous tenterons de définir les concepts scientifique qui caractérisent la science des nanomatériaux dans son ensemble et de proposer une nouvelle classification des nanomatériaux. Nous ferons appel aussi bien à des théories scientifiques établies qu'à une étude étymologique aux frontières de la physique et de la sémantique. Dans un deuxième temps, nous nous livrerons à une série "d'expériences théoriques" sur le nanomagnétisme, c'est à dire que nous nous efforcerons, en partant du concept d'anisotropie aléatoire, d'introduire des concepts théoriques originaux dans la simulation des propriétés magnétiques des matériaux nanostructurés. Dans un troisième temps enfin, nous tenterons de faire une analyse critique des travaux menés jusqu'à aujourd'hui dans le domaine des matériaux nanocristallisés à partir d'un précurseur amorphe et de leurs transitions magnétiques variées à haute température (superparamagnétisme, couplages d'échange...), sur les matériaux composités doux à base de nanopoudres et sur la structure magnétique des nanoparticules. Enfin, nous tenterons d'en tirer des conclusions utiles pour l'orientation des actions futures.

Le carbure de silicium est en théorie un des meilleurs candidats pour les applications aussi stratégiques que sont l'électronique forte puissance, haute température, haute fréquence ou encore fonctionnant en environnement hostile. Cependant, les difficultés de cristallogenèse de ce matériau ralentissent le développement de cette filière. Par exemple, l'épitaxie en phase vapeur (EPV) de couches minces de SiC nécessite des températures élevées, supérieures à 1400°C, ce qui compliquent la mise en oeuvre et le contrôle du procédé de croissance. Faire<br />croître SiC en dessous de cette température tout en gardant une qualité de matériau (cristallinité et dopage) satisfaisante est un véritable défi dont les intérêts industriels sont évidents.<br />Cet objectif peut être atteint en utilisant des techniques en solution, sous gradient thermique<br />ou par mécanisme vapeur-liquide-solide (VLS). Différents bains et différentes configurations<br />de croissance ont été envisagés. Cette étude a permis de mieux cerner les difficultés de mise en oeuvre, de justifier les solutions techniques proposées et de sélectionner les alliages Al-Si comme meilleurs candidats. A partir de ces bains, l'homoépitaxie des polytypes hexagonaux (4H et 6H-SiC) a été démontrée pour des températures aussi basses que 1100°C. Les couches sont très fortement dopées p, par l'incorporation massive d'Al, de bonne qualité cristalline et assez rugueuses. Ce fort dopage p confère des propriétés électriques très intéressantes<br />notamment en terme d'abaissement de la résistivité de contact.<br />Le polytype cubique (ou 3C-SiC) ne disposant pas de substrats commerciaux de qualité suffisante, sa croissance a été réalisée par hétéroépitaxie sur substrat de Si(100) et a-SiC(0001) non désorientés, respectivement par EPV et VLS. L'EPV sur substrat de Si produit des couches de qualité cristalline médiocre en raison du fort désaccord de maille. La courbure<br />importante des plaques, résultant des contraintes thermiques, peut être diminuée en modifiant<br />l'étape de carburation. Un tel matériau pourra trouver des débouchés avec des composants peu<br />exigeants en qualité cristalline. Enfin, les alliages à base de Ge et Sn se sont montrés adaptés à<br />la germination du polytype 3C-SiC sur substrats hexagonaux. Des conditions de croissances<br />permettant d'éliminer les parois d'inversions dans les couches, ont été déterminées. Le matériau 3C ainsi épitaxié n'a pas d'équivalent ailleurs et est très prometteur pour développer un filière basée sur ce polytype.

D'origine biologique, le bois présente des propriétés fortement variables rendant sa caractérisation parfois complexe. Une meilleure connaissance du comportement rhéologique et en particulier des propriétés viscoélastiques du bois est nécessaire au développement ainsi qu'à l'amélioration des processus de transformation et de fabrication de matériaux à base de bois utilisant ces propriétés.<br />Ainsi, l'objectif majeur de cette thèse est de caractériser le comportement différé du bois vert dans des conditions thermiques et hydriques contrôlées. Un dispositif expérimental parfaitement adapté aux spécificités du bois, et en particulier à son anisotropie et son hygroscopie, a été développé. Cet appareil, appelé WAVET (Environmental Vibration Analyser for Wood) assure la détermination des propriétés viscoélastiques du bois par des essais harmoniques en flexion simple encastrement pour des fréquences comprises entre 5.10-3 Hz et 10 Hz. Dimensionné pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 5 bars, il permet d'effectuer des essais en milieu anhydre ou saturé pour des températures variant de 0°C à 140°C. <br />Les résultats expérimentaux collectés à l'aide de cet appareil sur diverses essences tempérées permettent de mettre en évidence l'influence de nombreux paramètres sur les propriétés rhéologiques et notamment au niveau de la température de ramollissement, à savoir l'essence, la direction matérielle, le type de bois (normal/réaction), ou encore la structure anatomique et macromoléculaire. <br />L'étude de la dégradation thermique du bois saturé en eau dévoile des modifications biochimiques importantes au sein de ce biopolymère. Il apparaît clairement que les propriétés de rigidité et d'amortissement du bois traité thermiquement en milieu aqueux évoluent en fonction de la sévérité du traitement et de la structure native des macromolécules constitutives.

L'étude porte sur une couche de mélange plane horizontale générée par la rencontre de deux écoulements parallèles à vitesse et température différentes. Le mélange turbulent est analysé pour différentes conditions initiales en termes de gradients de vitesse et de température. On distingue en particulier des configurations en régime de stratification stable et instable sous l'effet des forces de flottabilité. L'analyse des corrélations entre les fluctuations de vitesse et de température s'appuie sur la technique expérimentale d'anémométrie à température de fil variable (PCTA), qui permet la mesure instantanée de la vitesse et de la température en un même point grâce à la variation périodique et par palier du coefficient de surchauffe du fil chaud utilisé. Un premier travail a consisté à étendre la technique PCTA à l'utilisation de fils croisés pour la mesure simultanée de la température et de deux composantes de la vitesse. Dans un premier temps, les statistiques en un point permettent d'identifier les caractéristiques de l'écoulement dans la région de similitude et d'y établir les équations de bilan pour l'énergie cinétique turbulente, l'intensité des fluctuations de température et les flux de quantité de mouvement et de chaleur. Il apparaît, vu les faibles nombres de Richardson en jeu (Rif<0,03), que les forces de flottabilité sont quasi-négligeables devant les moteurs principaux du mouvement. Pourtant, ce forçage thermique peu énergétique est suffisant, en configuration instable, pour augmenter significativement le taux d'expansion et la contrainte de cisaillement, ce qui correspond de fait à une augmentation de la production de turbulence. L'analyse des densités de probabilité jointes permet ensuite de mettre en évidence les mécanismes et évènements qui contribuent significativement aux flux transversaux de quantité de mouvement et de chaleur. Ces différentes contributions sont différenciées et quantifiées par une analyse en quadrants qui fait ressortir la prépondérance des mouvements d'entraînement et d'éjection. On examine enfin les statistiques en deux points associées aux incréments de vitesse et de température. Le comportement de ces incréments est étudié à travers leurs densités de probabilité et leurs coefficients de dissymétrie et d'aplatissement. Les exposants des fonctions de structure confirment l'intermittence plus grande de la température par rapport à celle de la vitesse. Les différents termes des équations de Kolmogorov et de Yaglom sont mesurés. L'équilibre de ces bilans par échelle permet de quantifier le terme qui intègre les différents forçages proposés dans la littérature.

La carbonatation est une pathologie du béton armé qui peut engendrer la corrosion des armatures et à terme de la fissuration. Dans le cadre de la gestion des déchets radioactifs, les structures et les conteneurs seraient soumis simultanément à un échauffement (exothermie des déchets), au CO2 atmosphérique, ainsi qu'à un séchage important. Afin de rendre compte de leur évolution à l'échelle séculaire, les données actuelles relatives à la carbonatation à température ambiante doivent être complétées, d'une part par une description de la phénoménologie en température, et d'autre part, par la prise en compte de l'impact des transferts hydriques en température (séchage) sur la carbonatation en insaturé. Le travail présenté se focalise sur l'étude de la durabilité de quatre pâtes de ciment différentes dont deux sont directement dérivées des formulations de référence sélectionnées par l'Andra (CEM I et CEM V) et un mélange baspH. Le premier volet est dédié à l'étude des transferts hydriques reposant sur la conduite d'essais de désorption. Il a notamment permis la caractérisation des isothermes de désorption en température (20, 50et 80°C). L'impact thermique modifie les isothermes : la teneur en eau à l'équilibre chute avec la température et le point d'amorçage de la condensation capillaire est déplacé. Une phase de modélisation a conjointement été conduite en support aux expérimentations. L'utilisation de l'équation de Clausius-Clapeyron a permis de décrire l'effet de la température sur les isothermes (par la détermination de la chaleur isostérique d'adsorption de chacun des matériaux). Bien que l'impact de la température sur la microstructure des pâtes de ciment soit avéré, la prise en compte du déplacement des équilibres thermodynamiques suffit à restituer cet effet thermique sur les isothermes. La détermination des perméabilités intrinsèques par exploitation des cinétiques de désorption (par analyse inverse) a montré la thermoactivation du transport d'eau. La contribution de l'évolution de la microstructure en température ne peut-être négligée sur la perméabilité des matériaux.Le deuxième volet exploratoire, est consacré à l'étude de la carbonatation en température. Il repose sur la mise en place d'un dispositif de carbonatation spécifique (fonctionnement en température) et la conduite d'essais de carbonatation à HR et température contrôlées. La campagne de caractérisation (DRX et ATG)a conduit à l'obtention de profils de carbonatation caractéristiques de chaque couple (HR, Température).Les évolutions minéralogiques (décomposition des hydrates, distribution polymorphique du carbonate de calcium précipité) mises en évidence en température se rapprochent de celles identifiées à température ambiante. En revanche, il ressort que les conditions environnementales influencent significativement les proportions polymorphiques : plus l'HR est faible, plus les teneurs en phases métastables (vatérite,aragonite) sont élevées. Les réactions de dissolution-précipitation mises en jeu dans la transformation polymorphique (des états métastables vers la calcite) sont inhibées à faible HR, par manque de milieu réactionnel. La cinétique de carbonatation, également impactée par les conditions environnementales, est régie par la concurrence de l'effet thermique sur les transferts hydriques et sur la solubilité rétrograde des réactifs. Les profondeurs carbonatées sont maximales aux points d'amorçage de la condensation capillaire propres aux différents matériaux et à chaque température. Les profondeurs carbonatées augmentent avec la température jusqu'à une température limite, caractéristique de la formulation, au-delà de laquelle la solubilité rétrograde des réactifs deviendrait le facteur limitant.Cette phase de compréhension des mécanismes mis en jeu dans la carbonatation en température et de leur niveau de couplage effectuée, les modèles prédictifs de carbonatation en insaturé pourront être étendus à l'application en température. Les résultats de ce travail fournissent les données d'entrées et de validation nécessaires à la validation des simulations numériques.

Des satellites d'observation de la terre acquièrent des images de températures des corps visibles depuis l'espace. L'étude de ces images requiert un traitement et ce travail analyse différentes méthodes statistiques, tant descriptives qu'analytiques, susceptibles d'aider dans l'interprétation et éventuellement l'amélioration des images. Les données traitées sont tout d'abord présentées et nous montrons comment des méthodes de type descriptif, comme les histogrammes, peuvent aider à la visualisation des images et offrir une classification simple des images. La texture de ces images est ensuite étudiée en utilisant le concept de fonction aléatoire à support dans R2 et par le biais de l'analyse des données, nous avons construit une méthode de segmentation d'images en zones de texture homogènes. Cette méthode est utilisée pour bâtir un algorithme de lissage du bruit de fond affectant les images. Cet algorithme est de type moyenne mobile optimale et est adaptatif car prenant en compte la texture locale. Tous les algorithmes exposés ont fait l'objet d'une implémentation sur calculateur et plusieurs exemples d'application sont proposés.