The curiosity of researchers to find novel characteristics and properties of matter constantly pushes for the development of instrumentation based on X-radiation. I present in this thesis techniques for electron spectroscopy based on developments of X-ray sources both in time structure and energy. One part describes a laser driven High-Harmonic Generation source and the application of an off-plane grating monochromator with additional beamlines and spectrometers. In initial experiments, the source is capable of producing harmonics between the 13th and 23rd of the fundamental laser 800 nm wavelength. The intensity in the 19th harmonic, after monochromatization, was measured to be above 1.2·1010 photons/second with a repetition rate of 5 kHz.  The development of a chopper system synchronized to the bunch clock of an electron storage ring is also presented. The system can be used to adjust the repetition rate of a synchrotron radiation beam to values between 10 and 120 kHz, or for the modulation of continuous sources. The application of the system to both time of flight spectroscopy and laser pump X-ray probe spectroscopy is shown. It was possible to measure triple ionization of Kr and in applied studies the valence band of a laser excited dye-sensitized solar cell interface. The combination of the latter technique with transient absorption measurements is proposed. The organic molecule maleic anhydride (MA) and its binding configuration to the three anatase TiO2 crystals (101), (100), (001) has been investigated by means of Xray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Near Edge X-ray Absorption Fine structure Spectroscopy (NEXAFS). The results provide information on the binding configuration to the 101 crystal. High Kinetic Energy Photoelectron Spectroscopy was used to investigate multilayers of complexes of iron, ruthenium and osmium. The benefit of hard X-rays for ex-situ prepared samples is demonstrated together with the application of resonant valence band measurements to these molecules.

Ces dernières années ont été marquées par de grandes évolutions technologiques à travers notamment une course à la miniaturisation. De gros efforts de recherche se concentrent en particulier sur le domaine de l’électronique organique mais aussi sur de nouveaux matériaux bidimensionnels comme le graphène. Ces matériaux 2D présentent des propriétés physiques exceptionnelles et sont des candidats prometteurs pour le développement de futurs dispositifs électroniques. Au cours de cette thèse, l’approche ascendante, qui consiste à assembler ensemble des petites briques élémentaires, a été utilisée pour élaborer des nanostructures bidimensionnelles originales sur des surfaces. Des états électroniques localisés dus à un couplage électronique latéral particulier entre les molécules ont été observés. Quatre nanoarchitectures hybrides ioniques-organiques différentes ont été réalisées en faisant varier la température de la surface. Des nanostructures organiques covalentes ont aussi été élaborées par une réaction de couplage d’Ullmann sur la surface. Deux précurseurs différents en forme d’étoile avec des substituants iodés et bromés respectivement, ont été étudiés. De grandes nanostructures carbonées hexagonales poreuses ont notamment été synthétisées en faisant varier la température du substrat. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la réalisation de matériaux organiques bidimensionnels aux propriétés contrôlées. / Over the last few years, important technological developments were made following a trend towards miniaturization. In particular, lots of research efforts are put into the research on organic electronics and on 2D materials like graphene. Such 2D materials show great physical properties and are promising candidates for the development of future electronic devices.In this project, bottom-up approach consisting in assembling elementary building blocks together, was used to engineer novel twodimensional nanostructures on metal surfaces. The properties of these two-dimensional nanostructures were investigated using Scanning Tunneling Microscopy (STM) and X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS). Two-dimensional nanostructures based on the self-assembly of organic building blocks stabilized by intermolecular interactions were engineered. In particular, nanostructures stabilized by hydrogen bonds, halogen bonds and ionic-organic interactions were investigated. Localized electronic states due to specific molecular lateral electronic coupling were observed. Four different ionic-organic nanoarchitectures were engineered varying the substrate temperature. Covalent organic nanostructures were also engineered by onsurface Ullmann coupling reaction. Two different star-shaped precursors with iodine and bromine substituents respectively, were investigated. Large periodic porous 2D covalent hexagonal carbon nanostructures weresuccessfully engineered by temperature driven hierarchal Ullmann coupling. These results open new perspectives for the development of 2D organic materials with controlled structures and properties.

L'étape clé pour intégrer des nanotubes de carbone à une échelle industrielle demeure un meilleur contrôle de leur croissance et notamment le contrôle sélectif de leurs chiralités en lien avec leurs propriétés électroniques. Ce travail a pour but de s'intéresser à la synthèse in-situ et à la caractérisation de nanotubes de carbone individuels par émission de champ pour mieux comprendre les mécanismes de nucléation et de croissance qui conditionnent sa chiralité. Nous avons développé un microscope à émission de champ couplé à un réacteur CVD (Chemical Vapor Deposition) pour observer directement la croissance catalytique de nanotubes de carbone individuels sur des pointes émettrices. Nous avons ainsi découvert que les nanotubes tournent souvent axialement pendant leur croissance, soutenant ainsi un modèle de « dislocation de vis ». L’analyse détaillée des résultats obtenus montre que nous observons directement la croissance atome par atome d'un nanotube monofeuillet individuel avec ajout d’un dimère de carbone à la fois à sa base. Parallèlement, des échantillons ont été caractérisés en détail sous émission de champ. Nous avons établi un protocole de collage de nanotubes individuels à l’apex d’une pointe métallique sous microscopies optique et électronique à balayage à l’aide d’un nanomanipulateur. Leur dépendance en température à très bas courant a été mise en évidence avec un compteur d’électrons afin d'identifier les différents domaines d'émission électronique. L'analyse des distributions énergétiques a fait apparaître un phénomène de chauffage induit qui peut mener à des températures de l’ordre de 2000 K à l’extrémité du nanotube lorsqu’il est soumis à un fort champ. / The key issue for realizing the potential of carbon nanotubes has always been, and still remains, a better control of their growth and in particular the selective control of their chirality related to their electronic properties. This work aims to address the in-situ synthesis and characterization of individual carbon nanotubes by field emission to better understand the mechanisms of nucleation and growth that determine their chirality. We have developed a field emission microscope coupled to a CVD reactor (Chemical Vapor Deposition) to observe directly the catalytic growth of individual carbon nanotubes on metallic tips. We found that nanotubes often turn axially during growth, thereby supporting a model of "screw dislocation". Detailed analysis of results shows that we directly observe the atom by atom growth of one individual single wall nanotube with addition of a carbon dimer to the base. In parallel, certain samples were characterized by in-depth field emission studies. For this we established a protocol of bonding individual nanotubes at the apexes of metal tips under optical and scanning electron microscopies using a nanomanipulator. Their temperature dependence at very low current has been demonstrated with an electron counter to identify the various fields of electron emission. Analysis of energy distributions revealed an induced heating phenomenon that can lead to temperatures of about 2000 K at the end of the nanotube subjected to strong fields that create high current emission.

La spectroscopie EPES (Elastic Peak Electron Spectroscopy) permet de mesurer le pourcentage he d’électrons rétrodiffusés élastiquement par la surface d’un échantillon soumis à un bombardement électronique. C’est une méthode non destructive et extrêmement sensible à la surface. L'objectif de ce travail est de modéliser le cheminement des électrons élastiques dans la matière grâce à une simulation informatique basée sur la méthode Monte Carlo. Cette simulation contribue de manière essentielle à la connaissance et à l'interprétation des résultats expérimentaux obtenus par spectroscopie EPES. Nous avons, de plus, adapté cette simulation à différentes surfaces transformées à l’échelle micrométrique et nanométrique. A l’aide d’une méthode originale, basée sur une description couche par couche du matériau, j’ai réalisé un programme informatique (MC1) rendant compte du cheminement des électrons élastiques dans les différentes couches du matériau. Le nombre d’électrons ressortant de la surface dépend de nombreux paramètres comme : la nature du matériau à étudier, l’énergie des électrons incidents, l’angle d’incidence, les angles de collection des analyseurs. De plus, je me suis intéressé à l’effet de la rugosité de la surface et j’ai démontré qu’elle joue un rôle déterminant sur l’intensité du pic élastique. Ensuite, grâce à l’association de la spectroscopie EPES et de la simulation Monte Carlo, j’ai déduit les modes de croissance de l’or sur substrat d’argent et de cuivre. Les effets de l’arrangement atomique et des pertes énergétiques de surfaces ont ensuite été étudiés. Pour cela, une deuxième simulation MC2 tenant compte de ces deux paramètres a été réalisée permettant d’étudier les surfaces à l’échelle nanométriques. Ces paramètres jusqu’alors non pris en compte dans notre simulation MC1, joue un rôle essentiel sur l’intensité élastique. Ensuite, j’ai obtenu une formulation simple et exploitable pour l’interprétation des résultats obtenus par la simulation MC2 pour un analyseur RFA. Afin de valider, les différents résultats de la simulationMC2, j’ai réalisé des surfaces de silicium nanostructurées, à l’aide de masques d’oxyde d’alumine réalisés par voie électrochimique. J’ai pu créer des nano-pores par bombardement ionique sous ultravide sur des surfaces de silicium. Afin de contrôler la morphologie de la surface, j’ai effectué de l’imagerie MEB ex-situ. La simulation Monte Carlo développée associée aux résultats EPES expérimentaux permet d’estimer la profondeur, le diamètre et la morphologie des pores sans avoir recours à d’autres techniques ex-situ.Cette simulation MC2 permet de connaître la surface étudiée à l’échelle nanométrique. / EPES (Elastic Peak Electron Spectroscopy) allows measuring the percentage he of elastically backscattered electrons from the surface excited by an electron beam. This is a non destructive method which is very sensitive to the surface region. The aim of this work is to model the trajectory of elastic electrons in the matter with a computer simulation based on Monte Carlo method. This simulation allows interpreting experimental results of the EPES spectroscopy. We have moreover adapted this simulation for different surfaces transformed to micrometer and nanometer scales. Using an original method, based on a description of material layer by layer, I realized a computer program (MC1) that takes into account the path of elastic electrons in different layers of material. The number of electrons emerging from the surface depends on many parameters such as: the electron primary energy, the nature of the material, the incidence angle and the collection angles of the analyzer. In addition, I was interested in the effect of surface roughness and I showed that it plays an important role in the intensity of the elastic peak. Then, through an association of the EPES and the Monte Carlo simulation results, I deduced the growth patterns of gold on silver and copper substrates. The effects of the atomic arrangement and the surface excitations were then studied. For this, a new simulation MC2 that takes into account these two parameters has been developed to study nanoscale surfaces. These parameters not previously included in our MC1simulation play a important role in the elastic intensity. Then I have got a simple formula for interpreting the results obtained by the simulation for a RFA analyzer. To validate the different results of the simulation MC2, I realized nano-structured silicon surfaces, using aluminium oxide masks. Nano-pores have been created by Ar+ ions bombardment in UHV chamber on silicon surfaces.To control the morphology of the surfaces, I realized SEM images (Techinauv Casimir) ex-situ. The Monte Carlo simulations, developed here, associated with the EPES experimental results can estimate the depth, the diameter, the morphology of pores without the help of other ex-situ techniques.