Depuis sa découverte, les propriétés électroniques exceptionnelles du graphène ont fait l'objet d'un nombre impressionnant d'études, faisant émerger un nouveau domaine de recherche autour des cristaux bidimensionnels. La spectroscopie Raman permet d'accéder de façon rapide, non destructive et sélective en symétrie, à la dynamique des électrons et à leur couplage avec les autres degrés de liberté d'un matériau. Jusqu'au présent, cependant, cette technique a été réservée presque exclusivement à la caractérisation des propriétés vibrationnelles du graphène, qui ne sondent qu'indirectement ses propriétés électroniques. Dans ce travail je mets en évidence le signal Raman électronique de mono- et multi-couches de graphène en le modulant avec une tension de grille. Pour cela j'ai combiné des techniques avancées de fabrication de dispositifs avec un microscope Raman spécialement conçu pour cet objectif. Grâce à l'effet du champ électrique, le continuum Raman électronique du graphène dû aux transitions inter-bande à travers le cône de Dirac, a été identifié et son intensité quantifiée pour la première fois. Les spectres, avec la présence d'un blocage de Pauli des excitations électroniques, sont en excellent accord avec les prévisions théoriques. Les mesures résolues en polarisation ont mis en évidence une propriété originale de la spectroscopie Raman: le fait d'être une sonde privilégiée des excitations électroniques chirales. Cette propriété, attribuée à un phénomène d'interférences quantiques entre les amplitudes de diffusion, ouvre des prospectives très intéressantes dans l'étude d'autres cristaux bidimensionnels et des phases topologiques / Since its discovery, the exceptional electronic properties of graphene have been studied in an impressive number of academic works, giving birth to a new research field dealing with two-dimensional crystals. Raman spectroscopy is a quick, non-destructive and symmetry-selective way to probe the dynamics of electrons and to their coupling with the other degrees of freedom of a material. Until now, nonetheless, this technique had been almost exclusively reserved to the characterization of graphene's vibrational properties, which probe its electronic properties only indirectly. In this work I unravel the electronic Raman signal of mono- and multi-layer graphene tuning it with a gate voltage. In order to do so, I combined advanced techniques of device fabrication with a Raman microscope specifically designed for this goal. By means of the electric field effect, I identified and quantified for the first time the intensity of the electronic Raman continuum of graphene due to the inter-band transitions through the Dirac cone. The spectra, with the presence of a Pauli blocking of electronic excitations, match perfectly with theoretical expectations. The polarization resolved measurements revealed an original property of Raman spectroscopy: it is a unique probe of chiral electronic excitations. This property, attributed to a quantum interferences phenomenon between scattering amplitudes, opens very interesting perspectives in the study of other two-dimensional crystals and of topological phases

Cette thèse présente quelques idées pour l'accélération des calculs ab initio de systèmes physico-chimiques. Après une introduction générale aux modèles et aux méthodes faite au chapitre 1, le chapitre 2 est consacré à une présentation mathématique de la construction des pseudo-potentiels qui mènent à une réduction considérable de la taille du problème électronique. On s'intéresse ensuite au problème aux valeurs propres généralisé qui constitue l'étape limitante de la résolution du problème électronique. On propose dans le chapitre 3 une méthode de décomposition de domaine de complexité linéaire avec le nombre d'électrons du système en terme de temps CPU et d'encombrement mémoire. Cette méthode, adaptée au traitement des systèmes isolants, remédie à certaines insuffisances des méthodes existantes. Dans le même esprit, le chapitre 4 est dédié à une tentative d'adaptation des méthodes dites de projection pour le traitement des gros systèmes métalliques. Un autre problème est abordé au chapitre 5. Il s'agit de l'application de la méthode des bases réduites au problème électronique. Dans un premier temps, des résultats montrant la faisabilité de l'approche ont été obtenus sur les systèmes H2+ et H2 où la base de discrétisation pour la résolution du problème électronique dépend de la position des noyaux, paramètres du système. Dans un second temps, une adaptation de la méthode des bases réduites pour traiter un problème non linéaire est présentée. Le chapitre 6 présente enfin des conclusions générales sur l'ensemble des approches abordées dans la thèse, ainsi que quelques pistes pour des développements futurs.

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.

Cette these aborde diverses problematiques concernant les electrons fortement correles dans des systemes bidimensionnels (composes a frustration geometrique, phases a liens de valence resonants), decrits a l'aide de modeles de dimeres. Une partie de la these concerne des modeles classiques sur un reseau triangulaire anisotrope, presentant des phases critiques qu'on peut decrire a l'aide de theories conformes; en se basant sur ces theories, l'analyse numerique de ce modele par matrice de transfert a permis de caracteriser les conditions d'existence de la criticalite, et plus generalement le diagramme de phases du modele en fonction d'interactions a courte portee et de l'anisotropie du reseau.<br />Une autre partie de la these traite un systeme d'electrons sur un reseau pyrochlore bidimensionnel (ou damier) a remplissage commensurable, en interactions a courte portee. Dans une limite de fortes interactions les electrons subissent des contraintes qui se traduisent par un modele effectif de dimeres quantiques (se differentiant par rapport au modele dit de Rokhsar-Kivelson, motive par les etats a liens de valence resonants, par un degre de liberte supplementaire, de spin). Une etude par diagonalisation exacte, completee par une approche variationnelle et des arguments perturbatifs, a permis d'identifier une phase cristalline a singulets resonants; une extension de ce modele a une mobilite finie des electrons a ete consideree pour caracteriser la transition de cette phase isolante vers un etat metallique en fonction du rapport de la mobilite des electrons et de leurs interactions.

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.

Les champs radiatifs dans le complexe d’accélérateurs du CERN sont caractérisés par des particules mixtes avec un large spectre d’énergie. Le système de surveillance des radiations, le RadMon, a été développé pour la mesure distribuée, et en temps réel, des radiations et ses effets sur l’électronique installée dans les tunnels et les zones expérimentales. Pendant la première phase d’opération du RADMON, un problème critique a été identifié sur les mémoires SRAM utilisées comme capteurs de fluence des hadrons de hautes énergies. Un large nombre de MCU (Multiple Cell Upsets), générés par des microlatchups, ont commencé à apparaître sur les RADMONs, affectant ainsi la précision de mesure de la fluence. Une étude de la cause de cet effet a été réalisée et une solution utilisant un algorithme de détection et de correction en ligne, embarqué sur un FPGA, a été évaluée et mise en place sur les RADMONs installés dans les zones du SPS, PSB, NA62, HiRadMat, ALICE et CHARM.Par ailleurs, dans le cadre du projet CELESTA, une étude de faisabilité a été réalisée pour valider l’adaptation du RadMon à une charge utile pour des applications CubeSat de dimension 1U. Le travail de recherche a été soutenu par le service de transfert de connaissance du CERN en collaboration avec l’Université de Montpellier, le Centre Spatial Universitaire.Les tests expérimentaux ont été effectués dans le nouveau moyen de test CHARM. CHARM offre la possibilité de reproduire les champs radiatifs mixtes présents dans les installations du CERN ainsi que les basses orbites terrestres (LEO).Un module autonome de charge utile pour Cubesat a été développé et équipé avec des capteurs permettant de mesurer dose ionisante ainsi que la fluence des hadrons de haute énergie. Par ailleurs une expérience permettant de détecter des latchups a été ajoutée au module. Les résultats des tests ont permis la définition d’une nouvelle procédure pour la qualification des nano satellites au niveau des radiations sur le système. Ce travail de thèse détaille l’approche suivie pour le choix et la caractérisation des composants utilisés sur la charge utile.La charge utile de CELESTA est le premier projet du CERN sur le sujet de la science des "small satellites". Il représente la première étape d’un intérêt croissant de l’utilisation du moyen de test CHARM pour des missions en environnement spatial. / Radiation fields in the CERN accelerator complex are characterized by mixed particles with broad energy ranges. A Radiation Monitoring System, called "RadMon", was developed for the distributed, on-line measurement of the complex radiation fields and their effect on the electronics installed in areas with a harsh radiation environment. The most recent version of the RadMon revealed a critical issue soon after deployment in the tunnel and the experimental areas. Multiple Cell Upsets (MCUs) arising from microlatchup events started showing up on the SRAM-based particle flux sensors equipped by the system, ultimately affecting the measurement and resulting in corrupted data and accuracy losses. A study of the generation of this effect was performed, and a solution using an on-line detection and correction algorithm embedded on an FPGA, was evaluated and implemented on the RadMon device.Furthermore, in the framework of the project CELESTA, a feasibility study was carried out to validate the adaptation of the RadMon to a 1U CubeSat payload. The research was supported by the CERN Knowledge Transfer as a collaboration between the University of Montpellier, the Centre Spatial Universitaire and CERN. Experimental tests were performed at the new CHARM facility, which allows the characterization of small components, as well as large systems, in a mixed-field representative of the Low Earth Orbit.A stand-alone payload module for 1U CubeSats was developed and equipped withsensors of ionizing dose and high energy hadron fluence. In addition a Latchup Experiment was added on the module as part of the scientific goals of the mission. Results of experimental tests led to the definition of a new procedure for the radiation qualification of small satellites at system level. Details of the characterization and the choice of components are presented together with the approach followed.The payload is the first small satellite module ever designed at CERN. It representsthe first step of an increasing interest towards radiation qualification at CHARM of electronics for low orbit space missions.

Le principal but de cette thèse a été d'étudier l'organisation structurale et les propriétés électroniques d'une nouvelle famille de conducteurs à base de poly(aniline) obtenus par protonation de sa forme éméraldine base par des acides n-alcanesulfoniques. Pour faciliter l'interprétation des données expérimentales de nature relativement complexe, des études parallèles ont été menées sur la tétra(aniline) dopée-le plus petit composé modèle de l'unité de répétition de la poly(aniline). Les tétra- et poly(aniline) dopées peuvent être considérées comme des architectures auto-assemblées par interactions ioniques qui présentent un comportement cristal liquide thermotrope comme le montrent les expériences complémentaires de diffraction des Rayons X et de calorimétrie différentielle à balayage. Ces conducteurs organiques présentent une structure lamellaire dont les caractéristiques peuvent être ajustées par des traitements thermiques, la longueur de la chaine alcane du dopant et dans le cas des films minces, par le nature du substrat. La conductivité électronique des films auto-supportés de PANI[acides n-alcanesulfonique]0.5 est élevée (~100-200 S.cm-1), et la dépendance thermique de la conductivité est interprétée dans le cadre du modèle dit de "désordre hétérogène" qui prend en compte une contribution semi-conductrice et une contribution métallique. Les mesures de conductivité associées à une séquence de recuits peuvent être considérées comme une mise en évidence indirecte des transitions de phase dans ces nouveaux conducteurs organiques et montrent clairement une évolution vers un comportement commun à toute la famille étudiée.

Les filières de valorisation de déchets ont été mises en place au cours des dernières années pour répondre à des pressions économiques, sociétales, environnementales et réglementaires. Pour que les produits en fin de vie soient valorisés au mieux, il faut que leur conception soit adaptée aux spécificités des différents acteurs de la filière. L’étape de prétraitement consiste en la séparation des différents composants et matières des déchets. C’est une étape essentielle pour la valorisation de produits complexes comme les DEEE (déchets d’équipements électriques et électroniques), qui sont l’objet de ces travaux. Nos recherches bibliographiques montrent que les méthodes de conception existantes pour la valorisation ne prennent en compte ni la diversité et la nature des pratiques de prétraitement ni les raisons qui poussent à réaliser chacune d’elles. Afin de comprendre l’expertise liée à ces pratiques, nous avons réalisé deux modèles.En premier lieu, un modèle macroscopique nous a permis d’identifier les grands facteurs qui affectent le fonctionnement des opérateurs de prétraitement. Il a été établi en deux étapes : la première étape consiste en la caractérisation des opérateurs de traitement ; la deuxième étape s’attache à la classification des opérateurs de traitement. Afin de développer ce modèle nous nous sommes appuyés sur deux études descriptives de la filière DEEE française. Une étude descriptive qualitative nous a permis d’identifier les raisons qui poussent les opérateurs à réaliser les différentes stratégies de fin de vie et les processus de prétraitement. Une analyse statistique en composantes principales (ACP), a été réalisée afin de développer une classification des opérateurs de prétraitement.Dans un deuxième temps, dans le but d’identifier quels sont les conséquences de certains choix de conception pour la fin de vie, nous avons développé une méthode d’analyse systématique et détaillée du traitement réalisé par un type spécifique d’opérateur de DEEE. Celle-ci nous a permis d’obtenir un modèle microscopique des activités. Afin de développer et d’appliquer la méthode, nous nous sommes focalisés sur le désassemblage manuel d’écrans plats en vue de leur recyclage. Nous avons obtenu des données quantitatives qui constituent des preuves solides pour soutenir le développement de recommandations d’éco-conception. Avec ce modèle nous pouvons développer des indicateurs et des règles de conception quantitatives utilisables en conception de produit.Les modèles macro et microscopiques sont des instruments d’acquisition des connaissances sur l’expertise de centres de traitement qui peuvent être adaptés pour une utilisation dans d’autres filières de valorisation de déchets. / Compliance schemes have been stablished in recent years to alleviate the burden of economical, societal, environmental and regulatory pressures. To ensure the best recovery of end-of-life products, their design has to meet the requirements of the different waste management operators. The pre-treatment phase consists on the separation of components and materials from waste. It is an essential step when recovering complex product such as waste electrical and electronic equipment (WEEE), which is the focus of this research work. The literature research shows that design for recovery methods do not take into account the diversity and nature of pre-treatment practices or the reasons behind them. In order to increase the understating related to these practices we have developed two models.The first one is a macroscopic model whose aim is to identify the main factors that influence the activity of pre-treatment operators. The development of the method involved two main steps: the characterization and the classification of pre-treatment operators. Two descriptive studies of the French WEEE compliance scheme have been carried out in order to develop the method. A qualitative descriptive study allowed us to identify the reasons why operators realize the different recovery strategies and pretreatment process. A descriptive statistical analysis, more specifically, a principal component analysis (PCA) was performed to develop a classification of the pretreatment operators.The second model that has been developed, a microscopic one, contains detailed information about the treatment operations carried out by one specific type of operator. The aim of this model is to identify what the best and worst design choices are in order to improve product’s pre-treatment. We have proposed a method for manual disassembly analysis to support the ecodesign of flat panel displays. The method enables to obtain quantitative data that provide solid evidence to support the development of eco-design guidelines. It also enables the development of disassembly indicators and recommendations to be used in product design.The macro and microscopic models are instruments of knowledge acquisition on pre-treatment practices that may be applicable to other compliance schemes.

Le modèle de production et de consommation linéaire, qui se résume à: extraire, produire, utiliser puis jeter, menace la préservation de nos ressources naturelles, alors même que les Déchets d’Équipements Électriques et Électroniques (DEEE) constituent des « mines urbaines » riches en métaux de valeur. Les politiques publiques classiques des années 70, fondées sur une approche régalienne, se sont révélées inefficaces pour stimuler des démarches innovantes et collectives.Dans cette thèse, nous étudions une approche alternative fondée sur un principe de responsabilisation des producteurs, encadrés par une forme de co-régulation entre acteurs publics et privés. Alors que la responsabilité est souvent associée à une logique individuelle, qu’est-ce qu’une responsabilité collective? Plus encore, pour faire de la responsabilisation une technique politique de gouvernement, quels processus et instruments s’agit-il de mobiliser pour rendre des acteurs collectivement responsables?À travers le cas de la filière des DEEE, cette thèse propose des principes de la co-régulation. Nous nous appuyons sur la littérature sur les communs, où ont été discutées les conditions d’une gestion et d’une gouvernance collectives. La thèse repose sur une approche exploratoire, qualitative et longitudinale. Une analyse comparative au niveau européen permet une mise en perspective des propositions théoriques. / The Linear Economy is structured on: extraction, production, product use and landfill. This model prevails although it is a threat to the preservation of natural resources. Whereas, Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) constitute “Urban Mines” that are rich in valuable metals. Public policies from the 70s, based on regulatory constraints, have proved to be inefficient in instigating innovative and collective processes.In this thesis, we study an alternative approach based on the responsabilization of producers through co-regulated action between public and private actors. While responsibility is often linked to individualism, this work scrutinizes the substance of collective responsibility. Furthermore, in consideration of responsabilization as a mode of political governance, we examine the processes and the instruments which could be engaged to bestow collective responsibility on private actors.Through an exploratory, qualitative and longitudinal approach in the context of the WEEE sector, we propose new co-regulation principles. The research is based on the literature of the commons in which the conditions of a collective governance are discussed. The theoretical propositions are considered in the perspective of a comparative analysis at the European level.

Un nouveau modèle de biomembrane de type liposome a été développé à partir de lipides synthétisés comportant une unité biphényle sur leur chaînes sn2 et une chaîne aliphatique sn1 de longueur et insaturation variables. L'anisotropie de susceptibilité magnétique positive de ces molécules induit une déformation en oblate de ces liposomes dits " biphényles " dans le champ magnétique B0. Cette déformation spécifique a été caractérisée par RMN des solides 31P et 2H en faisant varier différents paramètres : l'intensité de B0, l'élasticité membranaire, la température et la taille des liposomes (Helfrich, 1973). Ces vésicules déformées ont pu être observées par microscopies optiques et électroniques et la rémanence de la déformation en dehors de B0 a pu être analysée par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Enfin, les premières applications des liposomes biphényles comme nouveau modèle de biomembrane pour analyser la structure et l'orientation (par RMN des solides 15N) de peptides ou protéines membranaires, ont été étudiées.