Le but de ce travail est de trouver des relations entre les caractères acquis par les cristauxde quartz :-morphologie externe, morphologie interne, teneur en impuretés, dimension de la maille élémentaire, d'une part,. et les conditions de leur croissance d'autre part. Les deux types de filons choisis pour cette étude sont le filon de La Gardette (Bourg d'Oisans) et les cavités à cristaux du massif du Mont-Blanc . Ils sont habituellement classés parmi les filons "de type alpin" . Pourtant leurs cristaux sont très différents, ceux de La Gardette possèdent une structure lamellaire (Weil, 1930 ; Bambauer, Brunner et Laves, 1961) alors que ceux du Mont Blanc possèdent une structure macromosaique (Weil, 1930 ; Laemmlein, 1937). La démarche scientifique suivie présente trois aspects différents : - étude des cristaux, qui fait l'objet du chapitre premier: observation de la morphologie externe et de la morphologie interne, détermination de la teneur en impuretés et des dimensions de la maille élémentaire. - caractérisation des milieux fluides de croissance par l'étude des inclusions fluides (chap.II). La méthode employée consiste en l'observation des transformations de phases, sous le microscope. au cours du chauffage et de la réfrigération . - caractérisation de l'environnement géologique des filons (chap. III ). Dans le as de La Gardette cela entraîne l'étude du socle cristallin et de sa couverture sédimentaire puisque le filon est post- triasique. Pour les cavités à cristaux du Mont-Blanc on se limite à l 'étude du granite et de ses modifications au contact des cavités . Les résultats de cette recherche se situent sur les trois plans de la croissance du quartz, de la géochimie des fluides profonds et de la géologie des régions où se trouvent ces filons. a - Croissance du quartz. Les cristaux de quartz lamellaire sont des cristaux impurs qui croissent avec des vitesses alternativement élevées et faibles, et ensevelissent des quantités d 'impuretés différentes en fonction de ces vitesses. Les cristaux de quartz à structure macromosaique sont des cristaux très purs. La différence de faciès des deux types de cristaux (allongés ou trapus) s'explique par la différence des contenus en impuretés . Lorsque le cristal ensevelit beaucoup d'impuretés on observe un freinage préférentiel de l'avancement des faces du prisme ce qui entraine l'allongement des cristaux. L'origine de cet ensevelissement d'une grande quantité d'impuretés à La Gardette n'a pu être déterminée de façon sûre. Deux paramètres en' effet conjuguent leurs effets : la température et la nature du milieu fluide de croissance. A La Gardette la température devait être plus basse qu'au Mont- Blanc, et la phase fluide n' était pas en équilibre avec des minéraux silicatés mais avec des sédiments carbonatés. b - Géochimie des fluides profonds . L'apport de ce travail découle en partie de la découverte de fluides tardifs riches en CO2 : au cours de la rétromorphose du granite du Mont-Blanc. Cela oblige à considérer que les températures de cette rétromorphose sont beaucoup plus élevées que ne l'indiquent les températures d'homogénéisation des inclusions fluides aqueuses du quartz enfumé, et sont proches des températures actuellement admises pour le faciès schistes verts. Les températures d'homogénéisation ne nous donnent donc que la densité du fluide et de telles inclusions sont alors plus utiles comme manomètres que comme thermomètres géologiques . c - Géologie de l'Oisans et du massif du Mont-Blanc. Pour la région de Bourg d'Oisans nous pouvons dire que la densité des fluides inclus dans les minéraux du Trias et du Lias est telle qu'on doit envisager un recouvrement épais de la région entre la fin du Lias et la période actuelle, recouvrement qui a disparu maintenant. Ceci s'accorde avec l'existence d'une schistosité dans le Lias du synclinal d'Ornon et avec la découverte par Martini et Vuagnat (1965) d'un faciès à zéolite à l'ouest des massifs cristallins externes. Le filon de La Gardette apparaît alors comme un filon formé en profondeur avec du matériel (fluides, silice, sulfures) issu essentiellement des sédiments qui le recouvrent . Dans le massif du Mont-Blanc, outre la mise en évidence des hautes pressions, on montre que le CO2 a joué un rôle perturbateur durant la rétromorphose. Par l'acidité qu'il provoque il règle l' équilibre entre certains minéraux et en particulier entre orthose et muscovite. Ceci conduit à un schéma de rétromorphose en système ouvert au cours duquel la température a dû jouer un rôle moindre que la composition de la phase fluide.

Les dérivés arène-carboxyliques sont des matériaux intéressants dans le but d'obtenir une cellule solaire organique efficace à base de cristaux liquides : Ils présentent à la fois des propriétés électroniques modulables en fonction de la structure chimique, une tendance aux larges plages de températures de présence d'une mésophase colonnaire et souvent un alignement homéotrope au contact de surfaces polaires telles que l'ITO ou le verre. Nous montrons avec cette thèse que des couples donneur-accepteur colonnaires à température ambiante peuvent être obtenus, avec des propriétés suffisamment complémentaires pour prévoir des dissociations d'excitons en charges séparées à leur jonction dans des cellules solaires.

Les propriétés exceptionnelles des sources de rayonnement synchrotron ont été et sont de plus en plus exploités dans des disciplines très différentes, allant de l'archéologie à la chimie, de la science des matièraux a la biologie, de la médecine à la physique. Parmi ces propriétés, il est important de mentionner la haute brillance, le spectre continu, le haut degré de polarisation, la structure temporelle, la petite taille de la source et la petite divergence du faisceau. Ces dernières propriètèes entraînant une forte cohérence transversale du rayonnement produit. La cohérence du faisceau a permis le développement des nouvelles techniques comme par exemple, l'imagerie à contraste de phase, la spectroscopie à corrélation des photons et l'imagerie par diffraction des photons cohérents. Par conséquent, il est de première importance que les éléments optiques puissent préserver cette propriété, perturbant le moins possible la front d'onde. Ce travail de thèse se constitue de trois parties. Dans la premiere partie, je vais présenter le travail effectué au sein du groupe optique de l'ESRF dans la caractérisation des cristaux de diamant synthétique de haute qualité prévus pour des applications aux optiques pour les rayons X. Cet caractérisation a été effectué en utilisant différentes techniques rayons X complémentaires, telles que la diffractométrie à haute résolution, la topographie, la diffraction en incidence rasante, la réflectométrie et des mesures de préservation de cohérence en utilisant l'effet Talbot. Dans la deuxième partie, je expose les résultats obtenu dans l'étude du comportement à haute température des domaines ferroélectriques dans un cristal périodiquement polarisé. Dans cet type d'étude, basé sur la diffraction de Bragg-Fresnel, est nécessaire un haute cohérence du faisceau. Dans la troisième partie, je présents des résultats obtenu dans la caractérisation des diamants prévus pour des applications autres que les optique rayons X.

Ce travail de thèse rassemble nos résultats d'étude sur l'utilisation des modes de résonance acoustique pour réaliser des capteurs répartis à base des fibres à cristaux photoniques (Photonic Crystal Fibres : PCF). Tout d'abord, nous avons démontré qu'à l'heure actuelle, il est difficile voire impossible de mesurer en rétrodiffusion les modes acoustiques transverses dans une fibre optique. Ces modes dont la fréquence est inférieure à 2 GHz, ont été mesurés dans une boucle non linéaire sur une PCF, une fibre conventionnelle et une fibre à dispersion décalée. Les différents spectres montrent une dépendance à la structure transverse des fibres. Ensuite, nous avons mis au point un réflectomètre Brillouin (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer : BOTDR) permettant de suivre en temps réel le spectre Brillouin le long d'une fibre avec une résolution spatiale de l'ordre d'une dizaine de mètres. Il est particulièrement capable de discriminer différents modes présents dans le spectre Brillouin. La comparaison des spectrogrammes obtenus sur différentes structures transverses de fibres, confirme que l'existence de multipics Brillouin dans les PCF est liée au très petit coeur (dont le diamètre est de l'ordre de la longueur d'onde de mesure) de la fibre. Enfin, toujours dans l'optique de mieux observer le spectre Brillouin réparti, nous avons développé un outil d'analyse Brillouin vectorielle permettant de cartographier avec précision les modes Brillouin hybrides grâce à la complémentarité du spectrogramme de phase. Les mesures réalisées sur une PCF dont le diamètre varie linéairement de 3,5 μm à 2,6 μm montrent un second mode Brillouin dont la fréquence varie à raison de -118,2 MHz/ μm.

L'objectif de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité de réaliser une croissance des structure tri-périodiques par décomposition d'une phase gazeuse dans un champ d'interférences 3D. La croissance directe de l'oxyde de chrome Cr2O3 organisée de façon tri-périodique a été prouvée. Celle-ci a lieu par décomposition photolytique du chlorure de chromyle CrO2Cl2. De plus, comme cette décomposition a été réalisée sur un substrat monocristallin de TiO2, il a été trouvé que la structuration de Cr2O3présentait des relations d'orientations cristallographiques par rapport à celle du substrat. Le processus commence par une croissance épitaxiale de l'oxyde CrO2 de structure cristalline isomorphe de celle du rutile TiO2. L'oxyde se décompose ensuite partiellement en Cr2O3, lui-même cristallographiquement orienté par rapport à CrO2. Puis une croissance de la phase Cr2O3 se poursuit selon les modulations de densité d'énergie électromagnétique du réseau d'interférences. Ce manuscrit contient aussi un rappel de la théorie du réseau d'interférences, la description du montage expérimental et la vérification de la stabilité et de sa résolution par photopolymérisation d'hybrides organo-minéraux. Une étude sur l'influence des différents paramètres de la photopolymérisation de ces hybrides est également présentée.

La dispersion modale de polarisation (PMD) est devenue pour les transmissions optiques haut débit, un des principaux facteurs qui limite la qualité du signal. Au premier ordre, la PMD génère un dédoublement des impulsions alors qu'au deuxième ordre, c'est un élargissement et des distorsions d'impulsions qui se produisent. Plusieurs solutions optiques, pour la compensation de PMD, ont été proposées, toutes utilisent un contrôleur de polarisation. L'objectif de cette thèse est donc l'étude du contrôle de la polarisation rapide et sans fin pour la compensation de PMD. Trois architectures de contrôleur avec deux lames biréfringentes à axe tournant ont été proposées et testées. Ces architectures permettent de transformer continûment les états de polarisation avec seulement deux degrés de liberté. Des simulations et des études expérimentales ont été effectuées, et elles ont démontré la faisabilité des architectures et des algorithmes proposés. Parallèlement, nous nous sommes intéressés à l'évaluation qualitative et quantitative de l'impact de la PMD au deuxième ordre, avec compensation de PMD au premier ordre, en simulant des systèmes de transmission optique à 40Gbit/s. Les résultats ont démontré que les deux composantes de la PMD au deuxième ordre: dépolarisation et dispersion chromatique dépendant de la polarisation, ont des conséquences très différentes sur les pénalités du rapport signal à bruit optique.

L'objet de ce travail de thèse est d'étudier un cas particulier de l'interaction lumière-matière dans le cadre du stockage d'information quantique. Nous nous sommes intéressés aux processus appelés transitoires optiques cohérents, et plus précisément à l'écho de photon à deux impulsions. Ce processus est observé dans des cristaux dopés aux ions lanthanides, tel que le Tm3+:YAG. Une fois éclairé par une impulsion faible (le signal à stocker) puis par une impulsion plus intense (servant à la remise en phase des dipôles induits), ce milieu atomique, essentiellement un système à deux niveaux avec une transition large, réemet une troisième impulsion, qui est l'"écho" temporel de la première (chapitre 1). Nous avons observé de tels échos expérimentalement, et ce pour des impulsions de signal faibles. Néanmoins, des effets délétères, dûs à l'impulsion de rephasage et à sa propagation, nous ont permis de conclure sur l'impossibilité d'utiliser ce processus tel quel en tant que protocole de mémoire quantique (chapitre 2). Le troisième chapitre a pour objet l'état des lieux des diverses méthodes dérivées de l'écho de photon à deux impulsions. Notamment, nous examinons la capacité théorique des échos Stark à restituer une éventuelle information quantique. Bien que prometteuse, nous lui avons préféré un autre processus, basé sur la structuration de l'absorption du système en peigne de fréquences atomiques (AFC en anglais). Son étude théorique consistitue la fin du chapitre 3. Le dernier chapitre (4) s'attache à résumer les expériences que nous avons réalisées sur le protocole AFC. Elles ont permis d'observer des échos AFC avec une efficacité proche de 10%. Elles ont également permis de dégager des axes de recherche pour améliorer le protocole, comme l'AFC large- bande, ou en régime de comptage de photons.

L'objectif de ce travail est l'estimation de la distribution des tailles de cristaux (DTC) d'un procédé de cristallisation en batch ainsi qu'un procédé de cristallisation polymorphique. L'évolution de la DTC est décrite par une équation aux dérivées partielles (EDP) et nécessite l'utilisation de méthodes de discrétisation pour l'exploiter. Une identification en ligne a été réalisée en vue d'une correction en temps réel des paramètres du modèle. Une alternative aux différents capteurs pour la DTC est l'utilisation d'observateurs. Tout d'abord, nous avons appliqué deux types d'observateurs dans le cas d'une croissance identique pour toutes les tailles de cristaux. Ensuite, un observateur de type Kalman a été testé dans le cas d'une croissance dépendante de la taille des cristaux. La validation de l'identification et de l'estimation de la DTC a été effectuée par simulation. Ces résultats ont été très intéressants compte tenu du manque de mesures et du grand nombre d'états à estimer

Les travaux menés au cours de cette thèse avaient pour but de comparer les monocristaux de BBO issus des croissances TSSG et Cz du point de vue de leur qualité cristalline et de leurs performances optiques en matière d'absorption et de génération de second harmonique. Nous avons effectué des analyses sur la qualité cristalline de nos échantillons et les conclusions que nous pouvons en tirer concernent la composition chimique des cristaux et les défauts présents dans le volume et à la surface de ceux-ci. Les analyses en fluorescence X effectuées sur de nombreux cristaux aussi bien Cz que TSSG et sur les poudres de synthèse nous permettent de conclure que : – Pour les cristaux TSSG, l'essentiel des impuretés provient de la solution de Na2O. – Pour les cristaux Cz, la teneur en impuretés est essentiellement liée à la pureté des poudres de synthèse. Les impuretés retrouvées dans les échantillons Cz testés sont les mêmes que celles présentes dans les échantillons TSSG. Cependant, la concentration de certaines d'entre elles comme Fe, Cr, Si et Al est inférieure dans les échantillons Cz. La présence de sodium en des proportions équivalentes dans les cristaux provenant des deux types de croissance indique que dans le cas du BBO, la technique Cz atteint la limite de purification. Pour optimiser le gain de pureté apporté par la technique Cz, il faut donc utiliser les poudres de départ les plus pures possibles. Nous avons mis en évidence par des processus d'observation au microscope optique en lumière polarisée, au microscope électronique à balayage et au microscope à force atomique mais aussi par des procédés d'attaque chimique et de spectroscopie RX, la présence dans les cristaux issus des deux techniques de croissance, des défauts tels que : – des mâcles – des amas de matière à la surface des cristaux – des dislocations – des contraintes La densité de dislocation a été évaluée et montre que les cristaux TSSG sont plus disloqués que les échantillons Cz étudiés. Ceci peut trouver son explication dans : – les conditions thermiques de croissance. En effet, la dynamique de chaleur dans les cristaux TSSG et la faible vitesse de rotation du bain favorisent des cristallisations en forme de lentilles qui induisent plus de dislocations. – les concentrations en impuretés plus élevées dans les cristaux TSSG que dans les cristaux Cz Nous avons montré par spectroscopie Raman que les raies à 147, 371 et 471 cm−1 ont des comportement bien distincts selon le type de croissance. Ces raies sont liées aux liaisons B-O-B nombreuses dans BBO et jouent un rˆole dans les susceptibilités non linéaires du cristal. Cette simple technique non destructive doit permettre de distinguer la provenance des cristaux BBO. Un travail conséquent sur le polissage des cristaux de BBO nous a permis d'atteindre une qualité de surface optique, de planéité et de rugosité comparable à celle des meilleurs cristaux commerciaux. Ainsi nous avons pu effectuer des mesures optiques comparatives dans les domaines linéaire et non linéaire. Nous avons réalisé un comparatif sur 9 échantillons de diverses provenance en enregistrant les spectres d'absorption sur un même spectromètre entre 180 et 3300 nm. Ainsi nous avons pu établir : – l'anisotropie de l'absorption linéaire de BBO. – une corrélation entre la densité dislocation et la valeur du coefficient d'absorption. – une corrélation entre le taux d'impuretés et le front d'absorption. Les mesures que nous avons effectuées en open et closed Z-Scan sur des cristaux BBO-TSSG et BBO-Cz nous ont permis de calculer le coefficient d'absorption non linéaire (α2) et l'indice de réfraction non linéaire (n2) de BBO à 1064 nm pour les deux types de cristaux. Les droites donnant _ et n2 en fonction de la densité de puissance présentent des pentes non nulles révélatrices d'une perturbation d'ordre supérieure. Ce phénomène est d'amplitude similaire selon la croissance et selon la direction de propagation. Les analyses menées pour la conversion de fréquence de 1064 nm vers 532 nm tant en mode continu qu'en mode impulsionnel, confirment que les coefficients effectifs des cristaux BBO-Cz et BBO-TSSG réagissent de manière semblable. Par contre, une augmentation non négligeable et reproductible du coefficient effectif non linéaire dans les cristaux Cz pour la conversion 532 nm vers 266 nm a pu être mise en évidence par rapport à celui dans les cristaux TSSG. Ce résultat est en accord avec les mesures d'absorption dans les cristaux Cz. Les tests de tenue au flux réalisés sur les cristaux Cz indiquent qu'aucun phénomène de saturation ou de dégradation des cristaux n'est visible compte tenu des densités de puissances maximales dont nous disposons. Mais, ces densités sont inférieures à celles mentionnées dans la littérature pour l'apparition de phénomènes d'endommagement et des mesures complémentaires avec une source plus puissante seraient donc nécessaires à l'étude de ces phénomènes d'endommagement optique. Pour des applications de conversions de fréquences 10647532 nm ou 5327266 nm, la méthode de croissance influe peu sur les propriétés générales. Seules des mesures extrêmes à très haut flux ou à de courtes longueurs d'onde seraient affectées par l'origine du cristal. Il faut cependant noter que la vitesse de croissance des cristaux Cz, 20 fois supérieure à celle des cristaux TSSG fait de cette méthode une technique de choix pour l'industrie. Les perspectives qu'offre ce travail à l'étude et à l'utilisation du BBO sont les suivantes : – l'étude des différences entre les cristaux issus des croissances Cz et TSSG pour λ < 266 nm afin d'évaluer les facteurs d'endommagement optique reliés à l'autofocalisation et aux impuretés dans des cas de densités de puissances plus élevées. – le développement d'un modèle permettant d'expliquer l'absorption non linéaire dans BBO.

Conception et réalisation de cristaux photoniques et de réseaux de diffraction pour les cellules photovoltaïques silicium en couches ultra-minces Ce travail de thèse est consacré au piégeage de la lumière par des cristaux photoniques (CP) et des réseaux de diffraction. L'objectif consiste à intégrer de telles structures dans des cellules solaires à couches ultra-minces de silicium, afin d'augmenter leur rendement de conversion. Nous avons conçu et optimisé des cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) assistées par les CP, grâce à la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain). En gravant un CP 2D dans la couche active de silicium, l'absorption intégrée sur l'ensemble du spectre est augmentée de 50%. Cette amélioration est atteinte en combinant des modes de Bloch lent et des résonances Fabry-Perot. Afin de réaliser de telles cellules solaires, nous avons développé une filière technologique combinant insolation holographique, gravure ionique réactive et gravure ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons étudié l'influence des paramètres de ces procédés sur la structuration réalisée. Enfin, les caractéristiques optiques et électriques de ces objets ont été mesurées par nos collaborateurs de l'IMEC, en Belgique. Les mesures d'absorption sont en bon accord avec les prédictions théoriques. De plus, l'absorption intégrée est peu sensible à l'angle d'incidence de la lumière solaire. La cellule solaire structurée comme un CP 2D présente finalement un courant de court-circuit d'environ 15mA/cm², soit 20% plus élevé que dans le cas de la cellule de référence. Par ailleurs, nous avons conçu une cellule solaire en c-Si plus complexe, intégrant des réseaux de diffraction avant et arrière. L'absorption aux grandes longueurs d'onde est augmentée du fait de la période élevée (750 nm) du réseau arrière, tandis que la réflexion en face avant est diminuée du fait de la faible période (250 nm) du réseau avant. Nous avons prédit une augmentation du courant de court-circuit jusqu'à 30m A/cm² pour ce dispositif, en comparaison avec la valeur de 18 mA/cm² correspondant à la cellule de référence non structurée. Ces résultats sont première étape vers le développement de futures générations de cellules solaires assistées par des cristaux photoniques et des réseaux de diffraction.