L'utilisation des cristaux de saphir dopé Titane de grande dimensions au sein des chaînes laser ultra-rapides de fortes puissance crêtes rend cruciale la problématique de l'endommagement laser de ces cristaux. Les travaux présentés ici ont pour but de quantifier le seuil d'endommagement des cristaux de Titane : Saphir sous irradiation femtoseconde, picoseconde et nanoseconde, régimes d'interaction qui sont représentatifs à la fois des conditions rencontrées dans les chaînes laser et des régimes d'interaction laser matière distincts. De plus, l'influence de paramètres propres à l'utilisation des cristaux tels que la cryogénie, les traitements anti-reflets ou le type de pompage optique (impulsion temporellement monomode ou non) est ensuite étudiée. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement et d'identifier les paramètres clés qui devront être optimisés dans les futures chaînes laser ultra-rapides de fortes puissances crêtes. / The use of large Ti:Sapphire crystals in ultra fast high peak power laser amplifiers makes crucial the problem of crystal laser induced damage. These works aim to qualify the laser induced damage threshold of Ti:Sapphire crystals under femtosecond, picosecond and nanosecond laser pulse irradiations, which are typically encountered in such laser chains and representative of laser matter interaction regimes. Furthermore, the influence of parameters peculiar to Ti:Sapphire crystals use in laser systems, such a cryogenic conditions, anti-relection coatings, or optical pumping kind (temporally monomode or multimode pulses), has been performed. The results are important to understand the mechanisms leading to the damage, and to reveal the key parameters which will have to be optimized in future high peak power laser chains.

Au cours de cette thèse, nous nous intéressons à deux applications nécessitant des sources laser impulsionnelles : l'imagerie active et l'usinage laser. L'imagerie active nécessite des sources laser efficaces émettant dans la gamme de sécurité oculaire (entre 1,5 µm et 1,7 µm) à des cadence de l'ordre du kilohertz et produisant des énergies par impulsion de plusieurs millijoules. Les sources efficaces émettant dans la gamme de sécurité oculaire utilisent l'ion erbium. Cependant la structure électronique complexe de l'ion erbium entraîne de nombreux effets parasites qui limitent fortement l'énergie accessible lors d'un fonctionnement à haute cadence. Pour diminuer l'influence de ces effets parasites nous avons utilisé le concept de fibres cristallines dans le cadre d'une collaboration entre le Laboratoire Charles Fabry et l'entreprise Fibercryst. La géométrie des fibres cristallines, combinant les propriétés des cristaux massifs et les avantages des fibres en verre nous a permis de dépasser les limites des sources actuelles. L'usinage de matériaux requière des sources laser impulsionnelles émettant dans le proche infrarouge (1 µm) et alliant forte énergie, forte puissance crête et forte puissance moyenne. Pour réaliser de telles sources, il est nécessaire d'utiliser des milieux à gain permettant de limiter les phénomènes thermiques et les effets induit par la puissance crête (effets non-linéaires). Pour cela nous avons utilisé à nouveau le concept de fibre cristalline, dopée cette fois ci par l'ion néodyme. Ces fibres cristallines ont été utilisées comme amplificateur de puissance pour amplifier des micro-lasers fonctionnant à haute cadence (de 1 à 100 kHz) et produisant des impulsions courtes (< 1 ns). / In this thesis we investigate two different pulsed laser sources for two specific applications : remote sensing and material processing. On the first part, remote sensing require efficient laser source emitting in the eye-safe range (1.5 – 1.7 µm) and producing several millijoules per pulse at a few kilohertz. Efficient eye-safe laser sources use erbium doped gain media. Nevertheless, the complex electronic structure of the erbium ion leads to several parasitic effects which limit the energy at high repetition rate. In order to minimize those effects we have used the concept of single crystal fibers developed in a close collaboration between the Laboratoire Charles Fabry and the company Fibercryst. The specific geometry of single crystal fibers, merging the advantages of bulk crystals and optical fibers, allows us to overcome limits of current laser sources. On the other part, material processing require near-infrared pulsed laser sources (1 µm) with high pulse energy, high average power and high peak power. In such laser sources, the amplifying medium must be design to avoid both thermal effects and non liner effects. For this purpose, we used neodymium doped single crystal fibers as power amplifier to enhance the performance of passively q-switched microlasers operating at high repetition rate (1 to 100 kHz) and emitting short pulses (< 1 ns).

Dans la perspective du développement de vitrages électrochromes « en milieu protonique », des films minces électrochromes à coloration anodique, à base d'oxyde de nickel, ont été synthétisés et caractérisés. Afin d'améliorer la durabilité des films minces à base de NiO, trois approches ont été envisagées. (i)Des films d'oxyde de nickel et d'oxyde mixte nickel/lithium, déposés par PLD (Pulsed Laser Deposition). Nous avons étudié l'influence du lithium sur les propriétés physico-chimiques (‘amorphisation..), et les caractéristiques électrochromes (électrochimique-optique) en milieu aqueux KOH 1M. (ii) Des films composites, préparés par voie chimique (solution), constitués d'une phase amorphe (en diffraction des Rayons X), de composition Ti1-xZnxO2-x□x, englobant des cristallites de NiO de ~ 5 nm de diamètre. Les courbes voltampérométriques révèlent que seule la phase NiO est électrochimiquement active, mais la phase amorphe, grâce aux lacunes anioniques neutres, □x, renforce la tenue mécanique des films déposés sur les substrats FTO/verre. Il s'ensuit que ces films composites sont plus stables au cyclage, en milieu aqueux KOH 1M, que leurs homologues TiO2/NiO. (iii) Des films minces d'oxyde de nickel dopés par du carbone, préparés par une voie sol-gel originale, présentant une remarquable tenue en cyclage (> 25000 cycles en milieu aqueux KOH 1M), jamais observée jusqu'ici pour NiO.

Au cours de cette thèse, nous nous intéressons à deux applications nécessitant des sources laser impulsionnelles : l'imagerie active et l'usinage laser. L'imagerie active nécessite des sources laser efficaces émettant dans la gamme de sécurité oculaire (entre 1,5 µm et 1,7 µm) à des cadence de l'ordre du kilohertz et produisant des énergies par impulsion de plusieurs millijoules. Les sources efficaces émettant dans la gamme de sécurité oculaire utilisent l'ion erbium. Cependant la structure électronique complexe de l'ion erbium entraîne de nombreux effets parasites qui limitent fortement l'énergie accessible lors d'un fonctionnement à haute cadence. Pour diminuer l'influence de ces effets parasites nous avons utilisé le concept de fibres cristallines dans le cadre d'une collaboration entre le Laboratoire Charles Fabry et l'entreprise Fibercryst. La géométrie des fibres cristallines, combinant les propriétés des cristaux massifs et les avantages des fibres en verre nous a permis de dépasser les limites des sources actuelles. L'usinage de matériaux requière des sources laser impulsionnelles émettant dans le proche infrarouge (1 µm) et alliant forte énergie, forte puissance crête et forte puissance moyenne. Pour réaliser de telles sources, il est nécessaire d'utiliser des milieux à gain permettant de limiter les phénomènes thermiques et les effets induit par la puissance crête (effets non-linéaires). Pour cela nous avons utilisé à nouveau le concept de fibre cristalline, dopée cette fois ci par l'ion néodyme. Ces fibres cristallines ont été utilisées comme amplificateur de puissance pour amplifier des micro-lasers fonctionnant à haute cadence (de 1 à 100 kHz) et produisant des impulsions courtes (< 1 ns).

Cette thèse est consacrée à l'étude mathématique de quelques modèles suggérés par la théorie de la supraconductivité. Plus spécifiquement, nous étudions le modèle de Ginzburg-Landau simplifié (sans champ magnétique) en présence de condition de type Dirichlet ou du type degrés prescrits. Dans une première partie nous traitons le problème d'existence de minimiseurs locaux dans un domaine multiplement connexe du plan pour des conditions de type degrés prescrits. La deuxième partie traite l'effet d'un terme de chevillage dans l'énergie de Ginzburg-Landau (GL) bi-dimensionnelle en imposant une condition de type Dirichlet. Cette partie se décompose en trois chapitres. On commence par l'étude d'un terme de chevillage qui est étagé et qui prend une valeur différente de 1 uniquement en un nombre fixe de sous domaines (aussi appelés inclusions) dont la taille tend vers zéro. Dans le chapitre suivant, nous considérons le cas d'un terme de chevillage sans hypothèse de structure particulière dans le cas où la donnée au bord est de degré nul. Dans le dernier chapitre de la deuxième partie, nous traitons le cas d'un terme de chevillage étagé et uniformément distribué avec une condition de type Dirichlet de degré non nul. On montre que la vorticité est quantifiée et localisée dans les inclusions. La dernière partie s'intéresse à l'effet d'un terme de chevillage étagé dans un domaine tridimensionnel avec une condition de Dirichlet. Les résultats préliminaires que nous présentons permettent d'appréhender la manière dont les filaments de vorticité sont "tordus" par l'effet du terme de chevillage.

En raison de l'augmentation de l'espérance de vie, le nombre de personnes âgées et par conséquent le taux de maladies chroniques augmente de plus en plus nécessitant le développement de nouveaux biomatériaux permettant la réparation osseuse. Le but de cette étude était d'évaluer le comportement in vitro de cellules ostéoprogénitrices cultivées sur des pastilles de phosphate tricalcique dopées (β-TCMP, Mg/Ca = 0,15) ou non (β-TCP) avec du magnésium dans un environnement statique et dynamique (débit de 0,3 mL/min), ainsi que la réponse de macrophages humains après contact avec des extraits des matériaux (ISO10993-12). Les pastilles de β-TCMP et β-TCP ont été obtenues par frittage respectivement d'une apatite calcium déficiente en calcium dopée au magnésium et de TCP (Merck). Les diffractogrammes et les spectres infrarouge ont confirmé la production de β-TCP et de β-TCMP, ratio Mg/Ca = 0,14. Des cellules osteoprogénitrices STRO+1A ont été cultivées sur des pastilles pendant 21 jours et leur comportement de prolifération et de différenciation cellulaire ont été vérifiés. Aucune différence entre les deux pastilles n'a été observée concernant le nombre de cellules après 21 jours de culture, ni sous condition statique ni dynamique. Cependant, il semble que l'environnement dynamique accélère la différenciation ostéoblastique. D'une façon générale, le β-TCMP n'a pas modifié la réponse des macrophages (le profil des cytokines) activés ou non par du lipopolysaccharide bactérien, cultivés pendant 72 heures avec des extraits de biomatériaux, par rapport au β-TCP. D'après ces résultats, les deux biomatériaux semblent être prometteurs pour le traitement des pertes osseuses.

Les chercheurs savent depuis longtemps que la supraconductivité est engendrée par le couplage de paires d’électrons, appelées paires de Cooper. Par contre, l’origine de l’inter-action conduisant à l’attraction effective entre les électrons formant les paires demeure mal comprise pour certains matériaux découverts durant les trente dernières années. Dans ce mémoire, la supraconductivité a été induite dans des cuprates dopés aux électrons faisant partie de la famille des infinite-layers (IL), ayant la forme Sr[indice inférieur 1−x]Nd[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 2]. Les IL ne peuvent être déposés en couches minces par la technique d’ablation laser que depuis très récemment. L’étude systématique de ces composés reste donc entièrement à accomplir. Les IL ont également une structure cristalline extrêmement simplifiée qui facilite l’interprétation des phénomènes physiques mesurés en laboratoire. L’étude des IL est un véritable tour de force. Plusieurs groupes de recherche dans le monde tentent de les synthétiser en couches minces avec beaucoup de difficulté. Ces matériaux sont métastables et d’une sensibilité déconcertante. Obtenir des couches minces exemptes de phases parasites est un travail de longue haleine. Ce défi a non-seulement été relevé, mais il a été possible de réaliser de la microfabrication sur les couches minces crues, rendant toute caractérisation des propriétés de transport beaucoup plus précise. L’ablation laser pulsée est la technique qui a été utilisée pour faire la croissance des couches minces étudiées. La diffraction des rayons-X a permis l’identification des phases de la structure cristalline, mais surtout l’étude des propriétés structurales des couches minces déposées. Une analyse des paramètres en plan (a) et hors plan (c) de la cellule unité de ces couches minces en fonction des conditions de croissance s’est avérée essentielle. Il a été remarqué que le paramètre hors plan joue un rôle limitant dans l’émergence de la supraconductivité. Des mesures de résistivité à très basses températures et sous champs magnétiques intenses ont permis d’établir un lien entre l’apparition de la supraconductivité et la grandeur du paramètre hors plan de la structure cristalline. Une transition complète ne semble être possible que lorsque le paramètre hors plan se trouve sous une grandeur critique, c = 3,41[A rond majuscule]. Des mesures d’effet Hall en fonction de la température sur des échantillons ayant différentes valeurs du paramètre hors plan ont permis de déterminer l’évolution des porteurs de charges présents en fonction de c. Les échantillons supraconducteurs suggèrent que la présence de trous comme porteurs de charge est essentielle à l’émergence de la supraconductivité. Leur présence semble diminuer rapidement à partir d’un paramètre hors plan plus grand que 3,41[A rond majuscule]. Il est possible d’établir un lien fondamental entre le comportement de la densité observé et celui d’une autre famille de supraconducteurs, les dopés aux électrons ayant une structure T’.

L’objectif principal de notre étude a consisté en la conception et réalisation de fibres et fils conducteurs de nouvelle génération et de transistors fibreux à effet de champ et électrochimiques. Le fil conducteur a été réalisé par la voie « sol-gel » en enduisant les filaments textiles par l’Indium d’oxyde dopé par étain suivie d’un processus de recuit nécessaire pour densifier et cristalliser les grains d’oxydes. Une nouvelle méthode a été développée pour effectuer le recuit à faible température pendant 24 h. La résistivité moyenne obtenue est de 1,45 Ω∙cm après cinq trempages d’enduction et après recuit dans les conditions décrites précédemment. Les transistors fibreux ont été élaborés par transposition de la mise en œuvre des OFETs classiques en utilisant l’oligomère ainsi que le polymère. La mobilité moyenne de charges des transistors fibreux en pentacène varie entre 4×10-4 et 6×10-4 cm2/V∙s. Pour les transistors fibreux à base de polymère, le procédé de « trempage-tirage » par voie liquide est employé pour leur élaboration. Le P3HT RR est choisi comme matériau semi-conducteur. La mobilité moyenne de charges de ces transistors fibreux est d’environ 2,0×10-4 cm2/V∙s. Nous avons également réalisé les transistors fibreux électrochimiques. Les fils textiles sont enduits par la solution PEDOT:PSS afin de réaliser les fils conducteurs. Des transistors fibreux électrochimiques sont réalisés sous deux formes différentes : « croisée » et « ligne parallèle ». Les transistors fibreux électrochimiques de l’une ou l’autre forme présentent des caractéristiques correctes avec comme avantage une faible tension de fonctionnement, ce qui est compatible avec l’utilisation textile. Des circuits électroniques textiles ont également été développés en utilisant les transistors fibreux électrochimiques : circuits numériques (inverseur et « NOR ») intégrés dans un tissu. Un amplificateur a également été réalisé. / The main objective of our study consisted of designing and realization of novel generation conductive fibers and fibrous field-effect and electrochemical transistors. The conductive yarn has been realized by “sol-gel” method by coating the textile filament with Indium Tin Oxide followed by an annealing process in order to densify and crystallize oxide crystals. A new method has been developed to anneal at low temperature for 24 h. The average resistivity obtained is 1.45 Ω•cm after five dips coating and annealing under the conditions described above. The fibrous transistors have been developed by transposition of the fabrication of conventional OFETs by using the oligomer and polymer. The average mobility of charges in pentacène varies between 4×10-4 and 6×10-4 cm2/V∙s. The solution process of "dip-coating" has been used in order to develop fibrous transistor in polymer by using P3HT RR as the semiconductor material. The average mobility of these transistors is about 2.0×10-4 cm2/V∙s. We also realized the fibrous electrochemical transistor. The textile yarns are coated with a solution PEDOT:PSS to achieve the conductivity. Fibrous electrochemical transistors are made in two different forms: “cross” and “parallel line”.  They all correctly present the characteristics with the advantage of a low operating voltage, which is compatible with textile use. Electronic circuits textiles also been developed by using these fibrous electrochemical transistors: digital circuits (inverter and "NOR") embroidered into a fabric. An amplifier has also been realized.

La pollution causée par le rejet industriel de métaux lourds a engendré la mise en place de réglementations concernant les concentrations en eaux de surfaces de ces polluants fortement toxiques. Des appareillages permettant la quantification des métaux lourds existent d'ores et déjà mais présentent de nombreux inconvénients comme leur coût, l'emploi d'un personnel qualifié ou encore des mesures différées dues à des échantillonnages spécifiques. L'électroanalyse représente, dans le domaine de la détection des métaux lourds, une des alternatives les plus prometteuses à ce jour.Les travaux présentés portent donc sur la mise au point d'un dispositif complet d'électroanalyse, tenant compte des problèmes de spéciation liés à la présence de la matière organique, permettant la quantification de deux métaux lourds fortement relargués par l'industrie : le plomb et le nickel. / Heavy metals industrial wastes involved the establishment of regulations concerning those toxic pollutants concentrations in surface water. Devices allowing heavy metals quantification already exist. Unfortunately, they revealed some gaps as their price, the need for qualified employees or even deferred results because of specific sampling procedures. Nowadays, in the heavy metals detection field, electroanalysis appears as a promising alternative. The work here discussed concerns the study of a global electroanalysis equipment, taking into account speciation issues related to organic matter presence, allowing heavy metals quantification in industrial runoffs of lead and nickel.

Il y a un intérêt croissant concernant la découverte de nouvelles méthodes commercialement viables pour réaliser des analyses spectro-électrochimiques — combinant des techniques électrochimiques et spectrales. Pour ce faire, nous avons préparé un matériau d'électrode transparent et conducteur, l’oxyde d’indium dopé à l’étain. Nous avons utilisé la technique d’électrofilage conduisant à la formation de fibres très fines avec une surface spécifique élevée. Ces électrodes ont ensuite été recouvertes d'une couche supplémentaire de silice poreuse et fonctionnalisée pour maximiser la surface spécifique et introduire des propriétés de détection supplémentaires. Le dispositif a été utilisé dans la détection du bleu de méthylène qui est un colorant industriel mais également un polluant environnemental. il a été mis en évidence qu’avec l'utilisation d'une telle électrode, il était possible de détecter des concentrations inférieures aux niveaux environnementaux nocifs. Enfin, les électrodes fonctionnalisées ont également été utilisées avec succès pour générer une luminescence plus intense et plus stable, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de capteurs spectroélectrochimiques / There is a growing interest in finding new and commercially viable methods of performing a spectroelectrochemical analysis which combines electrochemical and spectral techniques. For this purpose, an electrode material that is transparent and conductive needs to be prepared. In this work, such electrode was prepared by electrospinning which is a technique capable of forming very thin fibers with high surface area. Those electrodes were also covered with additional layer of porous and functionalized silica to maximize the surface area and introduced additional sensing properties. This material was used in the detection of methylene blue which is an industrial dye and an environmental pollutant. It was found that using such electrode it was possible to detect concentrations that are smaller than the harmful environmental levels. Finally, the layers were also used with success to generate luminescence which is opening new prospects for the design of spectroelectrochemical sensors