L'objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes de conduction électrique et de polarisation diélectrique dans les matériaux argileux, et devrait aider par la suite à exploiter la mesure de ces paramètres sur le terrain pour suivre la fracturation, la saturation ou l'infiltration de polluants (sites de stockage de déchets en particulier). Nous avons réalisé des mesures en laboratoire sur des échantillons synthétiques d'argile compactée (kaolinite et smectique), à différentes teneurs en eau, porosités et compositions minéralogiques, sur une très large gamme de fréquences (avec trois dispositifs différents). Puis des argilites naturelles (Andra) ont été étudiées. La réponse des argiles compactées est principalement contrôlée par leur teneur en eau sur toute la gamme de fréquences ; nous avons également observé deux polarisations distinctes, attribuées à un phénomène de Maxwell-Wagner et à une polarisation de la double couche électrique autour des particules d'argile. La réponse des argilites naturelles est plus complexe ; elle est contrôlée par la teneur en eau ainsi que la microstructure de la roche. Dans ces roches, les anisotropies électriques et diélectriques sont fortes ; elles ont également été mises en évidence pour les échantillons synthétiques Les modèles théoriques existants prédisent bien la réponse à haute fréquence des matériaux étudiés, mais la réponse à basse fréquence (<1 MHz) doit être mieux comprise.

Les stratifiés composites exposés à haute température subissent une dégradation induite principalement par la thermo-oxydation de la matrice. Celle-ci se manifeste par la formation d'une couche oxydée de faible épaisseur à la surface des pièces. Ce phénomène superficiel induit une perte de masse et provoque une modification du comportement mécanique. L'objectif de cette étude est la prévision du comportement et l'évolution des propriétés de la matrice époxy et de trois stratifiés époxy-carbone (UD, [03/903]s et [453/-453]s) soumis à un vieillissement isotherme ou un cyclage thermique sous environnement oxydant. Un modèle de simulation fondé sur un schéma standard d'oxydation de la matrice couplé avec l'équation de diffusion de l'oxygène a été mis en place, il permet de prédire le profil de la concentration des produits d'oxydation à partir duquel on détermine les épaisseurs des couches oxydées et les pertes de masse. Ce modèle a été validé dans le cas du vieillissement isotherme et du cyclage thermique du composite UD. L'accord entre la théorie et l'expérience est excellent pour la perte de masse jusqu'à l'apparition des fissures et acceptable pour les épaisseurs de couche oxydée. La thermo-oxydation de la matrice induit une fragilisation de la zone de peau dont les propriétés mécaniques sont différentes de celles du coeur du matériau. L'étude expérimentale des propriétés mécaniques instantanées de la couche oxydée montre une chute du module d'Young et des propriétés à la rupture au cours du vieillissement. De même la ténacité de la couche oxydée de la matrice diminue en fonction de l'avancement de l'oxydation. Les fissures sont créées sur les bords et se propagent vers le coeur de l'échantillon au fur et à mesure que le matériau est vieilli. Elles peuvent induire une fragilisation totale et un changement global du comportement mécanique de l'échantillon.

La couche limite atmosphérique (CLA) constitue l'interface entre la surface et<br />l'atmosphère libre. C'est la partie inférieure de l'atmosphère qui est<br />sous l'influence directe des processus terrestres. Son extension verticale va de<br />la surface à quelques centaines de mètres d'altitude et<br />dépend directement de tous les paramêtres météorologiques (vent,<br />température, humidité, insolation), mais aussi de la topographie et du type<br />d'environnement (océan, continental rural ou urbain). L'amplitude de cette<br />extension va guider la dispersion des aérosols, notamment en milieu urbain<br />dans le cas des polluants atmosphériques.<br /><br /><br />L'accroissement de plus en plus important de la pollution est devenu aujourd'hui<br />un des principaux problèmes de la vie en milieu urbain. Son origine est<br />anthropique (circulation automobile, usines...) et à défaut de pouvoir<br />éliminer rapidement sa cause, il semble indispensable de bien comprendre les<br />phénomènes qui conduisent à son accumulation excessive afin d'essayer d'en<br />controler les effets. Cette compréhension ne pourra se faire que par une<br />étude précise de la couche limite urbaine.<br /><br /><br />Dans le cadre de cette étude, notre attention s'est portée sur la CLA<br />urbaine en région Parisienne. Ce milieu a jusqu'à présent peu fait l'objet<br />d'études, ce qui a conduit à la mise en place de la première campagne de<br />mesures : la campagne ECLAP, fruit d'une collaboration entre le CNRS et EDF,<br />pour la caractérisation des processus dynamique et thermique, par<br />l'expérimentation et la simulation numérique.

Le développement de nouveaux matériaux est essentiel dans la réalisation de capteurs de petites dimensions et pour les composants micro-nano-optoélectroniques. Les matériaux à base d'oxydes en sont de bons candidats. Ce travail de thèse a concerné la synthèse de matériaux ferroélectriques tels le BaTiO3 (BTO) et le Ba1-xSrxTiO3 (BST), associés à des électrodes inférieures et supérieures en oxyde d'indium-d'étain (ITO), tous déposés par pulvérisation cathodique RF (radio fréquence). Nous nous sommes concentrés sur la relation existante entre les propriétés optiques et électro-optiques de guide d'ondes et l'orientation cristalline, la couche d'interface ainsi que la nature du substrat. Après la caractérisation des propriétés structurales, nous avons évalué les propriétés optiques de ces matériaux par la technique du couplage par prisme pour une gamme de longueurs d'ondes de l'UV au proche IR. Les résultats ont montré un bon confinement de la lumière dans le film, avec des pertes planaires de propagation optique de l'ordre de 3 dB/cm aux longueurs d'onde télécoms, résultats à l'état de l'art pour ces matériaux.Cette méthode de couplage optique a permis de mettre en évidence les propriétés électro-optiques du BTO et du BST dans cette même gamme de longueurs d'onde et pour les deux polarisations optiques, à partir de la variation des spectres de réflectivité. Si le BTO a montré un coefficient r33 de 23 pm/V aux longueurs d'onde télécoms, nous avons mesuré autour de 19 pm/V pour le BST(70/30).

L'utilisation de revêtements et de couches minces déposés sur substrats est très recherchée dans de nombreuses applications. Les objectifs de ces revêtements et dépôts sont multiples (améliorer la durabilité des structures, leur résistance à l'usure et à la fatigue, etc.). D'autre part, les matériaux à gradient sont également développés en vue de répondre à de nouvelles exigences fonctionnelles, comme de meilleures tenues en température, en usure, en corrosion. Pour toutes ces applications, la caractérisation de ces revêtements et de ces matériaux à gradients, afin d'en déterminer leurs propriétés (épaisseur, constantes élastiques, adhérence, contraintes résiduelles, ...etc), est déterminante pour le contrôle santé des pièces et pour leur fonctionnement optimal au cours de leur utilisation. Pour caractériser ces structures, nous avons choisi d'exploiter la dispersion des ondes de surface sur une large gamme de fréquences (10 à 60 MHz). Afin d'exciter ces ondes, des capteurs MEMS de type IDT-SAW ont été réalisés à différentes fréquences couvrant la totalité de la gamme fréquentielle considérée. L'excitation quasi-harmonique a été privilégiée dans le but d'obtenir des mesures précisesde vitesses de phase. Nous avons montré les potentialités de cette approche en caractérisant premièrement des structures à couche mince allant jusqu'à 500 nm et deuxièmement des structures amorphes à gradient de contraintes.

L'élaboration de résistances calculables basées sur des dépôts de couches métalliques ultra minces s'inscrit dans un objectif général d'amélioration des connaissances des constantes fondamentales de structure fine , de von Klitzing RK, et Josephson KJ qui constitueront probablement la future base de définition des unités électriques dans le système International.Le Laboratoire National de Métrologie et d'Essais a développé un nouveau design d'étalon de résistance en alternatif, compact et robuste, basé sur le dépôt d'un film métallique ultra mince. Des revêtements à base de Ni80Cr20, Ni50Cr50 et evanohm ont donc été déposés sur substrats en céramique plans et cylindriques, par pulvérisation cathodique magnétron dans un réacteur de type Alcatel SCM 450. Les valeurs de résistance finales sont obtenues par mesures d'impédance de haute précision (HP 3458A) et reliées aux caractéristiques des films telles que l'épaisseur, l'homogénéité (en épaisseur et en composition) ou encore la structure cristalline. Finalement, il a fallu maîtriser les dépôts de couches ultra minces métalliques résistives sur des substrats cylindriques pour obtenir, compte tenu des très faibles épaisseurs des films, une homogénéité sur toute la longueur du bâtonnet de céramique et de très fortes résistivités par carré. Une amélioration des incertitudes dans la détermination de RK est attendue avec des conséquences directes sur les choix futurs du Comité International des Poids et Mesures concernant une éventuelle redéfinition du système international d'unité.

L'agence spatiale européenne et le CNES étudient la possibilité d'envoyer des microsystèmes dans l'espace, en particulier pour le gain de masse qu'ils représentent. Afin d'améliorer la fiabilité des composants en couches minces dans le temps et leurs performances, il est nécessaire de connaitre leurs propriétés mécaniques. Plusieurs techniques de caractérisation existent, en particulier la nanoindentation qui sollicite les couches minces directement sur substrat. Mais les résultats peuvent être largement influencés par le substrat dans le cas des couches microniques. Les méthodes de traction uniaxiale (CNES) et du gonflement de membranes autoportantes (INL) permettent de s'affranchir des effets du substrat, mais la fabrication de telles structures est complexe et nécessite bon nombre d'étapes technologiques pour retirer le substrat en face arrière. L'objectif de cette thèse est de comprendre le lien qui existe entre les paramètres de fabrication de couches minces métalliques d'or et d'aluminium, leur microstructure, et leurs propriétés mécaniques à l'aide des outils présentés précédemment. Une perspective étant de mieux agir sur les procédés de fabrication afin d'améliorer la fiabilité des composants. Le premier chapitre présente les différentes techniques de dépôt, leur thermodynamique et cinétique, les types de microstructures rapportées dans la littérature, ainsi que la réalisation des structures de test. Le deuxième présente les caractérisations microstructurales, et la corrélation entre les paramètres de dépôt et les propriétés microstructurales est discutée. Le chapitre trois présente les caractérisations mécaniques des couches minces, sur substrat ou autoportantes, par les méthodes de nanoindentation en pointe Berkovich et sphérique, de microtraction et du gonflement de membrane. Le dernier chapitre est consacré aux relations entre les propriétés microstructurales et mécaniques des couches minces métalliques et à l'influence des traitements thermiques.

Les forces nucléaires jouent un rôle très important dans l'évolution de la structure nucléaire ainsi que pour fixer les limites de liaison nucléaire. L'étude des noyaux riches en neutrons est primordiale pour déterminer ces limites et pour expliquer la disparition et la création de nouvelles fermetures de couches loin de la stabilité. Nous avons étudié le noyau peu lié et riche en neutrons de 26F afin de sonder l'interaction πd5/2×υd3/2. En effet, ce noyau peut être modélisé comme un cœur fermé de 24O auquel s'ajoutent un proton fortement lié en πd5/2 interagissant avec un neutron non lié en νd3/2. Les états ainsi formés sont les états J = 1, 2, 3, 4 de parité positive. Leur détermination permettrait de quantifier l'intensité de l'interaction πd5/2×υd3/2. Parmi ces états, celui de spin J = 1 (état fondamental) et J = 2 (premier état excité) étaient déjà connus. La recherche de l'état J = 4 a fait l'objet de recherches au sein de notre groupe à GANIL au travers une expérience de décroissance β. Le noyau de 26F a été produit par fragmentation d'un faisceau radioactif de 36S et sélectionné à l'aide du spectromètre LISE. Ces noyaux ont ensuite été implantés dans un détecteur de Silicium à deux faces, chacune composée de seize bandes verticales ou horizontales. Ce détecteur a permis de réaliser une corrélation spatiale et temporelle entre les ions implantés et leurs produits de décroissance (rayonnements β et γ). Nous avons alors pu observer la transition γ M3 retardée de l'état isomérique J = 4 vers l'état fondamental J = 1, obtenant ainsi l'énergie d'excitation de cet état isomérique à 643.4 keV. Nous avons également déterminé plusieurs nouveaux états dans les noyaux de 25-26Ne peuplés par la décroissance β de l'état fondamental et isomérique du 26F. Nous avons extrait un taux isomérique d'environ 40% et ainsi ajusté la masse précédemment déterminée du 26F en fonction de ce taux, donnant ΔM = 270 (50) keV. L'état J = 3 a été peuplé et étudié à GSI lors d'une expérience de retrait d'un proton à partir d'un faisceau radioactif de 27Ne, produisant ainsi le 26F dans ses différents états parmi lesquels l'état non lié J = 3 décroissant selon la voie 25F + n. Les ions ont été identifiés et suivis à l'aide de détecteurs à fibres tandis que les neutrons ont été détectés dans LAND. Nous avons pu extraire l'énergie d'excitation de l'état J = 3, complétant ainsi le quadruplet d'états J = 1 - 4. Nous avons ensuite comparé les énergies de liaison expérimentales de ces états J = 1 - 4 aux résultats de calculs issus du modèle en couche et de la théorie Coupled Clusters afin de tester le pouvoir de prédiction de ces modèles loin de la stabilité où une forte asymétrie entre l'énergie de liaison des protons et des neutrons existe. Le modèle en couche prédit des états globalement plus liés que ceux trouvés expérimentalement, tandis que les calculs issus de la théorie Coupled Clusters incluant les forces à trois corps et le couplage au continuum sont en très bon accord avec les énergies de liaison expérimentales. Le noyau de 28Ne faisait partie du cocktail de noyaux radioactifs produits lors de l'expérience de décroissance β menée au GANIL. Même si sa décroissance β était déjà en partie connue, son étude nous a apporté de nouvelles informations. Combinée à une expérience de décroissance γ en vol réalisée récemment à NSCL, nous avons pu déterminer deux nouveaux états J = 3 et J = 4, provenant du même couplage πd5/2×υd3/2 que dans le noyau de 26F. Nous avons alors cherché à déterminer s'il existait une dépendance systématique des prédictions du modèle en couche avec l'asymétrie entre l'énergie de liaison des protons et des neutrons. Pour cela nous avons comparé les énergies de liaison expérimentales des états J = 1 - 4 du 28Na et ceux déjà connus du 30Al avec les calculs issus des modèles USDA et USDB. Nous avons trouvé un écart systématique entre les énergies de liaison expérimentales et celles calculées par le modèle en couche pour les isotones N=17 : les états sont prédits trop liés pour le 26F qui se trouve à la limite de liaison nucléaire, tandis qu'ils ne sont pas prédits suffisamment liés pour le 30Al qui se situe proche de la stabilité. Cela suggère que l'interaction proton-neutron effective utilisée dans le modèle en couche ne prend pas correctement en compte l'influence de l'asymétrie entre l'énergie de liaison des protons et des neutrons, ce qui est essentiel pour modéliser les noyaux de la vallée de stabilité jusqu'à la limite de liaison nucléaire.

Ce travail a été consacré à la caractérisation, l'optimisation et l'étude du comportement photochimique de couches actives de cellules photovoltaïques organiques. L'objectif était d'identifier les mécanismes de photovieillissement dans le but de proposer des stratégies pour améliorer la stabilité de cellules solaires organiques à base de Poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et de [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyl (PCBM). Le premier axe de travail a été consacré à l'étude de l'influence des paramètres structuraux du P3HT (masse molaire, régiorégularité, pureté ...) sur sa stabilité photochimique dans un premier temps, puis sur l'optimisation des performances des cellules dans un second temps. Pour ce faire, quatre P3HT commerciaux différents ont été étudiés. Ils ont tout d'abord été caractérisés avec précision grâce à différentes techniques analytiques. La relation entre microstructure du P3HT et sa photostabilité a ensuite été étudiée, et les paramètres pertinents influençant la photodégradation identifiés. Le deuxième axe de travail a été consacré à la stabilité photochimique de mélanges P3HT:PCBM sur substrat inerte, puis sur des couches tampons. Dans une dernière partie, la dégradation de couches actives au sein de dispositifs complets a été effectuée en faisant " l'autopsie " de cellules vieillies.

La RFID sans puce, en raison du très faible coût des tags, a ouvert une nouvelle voie pour les systèmes d'identification. Les étiquettes RFID sans puce fonctionnant dans le domaine temporel ont l'avantage d'être compatibles avec de grandes distances de lecture, de l'ordre de quelques mètres, et de pouvoir fonctionner dans les bandes de fréquence ISM. Cependant, les tags de ce type développés jusqu'à lors n'offraient qu'une faible capacité de codage. Cette thèse propose une nouvelle méthode pour augmenter la capacité de codage des tags fonctionnant dans le domaine temporel en utilisant des C-sections, c'est-à-dire des lignes de transmission repliées de manière à avoir des zones fortement couplées, ce qui leur donne un caractère dispersif. Une autre approche basée sur une technique multi-couches a également été introduite de façon à augmenter considérablement la capacité de codage. Pour terminer, la preuve de concept d'un tag-capteur d'humidité, basé sur l'utilisation de nano fils de silicium, est également présentée.