Le Pb est omniprésent dans les échantillons terrestres et sa relation avec ses ascendants radioactifs, l’U et le Th, en fait un marqueur de choix des processus géodynamiques.L’équipe lyonnaise de Janne Blichert-Toft et Francis Albarède a démontré, à travers une vaste compilation de données bibliographiques accompagnée de la production de nouvelles mesures, une correspondance entre la répartition des valeurs de composition isotopique du Pb dans la croûte continentale et la localisation de figures tectoniques majeures sur plusieurs continents (Bouchet et al., 2014 ; Blichert-Toft et al., 2016 ; Delile et al., 2014). L’existence de ces "provinces géochimiques" démontre l’intérêt des isotopes du Pb comme outil pour mieux comprendre comment l’histoire tectonique d’une région façonne la géochimie de ses continents. Un premier volet de ces travaux de thèse visait à compléter la base de données existante des compositions isotopiques du Pb dans la croûte continentale européenne, grâce à l’analyse de 104 échantillons de feldspaths potassiques issus de granites principalement originaires de Catalogne, de Corse, de Galice et de Kabylie, jusqu’ici restées en blanc sur les cartes précédemment établies. Les cartes ainsi obtenues, illustrant la répartition à travers l’Europe et le bassin méditerranéen des valeurs des "paramètres géochimiques" définis par Albarède et al. (2012), exprimant à partir des rapports isotopiques du Pb mesurés l’âge modèle de la roche et les fractionnements entre l’U, le Th et le Pb enregistrés en son sein, confirment le potentiel des isotopes du Pb comme traceurs robustes de l’héritage tectonique d’une région.Mais le cœur de cette thèse a été d’appliquer cet outil reliant chimie et histoire géodynamique que sont les isotopes du Pb à un type d’échantillon géologique pour lequel des analyses de haute précision de la compositions isotopique en Pb n’avaient jamais été entreprises jusqu’à maintenant : les pétroles bruts. Pour cela, il a fallu développer une méthode analytique novatrice permettant d’extraire le Pb de quelques millilitres de pétrole brut vers une solution aqueuse adaptée aux protocoles habituels de purification indispensables à des analyses isotopiques du Pb à haute précision par MC-ICP-MS (Fetter et al., 2019). Cette méthode a ensuite été appliquée à un total de 211 échantillons de pétrole brut issus de partout dans le monde. Des échantillons de roches mères d’hydrocarbures (schistes noirs) ont également été analysés afin de compléter les premières interprétations des résultats. Ce jeu de données unique met en évidence que le Pb contenu dans les pétroles bruts résultait du mélange d’au moins trois composantes d’âges modèles distincts : le pôle le plus radiogénique a été identifié comme associé aux roches mères des pétroles, tandis que les deux autres, d’âges modèles paléozoïque et protérozoïque, suggèrent des interactions conséquentes entre le pétrole et les roches encaissantes et sous-jacentes. Un nouveau modèle de migration du pétrole depuis sa roche mère a donc été proposé (Fetter et al., soumis), prenant en compte la forte implication des eaux circulant en profondeur dans les bassins sédimentaires en faisant intervenir un phénomène grandement négligé jusqu’à maintenant : la solubilité mutuelle de l’eau et du pétrole à haute température.La mise en évidence d’une dynamique complexe du Pb dans les pétroles bruts invalide une utilisation de ces derniers comme alternative aux feldspaths potassiques pour obtenir des données isotopiques en Pb fiables sur la croûte continentale européenne située sous les bassins sédimentaires. Cependant, elle ouvre de nouvelles portes quant à l’utilisation jusqu’ici inexplorée des isotopes du Pb comme traceurs de phénomènes de pollution associés à une prospection pétrolière peu responsable. / Lead is ubiquitous in terrestrial samples and its relationship to its radioactive ascendants, U and Th, makes it a prime tracer of geodynamic processes.The team of Janne Blichert-Toft and Francis Albarède, based in Lyon (France), has demonstrated on several continents, through large compilations of literature data supplemented by new measurements, a correspondence between the distribution of Pb isotopic compositions in the continental crust and major tectonic features (Bouchet et al., 2014 ; Blichert-Toft et al., 2016 ; Delile et al., 2014). The existence of these "geochemical provinces" has firmly established the potential of Pb isotopes as a tool for understanding how the tectonic history of a given region shaped its geochemistry. A first aspect of this PhD aimed at complementing the existing database of Pb isotopic compositions of the European continental crust through the analysis of 104 K-feldspar samples separated from granites originating mainly from Catalonia, Corsica, Galicia, and Kabylie, up until this PhD blank areas on the compiled map. The resulting updated maps showing the distribution throughout Europe and the circum-Mediterranean area of the "geochemical parameters" defined by Albarède et al. (2012), which derive a model age and fractionations between U, Th, and Pb from measured Pb isotopic ratios, confirm the potential of Pb isotopes as powerful tracers of the tectonic heritage of a given region.The core of this PhD, however, was to apply this tool connecting chemistry and geodynamic history to a type of geological sample so far never analyzed for high-precision Pb isotopic compositions: crude oil. To achieve this goal, a novel analytical method was developed which allows the extraction of Pb from a few milliliters of crude oil into an aqueous solution suitable for the standard Pb purification protocol essential for high-precision Pb isotope analysis by MC-ICPMS (Fetter et al., 2019). This method was then applied to a total of 211 crude oil samples from around the world. Hydrocarbon source rocks (black shales) also were analyzed. This unique data set reveals that Pb in crude oil results from the mixing of at least three endmembers of distinct model ages: the more radiogenic endmember is identified as the oil source rocks, while the other two components, of Paleozoic and Proterozoic ages, suggest considerable interactions between crude oil and the surrounding and underlying rocks. A new model was hence proposed for oil migration (Fetter et al., submitted), taking into account the key role of deep-seated waters circulating through the sedimentary basin by calling on a long-neglected phenomenon: mutual solubility of water and oil at high temperatures.Bringing to light the complex dynamics of Pb in crude oil invalidates the use of crude oil as an alternative to K-feldspars to obtain the Pb isotopic signature of the continental crust underlying sedimentary basins. However, it opens up new promising avenues for the yet unexplored use of Pb isotopes as tracers of irresponsible oil prospection related pollution.

Ce travail s'inscrit dans une démarche visant à quantifier l'impact de la diagenèse sur les ratios élémentaires Sr/Ca, Mg/Ca et U/Ca caractéristiques de l'exosquelette (aragonite biogénique) de coraux Porites sp. Ces ratios élémentaires sont très utilisés comme paléo thermomètres en paléo climatologie tropicale pour reconstruire les paléo variables environnementales comme la température de surface de l'océan. On considère dans un premier temps un corail moderne prélevé in vivo et un corail fossile daté au 14C de l'Holocène Moyen (5445 ans BP). Les deux coraux ne présentent aucune trace d'altération diagénétique. On mesure Sr/Ca, Mg/Ca, U/Ca dans l'exosquelette par spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif et à la microsonde de Castaing pour Sr/Ca. Les températures de l'océan du temps du vivant des coraux sont alors reconstruites à partir de la géochimie des échantillons et validées. L'approche est ensuite étendue à des coraux pléistocènes (~125000 ans BP) altérés par la diagénèse e.g., apparition de calcite au détriment de l'aragonite initiale sous l'action de l'eau douce percolant dans les récifs. Cette calcitisation affecte les ratios Sr/Ca et Mg/Ca originels et est susceptible d'entacher les reconstructions d'un biais qu'il est important de bien connaître. En s'appuyant sur la spectrométrie Raman et la microanalyse X, on confirme les tendances qualitatives rapportées dans la littérature sur l'impact de la calcite sur les proxies du climat : la présence de calcite diminue (resp. rehausse) le ratio Sr/Ca (resp. Mg/Ca) créant donc des artéfacts chauds dans les températures reconstruites.

Le principe d'un SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) est le stockage d'énergie dans l'induction magnétique créé par une bobine court-circuitée. Dans ce travail, les possibilités offertes par les SMES en matériau supraconducteur haute température critique sont étudiées pour l'application source impulsionnelle. L'étude est plus particulièrement orientée vers l'alimentation de lanceurs électromagnétiques, pour laquelle l'utilisation de SMES est comparée à l'alimentation conventionnelle par banc de condensateurs. Dans ce cadre, de nouveaux concepts de SMES adaptés à la charge sont proposés, permettant des gains conséquents en terme de rendement énergétique global. En parallèle, la faisabilité pratique d'une alimentation de lanceur par SMES est envisagée par la réalisation d'un démonstrateur. Celui-ci est une évolution d'un dispositif existant testé avec succès en 2007. La réalisation de ce démonstrateur a permis de valider des solutions technologiques concernant notamment le refroidissement et la tenue diélectrique d'un SMES hTc de forte puissance. Ce travail est soutenu par la DGA (Délégation Générale pour l'Armement).

Pour sécuriser le processus de fabrication, garantir la qualité des pièces et atteindre une pleine productivité, des Systèmes de Surveillance Automatiques de l'Usinage (SSAU) sont nécessaires. Cependant, si des solutions sont proposées pour la production de grandes séries, il n'existe pas actuellement de SSAU pour les systèmes de production flexible en fraisage (ces derniers fabriquant notamment les pièces complexes à forte valeur ajoutée). L'objectif des travaux de thèse présentés dans ce manuscrit, est donc de répondre à ce besoin industriel en proposant une solution efficace et fiable de Surveillance Automatique de l'Usinage pour la production flexible par fraisage. <br />Tout d'abord, plusieurs critères issus de la bibliographie et susceptibles de résoudre notre problématique, ont été testés dans des conditions de coupe et de trajectoires industrielles, ce qui n'avait pas été fait auparavant. L'analyse de leur comportement a permis de mettre en évidence leurs faiblesses et de faire évoluer notre réflexion, avant de proposer une nouvelle méthode : la Surveillance d'Usinage Intermittente. L'état de l'outil est estimé à partir des efforts de coupe, puis reporté sur une carte de contrôle. Pour plus de fiabilité, seules les zones où la coupe est stable sont surveillées. <br />Afin d'augmenter la précision, la robustesse et le domaine de validité de la méthode, des améliorations ont ensuite été apportées, quant au conditionnement et à l'analyse des signaux d'efforts. Par ailleurs, les estimations de l'état de l'outil sont affinées pendant l'usinage, grâce à des simulations numériques effectuées au préalable. Des expérimentations ont validé l'approche, par des détections fiables de l'état d'un outil possédant 5 dents (dont une endommagée ou non).<br />Enfin, nous avons montré que notre méthode permet de détecter de très faibles endommagements de l'outil, survenant au cours de l'usinage d'une pièce. Nous proposons également de coupler notre SSAU à un système d'inspection des outils hors-usinage pour confirmer les détections. Nous avons ensuite montré que notre méthode n'est pas perturbée par l'usure des outils. Une table dynamométrique n'étant pas viable industriellement, nous avons cherché des alternatives. Nous avons finalement montré que la mesure d'efforts peut être réalisée en instrumentant la broche par des capteurs inductifs. L'application de notre méthode permet alors, dans un cadre industriel, de détecter de très faibles endommagements de l'outil, lors de production flexible en fraisage.

Afin d’améliorer les performances électriques dans les circuits intégrés en 3D, une large modélisation électromagnétique et une caractérisation haute fréquence sont requises. Cela a pour but de quantifier et prédire les phénomènes de couplage par le substrat qui peuvent survenir dans ces circuits intégrés. Ces couplages sont principalement dus aux nombreuses interconnexions verticales par unité de volume qui traversent le silicium et que l’on nomme « Through Silicon Vias » (TSV).L’objectif de cette thèse est de proposer des règles d’optimisation des performances, à savoir la minimisation des effets de couplage par les substrats en RF. Pour cela, différentes configurations de structures de test utilisées pour analyser le couplage sont caractérisées.Les caractérisations sont effectuées sur un très large spectre de fréquence. Les paramètres d’analyse sont les épaisseurs du substrat, les architectures des vias traversant (diamètres, densités, types de barrières), ainsi que la nature des matériaux utilisés. Des modèles électriques permettant de prédire les phénomènes de couplage sont extraits. Différents outils pour l’analyse de ces effets, sont développés dans notre laboratoire. Parallèlement un important travail de modélisation 3D est mené de façon à confronter mesure et simulation et valider nos résultats. Des stratégies d’optimisation pour réduire ces phénomènes dans les circuits 3D ont été proposées, ce qui a permis de fournir de riches informations aux designers. / In order to improve the electrical performance in 3D integrated circuits, a large electromagnetic modeling and a high frequency characterization are required. This has for goal to quantifiy and predicts the substrate coupling phenomena that can occur in these integrated circuits. These couplings are mainly due to the numerous vertical interconnections existing in a small volume and passing through the silicon, and so called “Through Silicon Vias” (TSV). The objective of this thesis is to propose rules for electrical performance optimization, in order to minimize the coupling effects in RF substrates. For this reason, different test structures configurations used to analyze the coupling are characterized.The characterizations are performed on a very wide frequency spectrum. The analysis parameters are the thicknesses of the substrate, the TSV architectures (diameters, densities, types of barriers), and the nature of the used materials. Electrical models for predicting the coupling phenomena are extracted. Different tools for the analysis of these effects are developed in our laboratory. At the same time, a considerable amount of 3D modeling is conducted to compare measurements with simulations and validate our results. Optimization strategies to reduce coupling phenomena in 3D circuits have been proposed; this has provided a wealth of information to designers.

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