Ce travail porte sur l'étude des propriétés optiques des composés à transition d'état de spin. Plus précisément, nous avons caractérisé le transition photo-induite de ce type de composé. Pour réaliser ces études, nous avons développé des montages basés sur la technique pompe-sonde résolue en temps. Nous avons alors caractérisé la cinétique de la transition photo-induite de composé du Fe(II) montant ainsi qu'un processus thermique est à l'origine de la transition et amorce un processus de type "nucléation/croissance". De plus, ces études ont été faites pour des poudres composées de particules dont la taille a été réduite. Par ailleurs, nous avons étudié les propriétés optiques de nanoparticules synthétisées sous forme de micelles. / This work deals with the study of optical properties of spin-state transition compounds. More precisely, we characterized the photo-induced transition of this complex. To make these studies, we have used two home-built experimental set ups based on time resolved pump-probe techniques. We have shown that thermal mechanism induces nucleation/growth process. Besides, we have studied the effect of particle size on the photo-induced transition. Finally, we have studied the optical properties of nanoparticles.

Les pertes supplémentaires en charge dans les machines électriques représentent une contribution non-négligeable aux pertes totales. Elles constituent un point clé pour une évaluation exacte de l’efficacité énergétique des moteurs. L’objectif de ce travail a donc été d’investiguer les pertes supplémentaires, de déterminer et de quantifier leurs origines tout en effectuant une modélisation précise des machines électriques étudiées. Le modèle de calcul des pertes supplémentaires, développé dans la thèse, est basé sur l’essai normalisé de bilan de puissances. L’utilisation de ce dernier nécessite des modèles de calcul des pertes fer et des pertes par courants induits harmoniques. Le choix s’est porté sur des modèles de calcul des pertes en post-traitement d’un code par éléments finis. Ces modèles ont été testés dans un premier temps sur une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) où l’influence des harmoniques de découpage a été étudiée. Ensuite, les pertes supplémentaires ont été calculées pour un moteur de 500 kW et deux moteurs de 6 kW à barres droites et inclinées. Plusieurs études ont été effectuées sur les origines des pertes supplémentaires, comme les flux de fuite d’extrémités, les flux de fuite zig-zag ainsi que les flux de fuite d’inclinaison, et leurs contributions ont été quantifiées. La comparaison des résultats simulés avec les mesures issues des essais effectués sur la MSAP et sur les deux maquettes montre une bonne concordance. Ces résultats démontrent la capacité des modèles proposés à estimer les pertes fer, les pertes par courants induits et les pertes supplémentaires avec une bonne précision pour différents types de machines électriques et différents points de fonctionnements. / The stray load losses (SLL) in electrical machines represent a non-negligible contribution to the total losses and are a key point for an accurate evaluation of the energy efficiency of the considered device. The aim of this work is to investigate the SLL, to determine and quantify their origins using precise models of the studied motors. The SLL model calculation, developed in this thesis, is based on the normalized Input-Output test. This later requires models for the core and harmonic eddy current losses. The choice has been made for calculating the losses in the post- processing step of a finite element code. These models were tested, first, on a permanent magnet synchronous machine (PMSM), where the influence of the carrier harmonics is studied. Then, the SLL were calculated for a 500 kW induction motor and for two 6 kW motors with skewed and non-skewed rotor bars. Several studies have been performed to study the origins of the SLL such as the end-region leakage fluxes, the zig-zag leakage fluxes and the skew leakage fluxes, and quantify their contributions. The comparison, between the simulation results and those measured on the PMSM and both 6 kW motors, shows a good agreement. This demonstrates the ability of an accurate estimation of the core, eddy currents and SLL losses using the proposed post-processing calculation method, for different types of electrical machines under different operating conditions.

Le travail effectué durant ces trois années porte sur l'étude des propriétés optiques des composés à transition d'état de spin. Plus précisément, nous avons caractérisé la transition photo-induite de ce type de composé. Pour réaliser ces études, nous avons développé au laboratoire des montages basés sur la technique pompe-sonde résolue en temps. Un premier montage avec une pompe impulsionnelle et une sonde continue nous a permis de réaliser des études sur la relaxation et l'effet LIESST au sein de la boucle d'hystérésis thermique. De plus, nous avons observé des effets de seuil pour la transition photo-induite. Un second montage où pompe et sonde sont impulsionnelles a été développé durant cette thèse. Il permet une étude globale de la cinétique photo-induite : photo-excitation et relaxation. En effet, l'accordabilité du délai pompe-sonde en cours d'expérience permet d'étudier des processus dont les temps caractéristiques diffèrent de plusieurs ordres de grandeur. Nous avons alors caractérisé la cinétique de la transition photo-induite de composé du Fe(II), montrant ainsi qu'un processus thermique est à l'origine de la transition et amorce un processus de type " nucléation/croissance ". De plus, ces études ont été faites pour des poudres composées de particules dont la taille a été réduite. Par ailleurs, nous avons étudié les propriétés optiques de nanoparticules synthétisées sous forme de micelles. Nous avons déterminé les parties réelle et imaginaire de leur indice de réfraction et caractérisé la transition d'état de spin thermique.

Dans tous les domaines, mais en particulier celui de électricité, chacun se préoccupe de plus en plus de la sécurité des utilisateurs, tant au niveau des biens que des personnes. Pour cela on utilise des appareils à coupure automatique de I'alimentation, dès I'apparition d'un défaut électrique dans une installation. Cette protection est réalisée par des dispositifs différentiels, dont le coeur est constitué d'un relais polarisé haute sensibilité. L'amélioration de celle-ci exige une maitrise complète des caractéristiques du relais. Or les différentes pièces le constituant présentent certaines tolérances, lors de son assemblage celles-ci vont entrainer des dispersions de ses caractéristiques électriques dans des proportions qu'il reste à déterminer. La maÎtrise de ces dérives, nécessite l'élaboration d10utils pour quantifier les paramètres influents mais aussi pour améliorer ses propriétés électriques. Le premier outil est une modélisation analytique qui nous permet d1appréhender les phénomènes électromagnétiques: la saturation, les courants induits, les points de polarisation de l'aimant, ainsi que l'influence des points de contact entre la pièce fixe et la pièce mobile. Le second est un modèle numérique utilisant les éléments finis, avec une méthode originale qui utilise une formulation bidimensionnelle en associant ~"deux coupes couplées" pour analyser des dispositifs tridimensionnels.

Dans ce travail de thèse nous avons exposé une nouvelle méthode simple et efficace basée sur l'autofocalisation de faisceaux qui permet l'induction de guides optiques au cœur de matériaux photoréfractifs, sans tension appliquée. Cette technique de photo-inscription exploite l'effet pyroélectrique des matériaux ferroélectriques qui permet de générer un effet non linéaire focalisant contrôlé par une augmentation de quelques degrés de la température du matériau. La démonstration expérimentale est réalisée dans les échantillons de LiNbO³ non dopé. Une analyse détaillée de la dynamique de focalisation a notamment permis de former des solitons spatiaux dénommés " pyrolitons ". Ces solitons brillants permettent d'induire des guides circulaires à faibles pertes qui restent mémorisés sur de longues périodes dans le matériau. Par ailleurs, des solitons de surface se propageant à l'interface air/LiNbO³ ont également été observés grâce à cet effet non linéaire contrôlé par la pyroélectricité. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par un modèle numérique 3-D qui prend en compte la dynamique de l'effet photoréfractif. La non linéarité optique commandée en température révélée dans ce travail peut faciliter la mise en évidence de nouveaux concepts. En outre, la technique de photo-inscription associée ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de circuits optiques 3-D dans le LiNbO³, matériau de référence pour la photonique.

La propagation de lumière dans un réseau de guides s'effectue par couplages successifs et diffère ainsi fortement de la propagation en milieu libre. De plus, il existe, entre le formalisme du couplage optique décrivant cette propagation, de grandes similarités avec l'équation de Schrödinger. Nous utilisons ces similarités pour réaliser, dans des structures optiques composées de guides d'ondes, des analogies à des phénomènes quantiques. Les guides d'ondes sont analogues à des niveaux discrets d'énergie tandis que les constantes de couplage entre les guides sont analogues aux fréquences de Rabi des pulses laser couplant ces niveaux d'énergie. Pour la démonstration de ces analogies riches d'enseignement et potentiellement attractives pour des applications, il est intéressant de pouvoir disposer de structures optiques polyvalentes pouvant être reconfigurées. Notre approche est basée sur la réalisation de ces structures par la technique d'illumination latérale développée au laboratoire. Contrairement à la majorité des techniques d'inscriptions classiques (CVD, échange d'ions, inscription par laser femtoseconde, etc.) qui conduisent à des structures fixes et très difficilement modifiables, cette technique donne des structures reconfigurables. Elle consiste en l'éclairement contrôlé d'un cristal photoréfractif soumis à un champ électrique, permettant d'inscrire des guides grâce à la photo-conductivité du matériau et à l'effet Pockels. Dès lors, nous montrons qu'il est possible de réaliser au sein du même cristal, différentes structures de réseaux de guides, de design, périodicités et contrastes d'indice différents. Nous mettons ensuite à profit ces différents résultats pour la démonstration d'analogies à des effets quantiques. En premier lieu nous démontrons un transfert adiabatique de lumière similaire au phénomène de STIRAP ("STImulated Raman Adiabatic Passage"). La lumière, couplée à l'entrée dans un guide, est transférée à un guide de sortie éloigné, à travers plusieurs guides intermédiaires (jusqu'à neuf ) si les constantes de couplage sont modulées longitudinalement dans un ordre dit "contre-intuitif". Nous utilisons ensuite ce transfert adiabatique de lumière pour la réalisation d'un diviseur de faisceau multi-ports, dont les ratios d'intensité dans les ports de sorties sont déterminés par le rapport des constantes de couplage de la structure. Nous démontrons également que ce diviseur de faisceau est très robuste et très largement achromatique sur plus de 200 nm. Puis, nous réalisons une analogie au phénomène d'EIT ("Electromagnetically Induced Transparency") dans une structure optique composée de trois guides. La présence d'un troisième guide très proche du deuxième empêche tout transfert de lumière depuis le premier guide qui devient alors "transparent". Enfin, en créant un désaccord dans les constantes de propagation longitudinale des trois guides, le transfert de lumière peut être réactivé pour deux valeurs particulières du désaccord, similairement à l'effet quantique Autler-Townes.

Il y a un besoin de nouvelles technologies photovoltaïques avec une efficacité de conversion lumière-électricité augmentée, qui puissent être des alternatives aux dispositifs plus traditionnels d’efficacité limitée et couteux à base de jonctions p-n. Dans ce contexte, la recherche sur les pérovskites ferroélectriques inorganiques ouvre des possibilités pour le développement de nouvelles approches pour augmenter l’efficacité, par exemple grâce à leur aptitude à séparer les charges électriques photoexcitées par le champ électrique intrinsèque (associé à leur polarisation) qui existe dans chaque maille élémentaire de ces matériaux. Pour profiter de cet avantage, un matériau doit posséder plusieurs propriétés comme la ferroélectricité, une bande interdite d’énergie relativement petite pour pouvoir absorber la lumière et une mobilité des porteurs de charges élevée. Ici, on a synthétisé et étudié des solutions solides Ba(Sn,Ti)O3, qui ont comme composants parents un ferroélectrique BaTiO3 et un paraélectrique BaSnO3. Les transitions de phases cristallographiques et la modification des états des dipôles sont caractérisées par les méthodes de diffraction et la spectroscopie diélectrique. La spectrométrie des photoélectrons X montre une corrélation entre l’évolution non-linéaire de la bande interdite pour les différentes compositions et entre l’évolution des charges locales dynamiques. Les propriétés optiques en température sont dominées par l’arrangement des dipôles dans les compositions ferroélectriques. Pour les autres compositions les propriétés sont plutôt guidées par les défauts. Il a été possible de déterminer les températures critiques des différents mécanismes à partir des caractérisations optiques. Dans ce système Ba(Sn,Ti)O3, les propriétés optiques et le photocourant sont fortement reliés à la structure locale particulière et la nature de la liaison chimique, comme nous avons mis en évidence par la spectroscopie Raman et la spectrophotométrie photoélectronique X. / There is an active search for new photovoltaic technologies with improved efficiency, since the traditional p-n junctions have either the limited efficiency or the increased cost. The research on inorganic ferroelectric perovskites offers opportunities to develop new approaches and increase photovoltaic efficiency, for instance due to capability of these materials to more efficiently separate the photoexcited charges due to the existence of an internal electric field within their unit cell. To profit from this advantage, the material must combine properties like ferroelectricity, relatively small band gap and high charge mobility. In this work, we have synthesized and studied compounds from Ba(Sn,Ti)O3 solid solution, having as end members ferroelectric BaTiO3 and paraelectric BaSnO3. Crystallographic phase transitions and changes of the polar states were characterized by diffraction techniques and dielectric spectroscopy. The non-linear evolution of the band gap for different compounds has been correlated to arise from evolution of the local dynamic charge existing in these compounds, as deduced from X-ray photoelectron spectroscopy. The temperature-dependent optical properties are dominated by polar order in ferroelectric compositions, while for the other compositions the defect-related mechanisms prevail. The critical temperatures for different mechanisms can be determined from optical characterization. In these compounds, the optical properties and photocurrent are strongly related to particularities of the local structure and chemical bonding deduced from Raman and X-ray photoelectron spectroscopies.

Semiconductor surfaces coupled to molecular structures derived from organic chemistry form the basis of an emerging class of field-effect devices. In addition to molecular electronics research, these interfaces are developed for a variety of sensor applications in the electronic and optical domains. Of practical interest are self-assembled monolayers (SAMs) comprised of n-alkanethiols [HS(CH[subscript 2])[subscript n]R], which couple to the GaAs(001) surface through S-GaAs covalent bond formation. These SAMs offer potential functionality in terms of the requisite sensor chemistry and the passivation effect such coupling is known to afford. In this thesis, the SAM-GaAs interface is investigated in the context of a photonic biosensor based on photoluminescence (PL) variation. The scope of the work is categorized into three parts: i) the structural and compositional analysis of the surface using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ii) the investigation of electronic properties at the interface under equilibrium conditions using infrared (IR) spectroscopy, the Kelvin probe method, and XPS, and iii) the analysis of the electro-optic response under steady-state photonic excitation, specifically, the surface photovoltage (SPV) and PL intensity. Using a partial overlayer model of angle-resolved XPS spectra in which the component assignments are shown to be quantitatively valid, the coverage fraction of methyl-terminated SAMs is shown to exceed 90%. Notable among the findings are a low-oxide, Ga-rich surface with elemental As present in sub-monolayer quantities consistent with theoretical surface morphologies. Modal analysis of transmission IR spectra show that the SAM molecular order is sufficient to support a Beer-Lambert determination of the IR optical constants, which yields the observation of a SAM-specific absorbance enhancement. By correlation of the IR absorbance with the SAM dipole layer potential, the enhancement mechanism is attributed to the vibrational moments added by the electronic polarizability in the static field of the SAM. Lastly, the surface Fermi level position is determined by XPS and is used to interpret SPV results in terms of a thiol-induced reduction of the surface cross-section for minority carrier-capture. Numerical analysis confirms this result based on the carrier transport theory of PL intensity by means of a reduction of the surface recombination velocity.

L'acoustique picoseconde est un outil adapte a la mesure des proprietes mecaniques des films minces. la generation et la detection de phonons acoustiques de frequences voisines du thz sont effectuees a l'aide d'impulsions laser ultracourtes delivrees par des lasers femtosecondes. a cause de l'isotropie des transducteurs, les ondes acoustiques transverses ne peuvent etre thermo-elastiquement excitees que par conversion de mode d'ondes acoustiques longitudinales. ce travail propose comme alternative l'utilisation d'un reseau optique comme source d'excitation laser inhomogene pour generer et detecter des phonons plans transverses dans des materiaux isotropes. une etude theorique a montre que l'application d'un reseau optique transitoire a l'interface entre des materiaux isotropes induit l'excitation de reseaux acoustiques transverses par conversion de mode d'ondes acoustiques longitudinales en incidence oblique par rapport a l'interface. ces ondes sont inhomogenes car elles ont leur amplitude harmoniquement modulee selon l'interface. nous avons montre que la detection selective et heterodyne de ces ondes de cisaillement n'est possible que dans la configuration ou un reseau pompe 1d et sonde 2d sont associes. cela permet la depolarisation a travers l'interaction acousto-optique, de la sonde incidente par le reseau acoustique transverse. cela a ete realise en mettant le reseau sonde dans le plan perpendiculaire a celui de la pompe. de plus, l'adaptation et la mise en œuvre de methodes optiques de haute sensibilite, en particulier la polarimetrie et l'ellipsometrie nous ont permis d'evaluer et d'optimiser la sensibilite de la detection de ces ondes acoustiques transverses.

Les réacteurs à lit fluidisé (FBR) constituent la seule technologie viable sur le plan commercial pour la production de polyéthylène en phase gaz, car la polymérisation est hautement exothermique et le FBR est le seul type de réacteur en phase gaz offrant des possibilités suffisantes de transfert de chaleur. La nature hautement exothermique de cette polymérisation pose effectivement de nombreux problèmes pour le fonctionnement en phase gaz et peut limiter la production de certains procédés. Au cours des dernières années, les procédés en lit fluidisé ont été améliorés par de nouvelles technologies. En particulier, l'ajout d'hydrocarbures inertes (généralement liquides) permet d'augmenter la quantité de chaleur évacuée du réacteur. Ces composés augmentent la capacité calorifique de la phase gazeuse et, s’ils sont injectés sous forme liquide, s’évaporent également et absorbent ainsi encore plus efficacement la chaleur du milieu réactionnel. C’est ce qu’on appelle le fonctionnement en mode condensé. On y utilise des composés qui peuvent être liquéfiés dans le condenseur de recyclage et qui sont appelés agents de condensation induits (en anglais : Induced Condensing Agents - ICA). L’utilisation de l’ICA est extrêmement importante d'un point de vue industriel. L’injection d’ICA peut avoir de nombreux effets physiques différents au niveau des particules de polymère en croissance. Par exemple, l’ajout de ces composés peut entraîner des modifications de la solubilité et d’autres propriétés physiques, ce qui peut faciliter le transport de l’éthylène et de l’hydrogène vers les sites actifs des catalyseurs. Il est donc très important que les phénomènes physiques liés à l'équilibre de sorption entre la phase gaz et la phase polymère du ou des monomères et d'autres espèces, ainsi que leur diffusion dans la matrice polymère au niveau des sites actifs, soient pris en compte. En plus d'avoir un effet sur la cinétique, ces phénomènes peuvent également impacter la structure des molécules de polymère et par conséquent changer les caractéristiques du polymère. Identifier le comportement de ces phénomènes dans les conditions de la procédé et les variables de contrôle du rapport hydrogène / éthylène et du rapport comonomère / éthylène avec l'ICA sont les objectifs centraux de cette étude. Une série d’homo- et co-polymérisations d’éthylène en phase gazeuse a été réalisée en utilisant un catalyseur commercial Ziegler-Natta en présence de l’ICA (propane, n pentane et n-hexane). Nous avons étudié l’effet des températures, de la pression partielle de l’ICA, de l'hydrogène et des comonomères sur le comportement de la polymérisation. Il a été constaté que l’ajout de l’ICA augmentait significativement la vitesse de réaction ainsi que les poids moléculaires moyens à une température donnée. De manière inattendue, il a également été observé que l’augmentation de la température du réacteur en présence d’ICA entraînait en réalité une diminution de la vitesse de réaction globale. Ces résultats ont été attribués à l’effet de cosolubilité. Dans les réactions en présence de différentes concentrations en hydrogène, pour un rapport ICA/C2 beaucoup plus grand que le rapport H2/C2, l'effet de l’ICA sur la solubilité de l’éthylène peut compenser la diminution en taille des molécules provoquée par la présence d’hydrogène. L’impact de l’ICA sur les taux de réaction de copolymérisation est plus prononcé aux stades initiaux, perdant de son efficacité en raison de l'effet de comonomère. Enfin, une évaluation de la cinétique de cristallisation dans des conditions isothermes pour des mélanges de différentes concentrations ICA: HDPE a montré que le temps de cristallisation est significativement plus long pour les systèmes riches en ICA que pour les polymères secs / Fluidized bed reactors (FBR) are the only commercially viable technology for the production of polyethylene in the gas phase since the polymerization is highly exothermic and the FBR is the only type of gas phase reactor that offers adequate possibilities of heat transfer. The highly exothermic nature of this polymerization effectively poses many problems for gas phase operation and can limit the production of a certain process. However, in recent years the fluidized bed processes have been improved with new technologies. In particular, the addition of inert (usually liquefied) hydrocarbons allows one to increase the amount of heat removed from the reactor. These compounds increase the heat capacity of the gas phase and, if injected in liquid form, also evaporate and thus absorb even more heat from the reaction medium efficiently. This is known as a condensed mode operation. In it, one uses compounds that can be liquefied in the recycle condenser, and which are called Induced Condensing Agents (ICA). The use of ICA is extremely important from an industrial point of view. The injection of ICA can have many different physical effects at the level of the growing polymer particles. For instance, adding these compounds can cause changes in solubility and other physical properties, which can facilitate the transport of ethylene and hydrogen to the active sites of the catalysts. It is thus very important that the physical phenomena related to the sorption equilibrium of the monomer(s) and other species from the gas phase to the polymer phase, and their diffusion on the polymer matrix at the active sites should be accounted for. In addition to having an effect on the kinetics, these phenomena can also impact the structure of the polymer molecules and consequently qualify the characteristics of the polymer. Identifying the behavior of these phenomena under process conditions and control variables of the hydrogen/ethylene ratio and the comonomer/ethylene ratio with ICA are central objectives of this study. A series of ethylene homo- and co-polymerizations in the gas phase were carried out using a commercial Ziegler-Natta catalyst in the presence of ICA (propane, n-pentane, and n-hexane). We investigated the effect of temperatures, the partial pressure of ICA, hydrogen, and comonomers on the behavior of the polymerization. It was found that adding ICA significantly increased the reaction rate and average molecular weights at a given temperature. It was also unexpectedly observed that increasing the reactor temperature in the presence of an ICA actually led to a decrease in the overall reaction rate. These results were attributed to the socalled cosolubility effect. In reactions in the presence of different hydrogen concentrations, for an ICA/C2 ratio much larger than the H2/C2 ratio, the effect of ICA on ethylene solubility can counteract the decrease in average molecular weight caused by the presence of hydrogen. The impact of ICA on the rates of copolymerization reactions is more pronounced in the initial stages, losing strength due to the effect of the comonomer. Finally, an evaluation of the kinetics of crystallization under isothermal conditions for mixtures of different ICA:HDPE concentrations showed that the crystallization time is significantly higher for systems rich in ICA than for dry polymer