Les crayons combustibles au sein des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) sont constitués de pastilles de céramique (UO2 ou (U-Pu)O2) empilées dans des gaines en alliage de zirconium, le Zircaloy. Avant l'irradiation, il existe un jeu de fabrication entre les pastilles et la gaine de l'ordre d'une centaine de microns. Au cours de l'irradiation, ce jeu est rapidement réduit ou totalement rattrapé du fait des différentes déformations que subissent les pastilles et la gaine. La connaissance de la nature de ce contact pastille-gaine à chaud, nécessaire pour comprendre les phénomènes et valider les modélisations de l'évolution de l'état de l’interface en fonction du taux de combustion, est accessible aujourd’hui exclusivement à partir de mesures destructives effectuées en laboratoire de haute activité, après retour à froid des combustibles. Pour obtenir un plus grand nombre d’informations sur des zones d’intérêt étendues, ou sur un tronçon de crayon avant refabrication pour ré-irradiation en réacteur expérimental, un moyen de caractérisation non destructif de l’interface pastille-gaine est nécessaire. C'est dans ce contexte que l'Institut d'Electronique et des Systèmes UMR CNRS 5214 de l'Université de Montpellier développe, dans le cadre d'une collaboration avec le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, et en partenariat avec EDF et Framatome, un microscope acoustique adapté aux géométries cylindriques. Le travail mené au cours de cette thèse inclut la conception et l’adaptation d’une tête de mesure sur un banc prototype et la démonstration de la faisabilité de l’acquisition d’images haute résolution (quelques dizaines de microns) sur tubes de gaine, l’enjeu étant de conserver la focalisation sur l’ensemble des zones imagées sur un même tube de diamètre externe de l’ordre de 10 mm et de longueur de 100 à 500 mm. La difficulté à reproduire les conditions de contact pastille-gaine en laboratoire ont orienté le choix des échantillons simulants, élaborés à partir de tubes de gaine avec ou sans zircone et chargés localement de colle. Les acquisitions réalisées sur ces échantillons simulants montrent la capacité de la méthode à détecter les changements de structure de la surface interne de la gaine. La mesure est ainsi sensible à la présence d’une couche de zircone interne d’épaisseur de 10 $mu$m, et à la présence de matériau adhérent à l’intérieur du tube. Ces résultats montrent l’intérêt de poursuivre ces études, pour améliorer grâce à du traitement du signal l’interprétation des images avec pour objectif final l’adaptation de la méthode et sa qualification sur un banc sur crayon irradié. / Pressurized Water Reactor (PWR) fuel rods are made of ceramic pellets (UO2,(U,Pu)O2 or gadolinium fuel) assembled in a zirconium alloy cladding tube. By design, an initial gap, filled with helium, exists between these two elements. However during irradiation this gap decreases gradually, on the one hand, owing to a variation in cladding diameter, due to creepdown caused by pressure from the coolant, and, on the other hand, increased pellet diameter, due to thermal expansion, and swelling. In hot conditions, during the second or third cycle of irradiation, the pellet/cladding gap is closed. However, during the return to cooler conditions, the gap can reopen. At a high burnup (generally beyond the 3rd cycle of irradiation) an inner zirconia layer of the order of 10 to 15 $mu$m is developed by oxidation leading to a chemical bonding between the pellet and the cladding. This bonding layer may contribute to a non-reopening of the pellet-cladding gap.Currently, only destructive examinations, after cutting fuel rods, allow the visualization of this area, however, they require a preliminary preparation of the samples in a hot cell. This limits the number of tests and measurements on the fuel rods. In this context, the Institute of Electronic and Systems of Montpellier University (IES - UMR CNRS 5214), in collaboration with the Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), Electricité de France (EDF) and Framatome, is developing a high frequency acoustic microscope adapted to the control and imaging of the pellet/cladding interface by taking into account the complexity of the structure's cladding which has a tubular form. Because the geometrical, chemical and mechanical nature of the contact interface is neither axially nor radially homogeneous, the ultrasonic system must allow the acquisition of 2D images of this interface by means of controlled displacements of the sample rod along both its axis and its circumference. The final objective of the designed acoustic microscope is to be introduced in hot cells.

Les prochaines plaques combustibles faiblement enrichies des réacteurs HPRR devront résister à de hautes radiations et dévoileront probablement un gonflement. Ce dernier modifie la structure et influence la distance inter-plaque nominale. La mesure de cette distance à l'ordre micrométrique constitue l'objectif du projet PERSEUS via le développement d'un dispositif ultrasonore non-destructif. Réduit à 1 mm pour s'insérer dans l'interstice inter-plaque de 1.8 mm du Réacteur à Haut Flux (RHF), le dispositif comprend deux transducteurs ultrasonores reliés à un système électronique. Il permet les mesures de temps de vol et de vitesse ultrasonore. La faisabilité de mesure précédemment prouvée, des optimisations de la chaîne de mesure et du traitement du signal ont été intégrées, induisant une nouvelle génération de dispositif. Un banc motorisé a été développé et a permis des mesures de reproductibilité précises à 500 nm. La reproductibilité de résistance aux radiations, expérimentée à l'Institut Arc-Nucléart, a démontré la stabilité des dispositifs sous 3500 kGray. De plus, une expérience de mesure de distance inter-plaque sur l'élément combustible du RHF a permis les mesures de position verticale, de distance inter-plaque et de température avec 1 µm de précision d'épaisseur du canal d'eau. Une étude de faisabilité de focalisation des ondes est prévue pour analyser les plaques en profondeur. / The future HPRR LEU fuel plates will have to withstand aggressive irradiations leading to a swelling phenomenon. This latter induces structure modifications and impacts the initial inter-plate distance. This distance is investigated, under the access and microscopic resolution constraints, within the PERSEUS Project aiming the development of a non-destructive ultrasonic device. With a thickness of 1 mm to be inserted into the 1.8 mm water channel width of the High flux Reactor (RHF), the device relies upon two ultrasonic transducers connected to an electronic system. It allows time of flight and ultrasonic velocity estimations. The feasibility being already proved, optimizations on components of the measurement chain and signal processing have led to a new device. A developed motorized bench has allowed reproducibility measurements with a 500 nm resolution. Then, a reproducibility devices' radiation resistance experiment, carried out in the Arc-nucleart Institute, demonstrated their parameters stability under 3500 kGray. Experiments were also realized on the RHF fuel element where vertical position, distance and temperature were evaluated, with a 1 µm precision on channel gap thickness. Future works will explore waves ability to be focused in the depth of the plates.

Les mécanismes par lesquels les charges mécaniques et électriques agissent sur le tissu osseux dans son ensemble, et sur les ostéoblastes, en particulier, sont encore mal compris. La réponse des ostéoblastes soumis à un seul type de stimulus physique a été comparée à celle obtenue par des combinaisons de plusieurs signaux mécaniques et/ou électriques. Dans la perspective d'améliorer l'ostéointégration des biomatériaux, nos études ont porté principalement sur les deux composants essentiels pour le succès de la greffe d'un biomatériau : la matrice extracellulaire (MEC) qui sert d'interface entre le biomatériau et l'hôte ainsi que les facteurs angiogéniques. Nous avons étudié les réponses des ostéoblastes à des contraintes mécaniques complexes basées sur des signaux de " basse amplitude haute fréquence " (BAHF) appliquées à un modèle de culture 3D (hydroxyapatite macroporeux). Nous montrons donc qu'une stimulation mécanique simple (3Hz) peut être potentialisée par des BAHF appropriées (25 Hz). Un dispositif a été développé pour appliquer des contraintes mécaniques très BAHF sur des modèles de culture 2D. La synthèse de la MEC est favorisée et ses propriétés ostéogéniques sont augmentées sous BAHF. Les BAHF n'ont pas d'effet sur le VEGF. Un autre dispositif a permis d'appliquer un champ électrique aux cultures cellulaires. Quelques paramètres nous indiquent que les cellules perçoivent le champ électrique, mais nous retenons que le VEGF n'est pas affecté. En revanche, la combinaison de ces stimulations physiques (contrainte mécanique très BAHF et champ électrique) augmente l'expression de plusieurs facteurs impliqués dans l'angiogénèse (VEGF, TGFβ1, FGF2...). Les sollicitations complexes définies dans cette thèse pourraient être un outil pour fonctionnaliser un substitut osseux cellularisé

L'effet des contraintes sur le comportement magnétique des ferrites est étudié de façon expérimentale (essai en traction et compression sur des éprouvettes parallélépipédiques et de compression sur des tores) et par une modélisation multiéchelle. Les mesures réalisées permettent de caractériser à la fois les comportements magnétique et magnétostrictif du ferrite étudié. Le modèle multiéchelle développé repose sur trois échelles : le domaine magnétique, le grain et le polycristal. A l'échelle du domaine magnétique, une minimisation de l'énergie totale permet de calculer l'orientation de l'aimantation sous les effets couplés de la contrainte mécanique, du champ magnétique appliqué et de l'orientation cristalline. A partir de ce calcul énergétique, une fonction de Boltzmann fournit une estimation de la fraction volumique des différents domaines du grain. Le comportement du polycristal est calculé par homogénéisation du comportement d'un nombre suffisant de grains. Le modèle ainsi élaboré permet de simuler le comportement magnétique et magnétostrictif. Les résultats sont en bonne adéquation avec les mesures expérimentales. Une modélisation du comportement sous champ magnétique haute fréquence décrivant l'effet des contraintes sur les phénomènes de relaxation de parois et de gyromagnétisme complète le modèle.

En vue de répondre à l'absence de données complètes et réalistes de la part des fournisseurs, la connaissance du comportement des ferrites MnZn qui équipent les noyaux des composants haute fréquence a progressé nettement grâce à l'apport d'une nouvelle méthode de caractérisation des matériaux magnétiques. Contrairement aux méthodes normalisées, cette méthode, basée sur la mesure de deux impédances électriques complémentaires, permet d'accéder, à toute fréquence, aux données perméabilité et permittivité complexes. En ce qui concerne les formulations par éléments finis, les formulations générales en 3D ont été réécrites avec des propriétés physiques complexes, à l'aide de deux types de potentiel: le potentiel électrique et magnétique. Les hypothèses bidimensionnelles cartésienne et axisymétrique sont aussi utilisées. Le couplage avec les équations du circuit électrique d'alimentation est réalisé par la méthode des potentiels électriques intégrés dans le temps. Cette méthode généralement utilisée en 3D est adaptée pour les problèmes 2D. Les problèmes des capacités parasites liés aux effets des interactions électriques en haute fréquence sont aussi présentés. Pour la modélisation à des fréquences élevées, l'influence du champ magnétique sur le fonctionnement du composant n'est plus négligeable. Un modèle magnétique devient nécessaire afm de tenir compte de l'inductance d'un composant. Plusieurs études récentes sur les effets des interactions magnétiques électriques en haute fréquence sont montrées. Chaque méthode a comme particularité la nécessité des approximations, dans la plupart des cas géométriques, par rapport au problème qui est essentiellement tridimensionnel. Une modélisation par la méthode des éléments fmis utilisant la formulation axisymétrique couplée avec les équations de circuit électrique est proposée et bien adaptée pour une caractérisation électromagnétique des composants bobinés.

La fiabilité est l'un des principaux objectifs de tout fabricant de moteurs électriques. Au cours des 20 dernières années, l'apparition de l'électronique de puissance dans la partie alimentation es moteurs électriques de traction a donné la possibilité de contrôle de couple à toute vitesse de rotation. En utilisant ce type d'alimentation pour les moteurs asynchrones, ceux-ci sont devenus une alternative à coût réduit et très fiable aux moteurs synchrones utilisés auparavant dans la traction. L'inconvénient de l'électronique de puissance, c'est que des fronts dV/dt sont appliqués aux moteurs. Ces fronts excitent les couplages parasites dans les moteurs, de sorte que les courants vagabonds peuvent circuler dans le moteur, et passer par les roulements. Cela amène à une augmentation du taux de défaillance. L'objectif de ce travail est de développer un modèle analytique, utilisable à partir de la phase de conception du moteur, qui permet de prévoir le type et la quantité des courants qui sont susceptibles de se produire.

L'augmentation des fréquences de fonctionnement des convertisseurs statiques de l'Electronique de Puissance a rendu obligatoire une modélisation plus réaliste des composants magnétiques. Déduit uniquement de mesures extérieures au composant, le circuit électrique équivalent qui leur est associé comporte une vingtaine d'éléments discrets. Déterminé de façon systématique, grâce à une approche théorique et expérimentale rigoureuse, et rapide, grâce à l'utilisation de moyens informatiques adaptés, il permet de représenter l'ensemble des phénomènes physiques qui interviennent du continu jusqu'à une où deux décades au-delà de leur fréquence de travail. Une étude en température uniforme a montré que la possibilité de prédire le comportement électrique d'un transformateur à toute température, à partir de sa caractérisation à la température ambiante uniquement, était assurée pour les enroulements. Les données constructeur demeurent par contre insuffisantes pour quantifier correctement l'évolution du circuit magnétique. Les résistances du circuit équivalent, représentatives des pertes dans le composant, ont par ailleurs été validées par calorimétrie. Elles permettent ainsi d'estimer, avec une très bonne précision, les puissances dissipées pour une excitation et une charge données. En vue de répondre à l'absence de données complètes et réalistes de la part des fournisseurs de ferrites, une nouvelle méthode de caractérisation des matériaux magnétiques a été développée. Moyennant quelques précautions expérimentales, elle permet d'accéder, à toute fréquence et toute température uniforme, aux données perméabilité et permittivité complexes au moyen de relations analytiques simples. La méthode donne des grandeurs applicables à tout circuit magnétique, quelle que soit sa forme, et elle rend compte de tous les phénomènes physiques qui prennent naissance dans ie matériau lorsque la fréquence augmente, notamment du comportement capacitif que l'on observe dans les ferrites MnZn dès quelques dizaines de kHz. Cette méthode permet d'estimer les pertes fer jusqu'à environ LO MHz.

Le cervelet est une structure du cerveau impliquée dans la coordination des actions motrices complexes telles que les mouvements volontaires. Pour remplir cette fonction, le contrôle temporel précis d'une large population de neurones est nécessaire. Alors qu'un grand nombre d'études ont été consacrées à l'étude de l'activité de réseau dans la plupart des grandes structures cérébrales (système thalamo-cortical, les noyaux gris centraux, hippocampe, etc ...), le cervelet reste très peu étudié. Par conséquent, j'ai examiné la présence et les caractéristiques d'une telle organisation chez les rats libres de leurs mouvements, en particulier lorsqu'ils accomplissent une tâche de préhension. Le cortex cérébelleux a une organisation topographique marquée, de sorte que les cellules voisines reçoivent les mêmes afférences et ont des efférences convergentes. Par conséquent, l'étude des propriétés du réseau local dans le cortex cérébelleux permet d'accéder à une activité populationnelle qui est fonctionnellement pertinente. Tout d'abord, j'ai démontré que les multi-électrodes et particulièrement les tétrodes peuvent être utilisées, grâce à un " micro-drive " que j'ai conçu et réalisé, pour enregistrer plusieurs cellules voisines dans des enregistrements chroniques de comportement de rongeurs libres de leurs mouvements.Deuxièmement, j'ai examiné dans la zone du cortex cérébelleux qui contrôle les mouvements des membres la façon dont les cellules principales (les cellules de Purkinje) coordonnent leur décharge pendant le repos et durant une action motrice des membres antérieurs. Par des enregistrements électrophysiologiques simultanés de plusieurs cellules individuelles, j'ai trouvé que les cellules de Purkinje voisines présentent toujours un co-modulation de leur taux de décharge à l'échelle de quelques millisecondes. Cette décharge corrélée est observée pendant le sommeil et d'exploration active, mais elle est accrue au cours de l'exécution de mouvements. Nos résultats indiquent donc que lors d'un mouvement rapide et complexe, les assemblées locales des cellules de Purkinje se forment dynamiquement à des échelles de temps courtes et produisent donc des épisodes très transitoires d'inhibition dans leur cible postsynaptique dans les noyaux cérébelleux. Troisièmement, dans une collaboration avec le groupe de Richard Courtemanche, nous avons étudié le lien entre la décharge neuronale et les oscillations lentes du potentiel de champ local qui sont observées dans le cervelet au repos. Nous avons constaté qu'une grande proportion de cellules de Golgi et les cellules de Purkinje sont modulées pendant les oscillations. Ces résultats indiquent que ces oscillations lentes, qui peuvent également être observées dans le cortex moteur, se propagent dans le cortex cérébelleux. Dans l'ensemble, mon travail a identifié et caractérisé un certain nombre de patrons d'activité populationnelle dans le cortex cérébelleux. L'impact de ces patrons sur le système moteur reste en grande partie à être compris et devrait faire l'objet de futures travaux.

This thesis discusses the elastic and inelastic scattering in monolayer graphene, investigated by means of microwave carrier dynamics and noise. We study in a first part the high frequency properties of graphene field‐effect transistors on different substrates. Particular interest lies in the figures of merit like e.g. the transit frequency fT, defining the transistor's current amplification capabilities, and the transconductance gm representing its gate sensitivity. High values are obtained for both parameters in GHz measurements. We find in particular that these figures remain substantial even in miniaturized devices. We introduce top‐gated graphene field‐effect capacitors as a probe of the elastic scattering mechanisms in graphene. Employing similar techniques as in the transistor experiments, we are able to directly access the diffusion constant D and its dependence on carrier density. The latter is the signature of the scattering mechanism present in the graphene sheet. Our novel GHz experiments reveal a constant transport scattering time as a function of energy which is in disagreement with conventional theoretical predictions, but supports the random Dirac mass disorder mechanism. Furthermore, we study inelastic scattering of charge carriers by acoustic phonons in graphene which is among the first realizations of such an experiment in a genuine two‐dimensional geometry. A broadband cryogenic noise thermometry setup is used to detect the electronic fluctuations, the current noise, from which we extract the average electron temperature Te as a function of Joule power P. At high bias we find P∝ΣTe^4 as predicted by theory and which is the tell‐tale sign of a 2D phonon cooling mechanism. From a heat equation analysis of data in a broad bias range, we extract accurate values of the electron‐acoustic phonon coupling constant Σ. Our measurements point to an important effect of lattice disorder in the electron‐phonon energy relaxation.

Cette thèse a pour objet l'étude et la réalisation de transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGeC à très hautes performances pour les applications de télécommunications et de détection radar (> 50 GHz). Le premier chapitre rappelle la théorie du fonctionnement du transistor bipolaire, aussi bien en régime statique que dynamique. Nous présentons ensuite dans un second chapitre un historique des technologies de fabrication des TBH SiGe, spécifiquement dans un cadre de compatibilité BiCMOS, en expliquant les choix pris en faveur d'un auto-alignement complet et d'une épitaxie sélective de la base. Les résultats obtenus dans cette thèse sont comparés aux performances de l'état de l'art. Nous étudions ensuite l'optimisation classique du TBH, et nous démontrons comment, par différentes optimisations du profil vertical et des dimensions latérales du composant, nous avons pu augmenter les fréquences fT et fMAX de 200 GHz au début de la thèse jusqu'à environ 300 GHz. La possibilité d'optimiser la tenue en tension collecteur est démontrée par des procédés technologiques en rupture avec l'optimisation classique du transistor, tels que l'émetteur métallique, l'insertion de Ge dans l'émetteur et la recombinaison en base neutre. Des améliorations significatives de BVCEO ont pu être démontrées grâce à ces procédés, ce qui permet d'obtenir des produits fT × BVCEO à l'état de l'art (> 400 GHz.V). La dernière partie de la thèse vise à étudier le comportement du TBH en fonction de la température : Nous décrivons tout d'abord l'auto-échauffement du transistor, et son impact sur les performances dynamiques. Des variantes technologiques permettant de réduire l'auto-échauffement sont étudiées (profondeur des DTI et fragmentation de l'émetteur), et un modèle simple de calcul de RTh est développé. Nous terminons par l'étude du TBH aux températures cryogéniques. fT et fMAX étant fortement améliorées à basse température (plus de 400 GHz), nous en tirons, grâce à l'extraction des différents temps de transit, des perspectives intéressantes pour l'amélioration ultérieure du composant, avec pour objectif d'atteindre des fréquences de transition de l'ordre du THz.