A partir du noeud technologique 45 nm, le remplacement de l'oxyde de grille SiO2 par un diélectrique high-κ est nécessaire pour poursuivre la loi de Moore : l'introduction d'un tel matériau permet de maintenir une capacité de grille élevée tout en limitant le courant de fuite parasite à travers la couche diélectrique. Toutefois, les mécanismes physiques à l'origine de la réduction de courant restent méconnus. Ce manuscrit présente une étude complète de la conduction électrique dans un empilement oxyde d'interface - high-κ - grille métallique. Nous présentons dans un premier temps la modélisation Poisson-Schrödinger développée pour rendre compte de l'effet de confinement à l'interface du Silicium, prenant en compte la pénétration de charge dans l'empilement et traitant de la non-parabolicité de la bande de valence. Une étude expérimentale étendue met ensuite en évidence les mécanismes physiques à l'origine de la conduction, en s'appuyant sur un ensemble de caractéristiques Ig(Vg) et C(Vg) d'empilements d'épaisseurs variables, mesurées à basse et haute température. Des approches originales pour modéliser le transport permettent également d'établir les paramètres tunnel et la structure de bande du HfO2, tout en soulignant la nature sous-stoechiométrique de l'oxyde d'interface. Enfin, ces résultats sont appliqués à l'étude de la conduction dans des empilements high-κ avec additifs Lanthane et Magnésium, et mettent en évidence la formation d'un dipôle contribuant à diminuer la tension de seuil.

Ce travail, réalisé dans le cadre d'une thèse Allocation Couplée et un contexte inter-laboratoires fort : IRCCyN – IRENav – IFMA offrant de multiples ressources en productique et en hydrodynamique, vise à améliorer le processus de réalisation des hélices marines. Certaines des spécifications géométriques établies durant la conception perdent définitivement, lors de l'étape de définition de la stratégie de fabrication en finition, leur caractère fonctionnel au travers de leur traduction en paramètres liés à la machine d'usinage. Cette étude vise à proposer une alternative au polissage en renforçant les liens fonctionnels entre les propriétés de l'hélice et les paramètres géométriques des opérations de fraisage. La première partie du travail est consacrée à l'étude du processus de conception et de réalisation ainsi qu'au cycle de vieillissement des hélices marines. Les trajectoires d'usinage sont généralement obtenues par post-traitement du modèle numérique créé en C.A.O. ; passer directement des lois hydrodynamiques au trajet outil permet de mieux répondre aux exigences fonctionnelles des propulseurs marins. Ainsi des critères multiphysiques doivent être à la source de la spécification de l'état de surface, du format d'interpolation support des trajectoires et, dans le cadre d'une approche générique du processus d'usinage, du choix de l'ensemble des intervenants du processus de réalisation des hélices. Dans un second temps les relations entre les différentes activités du processus de fabrication des hélices sont restructurées et de nouvelles liaisons sont proposées entre les domaines dits « fonctionnel », « virtuel » et « physique » pour prendre en compte des contraintes fonctionnelles et ainsi aboutir à la mise en place d'un nouveau concept de génération de trajectoires d'usinage. Les lignes de frottements, signature hydrodynamique de l'hélice, sont suggérées pour supporter les trajectoires d'usinage. La complexité de ces données d'une part et celle de la géométrie hélice d'autre part nécessitent le développement d'une nouvelle stratégie de génération de trajectoires d'usinage. Ainsi, basés sur le formalisme de Bézier, des algorithmes d'interpolation sont proposés pour aboutir à des trajectoires continues au bord d'attaque, contrainte fonctionnelle incontournable et, chose essentielle, exploitables en usinage. Le passage par le bord d'attaque, lieu où la cavitation ne doit pas apparaître sous peine de se propager à l'ensemble de la pale, est l'objet de toutes les attentions. Les contraintes fonctionnelles insuffisantes en cet endroit sont, dans le cadre d'une approche multimétier, suppléées par des contraintes géométriques et des contraintes liées à la cinématique du centre d'usinage. Le trajet outil étant déterminé, une analyse de sa pertinence hydrodynamique est menée ; un découpage de la pale en zones d'application pertinente de la méthode est défini. Suite à cela, un modèle d'hélice de patrouilleur P400 de la Marine nationale est retenu comme cas d'étude. A partir de celui-ci, une étude expérimentale en bassin est mise en place en vue d'analyser, par comparaison avec une pale d'hélice étalon polie miroir, les effets de stries d'usinage orientées sur le comportement du fluide au voisinage d'une pale usinée selon la stratégie développée. Un fluide différent de celui d'évolution et une caméra rapide sont utilisés pour observer les modifications de comportement du fluide dues à l'état de surface dirigé. Les résultats de la campagne d'essais, qui reposent sur les techniques de traitement d'images, sont détaillés et analysés pour conclure sur les apports de la méthode en terme de coût et de temps de fabrication.

L'objet de la thèse était la commande d'un système de nano-positionnement par couranttunnel, avec application sur la plateforme expérimentale développée au laboratoire Gipsa-lab.Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la commande des systèmes micro et nano-mécatronique,pour des applications en microscopie en champ proche ou dans des systèmes depositionnement ultra-précis. A l'échelle nanométrique, des problèmes de bruits de différentesnatures, vibrations, non-linéarités et instabilité influencent la précision et la qualité de mesuredu système. L'objectif était donc de pouvoir faire face à ces contraintes en utilisant destechniques modernes de commande robuste. Dans cette thèse, un système de mesure à couranttunnel a été modélisé et le problème de contrôle lié aux performances de mesure souhaitées aété formulé. Les performances souhaitées, à savoir la précision de la mesure et le rejet decertaines perturbations avec la robustesse adéquate, ont été atteints en utilisant des lois decommande robuste. Ces lois de commande ont été validées expérimentalement (àl'atmosphère ambiante) sur une plateforme du Gipsa-lab. À la fin de cette thèse, pour uneapplication de scanner de surface à l'échelle atomique, une modélisation dynamique MIMOdu système a été proposée et un régulateur MIMO afin de réduire l'erreur de positionnementdûe au couplage a été validé en simulations.

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L'introduction de diélectriques de forte permittivité dit « High-Κ » peut faire apparaître des comportements jusqu'ici négligeables. C'est le cas du phénomène de relaxation diélectrique. Ce mémoire traite de l'étude de ce phénomène dans les capacités Métal-Isolant-Métal intégrés en microélectronique. Au travers de plusieurs diélectriques amorphes et d'un diélectrique ferroélectrique, deux comportements sont identifiés, le comportement de « flat loss » et celui de polarisation d'électrode. Comme la relaxation diélectrique peut dégrader les performances de certains circuits, une modélisation a été proposée grâce à la réalisation d'un circuit de mesure de l'effet mémoire. Puis l'étude détaillée du comportement du diélectrique Ta2O5, aussi bien en terme de stabilité de courant qu'en terme de variation de permittivité dans les basses fréquences, permettra de mettre en évidence la migration de lacunes d'oxygène dans le diélectrique. Finalement, deux solutions sont proposées afin de réduire le phénomène de relaxation diélectrique tout en obtenant de bonnes performances électriques. La première consiste à déposer des stacks diélectrique basés sur les performances du Ta2O5. La seconde propose l'intégration d'un nouveau diélectrique, l'oxyde de Zirconium.

La stimulation transcrânienne par courant continu (STCC) est une technique de stimulation corticale non invasive actuellement utilisée dans des études cliniques visant à contribuer aux traitements des douleurs chroniques. Une possible influence de la STCC sur les mécanismes d’inhibition descendante de la douleur est considérée pour justifier de tels effets analgésiques. Dans le but de mieux comprendre l’influence de cette technique de stimulation corticale transcrânienne (STCC) sur des douleurs expérimentales et sur l’activation de l’un des mécanismes inhibiteurs (le CIDN), cette thèse a été organisée en deux étapes. La première étape se consacre à vérifier et documenter la stabilité d’un paradigme expérimental (thermode/cold pressor test/thermode) d’évaluation des CIDN (contrôle inhibiteur diffus nociceptif). Ce paradigme a été utilisé lors de l’étude 2. Pour sa part, la deuxième étape vise à évaluer l’influence d’une séance de STCC sur les douleurs expérimentales (thermique et mécanique) et sur la réponse inhibitrice associée au paradigme expérimental proposé. La première étude a permis d’observer la stabilité de la réponse inhibitrice aux différents temps (1 min, 8 min, 15 min) de mesure et intervalles de réévaluation (de 1 jour, 1 semaine, 20 jours et 1 mois). Le profil d’activation et la stabilité du CIDN étaient caractérisés non seulement par une amplitude analgésique, mais aussi par une durée de la réponse inhibitrice. L’ensemble de ces facteurs n’a pas été pris en compte jusqu’à présent dans différents paradigmes d’évaluation du CIDN. Pour la deuxième étude, l’effet inhibiteur de la STCC sur les douleurs thermiques et mécaniques n’était pas significativement différent entre les 3 procédures de stimulation. Les données individuelles, démontrent que les différentes polarités de STCC ont produit des effets différents, soit de l’inhibition ou de la facilitation de la douleur. Nous avons observé une croissance plus importante de l’activation du CIDN après une période de STCC anodique chez les sujets dont le mécanisme d’inhibition était inefficace lors de la séance de STCC placebo. Inversement, chez les sujets dont le mécanisme était efficace lors de la séance placebo, il y a eu une tendance à la réduction de la réponse inhibitrice quand le paradigme expérimental du CIDN a été réalisé après la stimulation cathodique. Ces résultats suggèrent la nécessité d’explorer si le niveau d’efficacité des CIDN pourrait prédire l’efficacité analgésique des procédures de stimulation corticale chez les sujets atteints de douleur chronique.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

On présente dans ce mémoire la mesure de la statistique de photons des fluctuations électromagnétiques micro-ondes d’une jonction tunnel placée à ultra-basse température. En particulier, on déduit cettedite statistique en mesurant les cumulants des fluctuations de courant générées par une jonction tunnel polarisée en courant continu et photoexcitée par un signal haute fréquence. On utilise un amplificateur paramétrique Josephson en tant que premier maillon de la chaîne d’amplification en raison de son bruit près de la limite quantique. On développe aussi un modèle pour tenir compte de sa saturation, celle-ci étant apparente à des puissances de signal incident très faibles. C’est, à ma connaissance, la première fois qu’un tel amplificateur est utilisé pour étudier la physique au sein du bruit émis par un conducteur mésoscopique. Les résultats mettent en évidence l’apparition d’un excès dans le quatrième cumulant lorsque la photoexcitation s’effectue au double de la fréquence de mesure. Un développement mathématique simple nous permet d’associer cet excès à la statistique de photons, sous la forme d’une augmentation – à nombre de photons fixe – de la variance du nombre moyen de photons contenue dans le signal. C’est en fait une signature de l’émission de paires de photons corrélés par la jonction tunnel photoexcitée. Ces résultats font le pont entre ceux obtenus précédemment par notre groupe de recherche quant aux cumulants d’ordre supérieur du bruit et ceux associées aux parallèles entre l’optique quantique et les fluctuations de courant des dispositifs mésoscopiques. [Gasse et al. PRL 111, 136601 (2013) ; Forgues et al. Scientific Reports 3, 2869 (2013) ; Forgues et al. PRL 113, 043602 (2014)] Ils dressent un portait intéressant du bruit photoexcité en termes normalement associés à l’optique quantique.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail de thèse rentre dans le cadre du développement de modèles multi‐échelles de simulation de colonne d’absorption gaz‐liquide pour des applications de captage de CO2 en vue d’optimiser leur design. Il est le fruit d’une collaboration entre IFP Énergies nouvelles et l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Les colonnes à garnissages représentent une technologie essentielle aux applications d’absorption gaz‐liquide. Dans les procédés de captage de CO2 aux amines, le solvant liquide s’écoule sur les parois du garnissage, idéalement sous forme de film ruisselant mouillant toute la surface disponible, le gaz, en régime turbulent, venant le cisailler à contre‐courant de manière à promouvoir un transfert de CO2 de la phase gaz vers la phase liquide. Un écoulement le plus homogène possible permet d’avoir les meilleures performances de transfert. Toutefois, l’expérience montre que des maldistributions, notamment de la phase liquide, peuvent apparaître même en cas de bonnes distributions en entrée de colonne. La distribution du liquide est régie par un phénomène de « dispersion » dont l’étude et la modélisation représentent le principal objet de cette thèse. Pour ce faire, ce travail de thèse s’appuie sur des travaux expérimentaux, réalisés sur une installation d’IFPEN à Lyon, et sur des travaux numériques réalisés dans l’équipe Interface de l’IMFT. Le premier axe de l’étude abordé a ainsi consisté en l’acquisition de données originales de distribution de liquide en partant d’une configuration d’alimentation sous forme d’un jet central en tête de colonne et ce pour deux types de garnissages métalliques : un garnissage structuré, le Mellapak 250.X et un garnissage vrac, l’IMTP. 40. La méthode de tomographie gamma a été mise en œuvre afin de mesurer l’atténuation d’un flux photonique par le liquide en mouvement ce qui permet d’établir des cartes de rétention locale de liquide sur une section de colonne. Les profils de rétention résultants ont été ensuite exploités afin de caractériser la dispersion de liquide dans le système pour des régimes d’écoulement allant des plus faibles aux plus fortes interactions gaz‐liquide. Ces résultats ont permis de développer un modèle simple d’advection diffusion faisant appel à un paramètre hydrodynamique clé qui est le « coefficient de dispersion », qui reproduit bien l’étalement du jet de liquide. Dans le cas du garnissage Mellapak 250.X nous avons pu mettre en évidence une dispersion qui est régie essentiellement par la géométrie du milieu. / This work is done within the framework of collaboration between IFPEN and l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT). It takes place in the general context of optimization of industrial gas‐liquid packed columns dedicated to CO2 capture using multi‐scale simulation approach of hydrodynamics and transfer. The main objective of this study is to develop predictive model for liquid dispersion in two‐phase flows in packed beds operating in the counter‐current mode. This model will help simulate the flow at the macro‐scale of a packed column. Packed columns are widely used for gas/liquid absorption processes since they generate subsequent exchange surface between phases with limited pressure drop. In the particular case of amine process, the two‐phase flow in the packing consists in thin trickling liquid films sheared by counter‐current gas flow that circulates in communicating tortuous channels. It is widely recognized that homogeneous flow ensures good separation performances. This is far from being the case at industrial scale since maldistributions, especially for liquid phase, do occur even with optimized liquid and gas distributors in the column inlets. Liquid distribution results from “dispersion” phenomenon which modelling is not fully handled in literature. Prediction of liquid dispersion has been the main objective of this Ph.D. research. This study is based upon two main approaches: an experimental study carried out using a 40 cm in diameter column operating in IFPEN (Lyon) and a numerical study carried out in Interface team in IMFT. The first part of this research focused on measuring spatial distribution of liquid hold‐up over different sections of the packed bed using a gamma ray tomography system. In order to focus into liquid dispersion phenomenon, a point source liquid feeding configuration was considered. Hold‐up maps obtained from photonic flux attenuation measurements were then used to characterize liquid dispersion from a source point for both packings (Mellapak 250.X and IMTP. 40) using a relatively simple advection‐diffusion model.