L’eau tensile est de l’eau liquide métastable qui persiste dans le champ de stabilité de lavapeur à pression négative, sa durée de vie est finie. Des états de traction de l’eau jusqu’à -1400 baront été mesurés de façon spécifique dans des micro-inclusions intracristallines. La nucléation devapeur (Tn) marque le retour à l’équilibre. Les effets destructeurs liés à la rupture d’états transitoiresd’eau tensile sont observés dans le milieu naturel : explosions phréato-magmatiques, geysers.Modéliser la cinétique de l’eau métastable est fondamental pour gérer les risques qui lui sontassociés. Des inclusions fluides synthétiques (IF) de composition et de densité connues, piégées dansdu quartz, ont été placées dans le champ métastable par refroidissement isochore et leurs gammesde métastabilité ont été mesurées. On montre que la traction maximale de l’eau dans chaque IFdépend de son volume et de sa forme, de la méthode de synthèse de l’IF, de la chimie des solutionsoccluses. Des expériences de durée de vie ont été ensuite réalisées sur des IF placées de 0,5° à10°C au-dessus de leurs Tn. Les 8 IF choisies rende nt compte de la diversité des formes, desvolumes, des densités et gammes de traction observées. Les résultats montrent que la durée de viede l’eau tensile en IF est d’autant plus courte que la traction de l’eau est plus forte. Une loiempirique est proposée qui permet de calculer la durée de vie de la métastabilité pour chaque IF deTn et volume fixés. Par ailleurs, nos données peuvent être rendues compatibles avec la ThéorieClassique de la Nucléation. Nos résultats montrent que l’eau dans les réservoirs poreux naturels peutrester métastable pendant des durées géologiques et ainsi, contrôler les interactions fluides-rochesdans la croûte. / Stretched (tensile) liquid water is a metastable liquid which persists at negative pressures inthe stability field of vapour. The lifetime of metastability is limited. Tensions down to - 1400 bar havebeen specifically measured in aqueous inclusions inside quartz monocrystals. Vapour nucleation (Tn)marks the end of metastability. The destructive effects related to vapour nucleation in transientlytensile fluids are observed in nature: phreato-magmatic explosions, geysers. Modelling the kinetics oftensile water is critical in order to control the risks associated to metastable liquids. Quartz-hostedsynthetic fluid inclusions (FI) with known densities and chemistries have been placed into themetastable tensile field by isochoric cooling and their Tn have been measured. We show that thetensile strength of water in individual FI depends on the FI volume and shape, the method used tosynthetize the FI and the fluid chemistry. Experiments on metastability lifetimes have been performedby placing FI at temperatures 0.5° to 10°C above th eir Tn. Eigth FI were chosen that encompass thediversity of FI volumes, shapes, densities, fluid chemistries and tensile strengths. Our results showthat tensile water lifetimes are all the shorter as the trapped water is more stretched. An empiricalkinetic law is proposed that allows the lifetimes of tensile water in FI to be calculated as a function ofthe FI volume and Tn. Our data can also be reconciled with the Classical Nucleation Theory. Our datafinally show that water in natural porous reservoirs can remain stretched for geologically-relevanttimescales. Tensile water can therefore control fluid-rock interactions in the continental crust.

La thématique abordée dans cette thèse relève de la manipulation d’un jet d’atomes d’argon métastables (Ar* ³P2) dans différentes configurations. Premièrement, je présente l’échange de métastabilité entre un atome au fondamental et un atome excité à de faibles énergies de centre de masse (entre 4 et 9 meV). Je propose également l’interprétation théorique par une approche semi-classique (approximation JWKB) qui se révèle validée, dans ce domaine d’énergies, en comparaison avec la résolution exacte de l’équation de Schrödinger radiale mettant en jeu les potentiels concernés par la collision. Les sections efficaces absolues d’échanges, déduites d’une analyse en temps de vol du signal métastable, permettent de réaliser une comparaison sans biais avec les prédictions théoriques. Les caractéristiques d’un jet ralenti par effet Zeeman sont dégradées par le processus de ralentissement et le rende difficilement utilisable en deçà de quelques dizaines de mètres par seconde. C’est pourquoi, dans un deuxième temps, je présente la réalisation d’un jet lent original, issu d’un piège magnéto-optique et présentant des caractéristiques remarquables. La vitesse est accordable entre 10 et 100 m/s, la dispersion de vitesse relative est très faible (6 % à 20 m/s) et le flux est conséquent (10⁹ Ar*/s/sr), pour une ouverture angulaire standard (35 mrad FWHM). Ce nouveau dispositif permet de présenter certaines questions d’interférométrie et d’optique atomique telles que les interactions atome-surface de type van der Waals et l’étude de potentiels comobiles ainsi que leurs applications dans la réalisation de milieux d’indice négatif ou de ralentisseurs. / The topic of this thesis concerns the manipulation of a metastable argon (Ar* ³p2) atomic beam in different configurations. Firstly, I present the metastability exchange between an atom in fundamental state and an excited atom at low center of mass energy (between 4 and 9 meV). I also propose theoretical interpretation by a semi-classical approach (JWKB approximation) which is validated, in this field of energies, compared to the exact solution of the Schrödinger radial equation with potentials involved in collision. The absolute exchange cross-sections, derived from a time of flight analysis of metastable signal, enable an unbiased comparison with theoretical predictions. The characteristics of a Zeeman slowedbeam are degraded by the process of slowing down and makes it difficult to use below a few tens of meters per second. Secondly, I present the realization of an original slow beam from a magneto-optical trap and having outstanding features. The atomic velocity is tunable between 10 and 100 m/s, the relative velocity dispersion is very low (6 % at 20 m/s) and the flow is substantial, (4.7×108 Ar*/s/sr), for a standard angular aperture (35 mrad FWHM). This new device can present some issues in atomic interferometry and atomic optics such as van der Waals atom-surface interactions or study co-moving potentials and their applications in negative-index media for matter wave or slowers.

L'eau tensile est de l'eau liquide métastable qui persiste dans le champ de stabilité de lavapeur à pression négative, sa durée de vie est finie. Des états de traction de l'eau jusqu'à -1400 baront été mesurés de façon spécifique dans des micro-inclusions intracristallines. La nucléation devapeur (Tn) marque le retour à l'équilibre. Les effets destructeurs liés à la rupture d'états transitoiresd'eau tensile sont observés dans le milieu naturel : explosions phréato-magmatiques, geysers.Modéliser la cinétique de l'eau métastable est fondamental pour gérer les risques qui lui sontassociés. Des inclusions fluides synthétiques (IF) de composition et de densité connues, piégées dansdu quartz, ont été placées dans le champ métastable par refroidissement isochore et leurs gammesde métastabilité ont été mesurées. On montre que la traction maximale de l'eau dans chaque IFdépend de son volume et de sa forme, de la méthode de synthèse de l'IF, de la chimie des solutionsoccluses. Des expériences de durée de vie ont été ensuite réalisées sur des IF placées de 0,5° à10°C au-dessus de leurs Tn. Les 8 IF choisies rende nt compte de la diversité des formes, desvolumes, des densités et gammes de traction observées. Les résultats montrent que la durée de viede l'eau tensile en IF est d'autant plus courte que la traction de l'eau est plus forte. Une loiempirique est proposée qui permet de calculer la durée de vie de la métastabilité pour chaque IF deTn et volume fixés. Par ailleurs, nos données peuvent être rendues compatibles avec la ThéorieClassique de la Nucléation. Nos résultats montrent que l'eau dans les réservoirs poreux naturels peutrester métastable pendant des durées géologiques et ainsi, contrôler les interactions fluides-rochesdans la croûte.

L’objet de cette étude est la tenue en fatigue de la tige coulissante d’une jambe de train d’atterrissage fabriquée par SAFRAN Landing Systems. L’alliage utilisé pour réaliser cette pièce forgée est la nuance de titane haute performance Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553). Pour assurer les meilleures caractéristiques en service, ces pièces subissent différents traitements mécaniques dont un grenaillage qui améliore la tenue mécaniques du matériau en proche surface. L’homogénéité du grenaillage dépend de la géométrie de la pièce. La connaissance des contraintes résiduelles résultant de ce traitement est un paramètre important qui influence la durée de vie en fatigue. La microstructure biphasée du matériau rend les estimations de contraintes difficiles sur ce matériau. Un protocole complet d’analyse de contraintes par diffraction des rayons-X a été mis en place et validé par test in-situ. Il a ensuite permis d’obtenir des estimations quantitatives de contraintes résiduelles sur les éprouvettes testées dans ce travail. L’alliage Ti5553 a la particularité de présenter une très haute limite élastique pour une tenacité plus faible. Les pièces actuelles sont dimensionnées par leur résistance à l’amorçage sans défaut de surface. Pour exploiter au mieux les performances de cet alliage, il faut affiner la connaissance du processus d’amorçage en présence de défauts. Plusieurs types d’analyses et essais ont été réalisés (comportement élasto-plastique, étude de l’amorçage et de la propagation de fissure). En particulier, des essais sont effectués sur des éprouvettes présentant des faces et des coins avec des rayures usinées ou des indentations. L’influence de ces défauts sur la durée de vie en fatigue est analysée en fonction de leur type, de leur taille et du grenaillage. / The prediction of the fatigue life of sliders made by SAFRAN Landing Systems is the goal of this work. To manufacture big forged parts, high performance Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) alloy is used.To ensure the in-service life, various mechanical treatments are carried out. Shot-peening at the end of the process is of prime importance in order to improve the mechanical performance. The knowledge of residual stresses resulting from this treatment is necessary to understand fatigue results for all part location. The two-phase microstructure of the alloy makes stress analyses difficult. A complete protocol to analyse stresses by X-ray diffraction has been developed and validated through in-situ test. The Ti5553 alloy exhibits high yield stress coupled with weaker toughness. Lifing of parts made of Ti5553 is currently carried out with no specific account of surface defects. To improve the knowledge of initiation processes in this alloy in the presence of defects, various tests have been carried out (elasto-plastic behavior, crack initiation and propagation studies). Tests are carried out on coupons with faces and edges with calibrated defects (i.e., machined scratches and indents). The influence of such defects on the fatigue lifetime are studied in terms of type, size and shot-peening level.

Nous étudions la photoassociation dans un gaz d'hélium métastable 4He(23S1) ultrafroid piégé magnétiquement : des paires d'atomes en collision interagissent avec un ou deux champs laser pour former des molécules à purement longue portée 4He2(23S1-23P0), ou longue portée 4He2(23S1-23S1).<br />Des décalages lumineux dans la spectroscopie à un photon sont observés, et étudiés en fonction de l'intensité et la polarisation du laser de photoassociation, ainsi que l'état vibrationnel de la molécule photoassociée. Ils sont le résultat du couplage lumineux entre la molécule excitée et le continuum d'états de diffusion et les états liés de l'interaction entre deux atomes métastables. Leur analyse quantitative permet de déterminer la longueur de diffusion a=7.2 ± 0.6 nm caractéristique des collisions entre atomes métastables polarisés.<br />La photoassociation à deux photons est utilisée pour mettre en évidence des molécules 4He2(23S1-23S1) polarisées et de forte élongation. Celles-ci sont qualifiées d'exotiques, puisqu'elles sont constituées de deux atomes métastables, portant chacun une énergie interne de 20 eV suffisante pour ioniser l'autre. Les formes de raies obtenues par cette spectroscopie sont calculées et décomposées en sommes et produits en profils de Breit-Wigner et de Fano associés à des processus à un et deux photons. Leur ajustement aux données expérimentales permet de déterminer la durée de vie intrinsèque de la molécule tau=1.4±0.3 ms. Nous tentons d'interpréter cette durée de vie en terme d'autoionisation Penning induite par relaxation de spin. Nous montrons que cette hypothèse implique qu'il y ait un état quasi-lié proche de dissociation dans le potentiel d'interaction singulet entre atomes métastables pour rendre compte des expériences.

Cette thèse de doctorat s’intéresse aux écoulements diphasiques métastables typiques de certains transitoires accidentels qui pourraient intervenir dans les centrales nucléaires. Ces phénomènes sont difficiles à traiter en raison de la complexité topologique de l’écoulement, des transferts entre phases et du couplage fort entre les caractéristiques thermodynamiques et les aspects mathématiques.Les méthodes aujourd’hui en usage dans l’industrie ne décrivent pas complétement la complexité de ces écoulements car elles s’appuient sur des modèles trop simples. En fait ces méthodes ne prennent pas en compte le déséquilibre thermo-chimique entre l’eau liquide et sa vapeur. Par ailleurs, les méthodes hyperboliques proposées récemment dans la littérature pour la simulation des écoulements métastables ne peuvent pas être appliquées dans l’industrie car elles utilisent des lois d’état simples qui ne sont pas adaptées pour les calculs industriels.Le but de cette thèse est de développer une nouvelle approche qui couple les méthodes hyperboliques modernes à des équations d’état précises. Le produit final de ce travail est un nouveau modèle pour l’analyse industrielle des écoulements diphasiques métastables qui associe de nouvelles techniques pour le calcul des transferts interfaciaux et des propriétés de l’eau et de sa vapeur. De plus, cette approche est d’un coût abordable pour les configurations industrielles.Les méthodes développées dans cette thèse ont été systématiquement vérifiées avec des solutions exactes et validées en utilisant des données expérimentales de la littérature. / This Ph.D. thesis deals with the metastable two-phase flows typical of accidental transients that could occur in nuclear power plants. Those phenomena are of difficult treatment due to the topological difficulty of the flow, the interphase transfers and the strong coupling between thermodynamic features and mathematical aspects.The methods today in use in industry do not fully describe the complexity of these flows because based on too simple models. In fact, they do not take into account the thermo-chemical disequilibrium between liquid and vapor water. On the other hand, the hyperbolic methods recently proposed in the literature for the simulation of metastable flows can not be used in the industry because based on simple equations of state that are not adequate for industrial calculations.The purpose of this Ph.D. thesis is to develop a new approach that couples the modern hyperbolic methods to accurate equations of state. The final product of this work is a new model for the industrial analysis of metastable two-phase flows that incorporates novel techniques for the calculation of interfacial transfers and of steam-water properties. Moreover, it is computationally affordable for its use in industrial configurations.The methods developed in this thesis have been sistematically verified against exact solutions and validated using experimental data of the literature.

Le travail consiste en l'optimisation de la microstructure d'un alliage usuel TA6V par obtention de phases métastables. Ces nouvelles microstructures, obtenues par traitements thermiques, permettent d'améliorer la tenue mécanique (statique et en fatigue) de l'alliage sans pour autant changer la biocompatibilité. / This PhD aims at optimizing the microstructure of the usual TA6V alloy by using metastable phases. These new microstructures, obtained by thermal treatments, permit to improve the mechanical strength (static but also the fatigue ones) without modifying the biocompatibility.

Despite of their costs, titanium alloys are often used for structural applications due to their high performance to density ratio that allows the manufacturers to reach the aimed mechanical properties. Users are more and more inclined to turn towards the ƓÒ-metastable alloys since they provide a wider range of processing conditions, very attractive corrosion resistance and higher strength levels in comparison to the ƓÑƓyƓÒ alloys. Nevertheless, these alloys present a high sensitivity to the variation in the applied heat- or thermomechanical treatment influencing the final mechanical properties. That is why the understanding of the relationships existing between these heat- or thermomechanical treatments and the corresponding modifications of the microstructures, as well as the influence of several characteristics of the microstructure on the mechanical properties under static and cycling loading conditions is of primary importance. This research allows to characterise and to better understand the precipitation and growth sequences of the ƓÑ phase in the Ti-LCB alloy during classical heat- and thermomechanical treatments in order to be able to predict the microstructure resulting from a defined treatment. Furthermore, to improve the understanding of the relationships existing between the manufacturing process, the corresponding microstructures modifications, and the mechanical properties, tensile tests are performed on the different microstructures and microstructural parameters playing an important role on the static properties are identified. Microstructural features governing the static fracture process in two different microstructures are determined by using a micromechanical model based on a physical understanding of the mechanisms of damage. Finally, the crack initiation and the first stage of crack propagation under high cycle fatigue conditions are investigated at a local scale on two different microstructures.

Despite of their costs, titanium alloys are often used for structural applications due to their high performance to density ratio that allows the manufacturers to reach the aimed mechanical properties. Users are more and more inclined to turn towards the ƓÒ-metastable alloys since they provide a wider range of processing conditions, very attractive corrosion resistance and higher strength levels in comparison to the ƓÑƓyƓÒ alloys. Nevertheless, these alloys present a high sensitivity to the variation in the applied heat- or thermomechanical treatment influencing the final mechanical properties. That is why the understanding of the relationships existing between these heat- or thermomechanical treatments and the corresponding modifications of the microstructures, as well as the influence of several characteristics of the microstructure on the mechanical properties under static and cycling loading conditions is of primary importance. This research allows to characterise and to better understand the precipitation and growth sequences of the ƓÑ phase in the Ti-LCB alloy during classical heat- and thermomechanical treatments in order to be able to predict the microstructure resulting from a defined treatment. Furthermore, to improve the understanding of the relationships existing between the manufacturing process, the corresponding microstructures modifications, and the mechanical properties, tensile tests are performed on the different microstructures and microstructural parameters playing an important role on the static properties are identified. Microstructural features governing the static fracture process in two different microstructures are determined by using a micromechanical model based on a physical understanding of the mechanisms of damage. Finally, the crack initiation and the first stage of crack propagation under high cycle fatigue conditions are investigated at a local scale on two different microstructures.

L'eau tensile est de l'eau liquide métastable qui persiste dans le champ de stabilité de la vapeur à pression négative, sa durée de vie est finie. Des états de traction de l'eau jusqu'à -1400 bar ont été mesurés de façon spécifique dans des micro-inclusions intracristallines. La nucléation de vapeur (Tn) marque le retour à l'équilibre. Les effets destructeurs liés à la rupture d'états transitoires d'eau tensile sont observés dans le milieu naturel : explosions phréato-magmatiques, geysers. Modéliser la cinétique de l'eau métastable est fondamental pour gérer les risques qui lui sont associés. Des inclusions fluides synthétiques (IF) de composition et de densité connues, piégées dans du quartz, ont été placées dans le champ métastable par refroidissement isochore et leurs gammes de métastabilité ont été mesurées. On montre que la traction maximale de l'eau dans chaque IF dépend de son volume et de sa forme, de la méthode de synthèse de l'IF, de la chimie des solutions occluses. Des expériences de durée de vie ont été ensuite réalisées sur des IF placées de 0,5° à 10°C au-dessus de leurs Tn. Les 8 IF choisies rende nt compte de la diversité des formes, des volumes, des densités et gammes de traction observées. Les résultats montrent que la durée de vie de l'eau tensile en IF est d'autant plus courte que la traction de l'eau est plus forte. Une loi empirique est proposée qui permet de calculer la durée de vie de la métastabilité pour chaque IF de Tn et volume fixés. Par ailleurs, nos données peuvent être rendues compatibles avec la Théorie Classique de la Nucléation. Nos résultats montrent que l'eau dans les réservoirs poreux naturels peut rester métastable pendant des durées géologiques et ainsi, contrôler les interactions fluides-roches dans la croûte.