Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La modélisation des processus à l'équilibre et hors de l'équilibre observés expérimentalement dans les composés à transition de spin est indispensable à la compréhension des mécanismes de transition existants chez ces matériaux bistables, très prometteurs pour de futures applications dans le stockage informatique. Les mesures suivant le changement d'état moléculaire (magnétiques, optiques) ont été reproduites avec succès à l'aide de diverses modèles, en particulier les modèles de type Ising. En revanche, le changement de phase structurale, observé par diffraction des rayons X ou neutrons, accompagnant le changement d'état de spin, ne peut être simulé avec ces modèles. L'objectif de ce travail est de réconcilier les deux types de mesures : magnétiques, optiques et la diffraction. Un nouveau modèle de spin a dû être introduit, dans lequel sont pris en compte de manière explicite les variables de réseau. Le modèle a été étudié analytiquement dans le cas unidimensionnel et numériquement dans le cas bidimensionnel par simulation Monte Carlo des processus à l’équilibre et hors équilibre. Le modèle retrouve d’une part les résultats des modèles de type Ising et d’autre part la contraction ou la dilatation du réseau à la transition de spin. Afin de comparer avec les mesures de diffraction, la mise en conditions expérimentales a été simulée à l'aide du modèle anharmonique couplé avec un programme (DISCUS) pour calculer l'intensité diffractée. Les clichés de diffraction ont été reproduits avec succès dans les différents cas observés expérimentalement. Les conditions d'apparition de la coexistence des pics de Bragg HS et BS sont analysées. La notion de "domaines de spin" est alors complétée par l'introduction "des domaines de spin moléculaires" (clusters de molécules) et "des domaines de spin structuraux". / Modelisation of Equilibrium and non equilibrium processes experimentally observed in spin crossover compounds is essential for a better understanding of mechanisms of the transition existing in those bistable solids which are good candidates for future industrial applications in computing data storage. Measurements following the molecular spin state change (magnetic, optical…) have been successfully reproduced, using various models, in particular Ising-like models. However, structural phase changes, occurring during the spin state change and only accessible with X-ray or neutron diffraction experiments, can’t be reproduce with Ising-like models. The aim of this work is to interpret both kinds of measures: magnetic and diffraction. We have also introduced a new microscopic spin model in which lattice degrees of freedom have been explicitly taken into account. This anharmonic model has been solved analytically in the one dimensional case and numerically in higher dimensions using Monte Carlo simulation of equilibrium and non equilibrium processes. This model retrieves most of results or Ising-like models and simulates lattice expansion or contraction during the spin transition. We have coupled this anharmonic model with a soft called DISCUS, in order to simulate diffraction experimental conditions and to calculate the intensity diffracted by the lattice. Diffraction patterns have been reproduced in the different cases (thermal transition, thermal relaxation, photoexcitation…) observed experimentally. Conditions for the observation of the coexistence of HS and LS Bragg peak are discussed and analyzed. The concept of “like spin domains” (LSD) is then defined more precisely by introducing the concept of “molecular like spin domains” (MLSD) and structural like spin domains” (SLSD).

La transformation de phase influence considérablement les propriétés thermomécaniques des matériaux métastables. Elle est prise en considération dans des modèles numériques qui simule le comportement de ces derniers dans des codes de calcul et qui nécessitent des résultats expérimentaux. Ainsi, ces travaux concernent la caractérisation du comportement axial et multiaxial de deux aciers iTRIP à savoir l’acier 301L et l’acier 304L ainsi qu’un alliage à mémoire de forme à base de CuAlBe. Cette caractérisation est couplée avec un suivi de la cinétique des transformation de phase entreprise par la mesure de la résistance électrique. Le premier chapitre est une étude bibliographique des deux classes de matériaux métastables cités précédemment ainsi que du phénomène de transformation de phase et les techniques permettant sa caractérisation. Le deuxième chapitre, s’intéresse aux essais uniaxiaux thermomécaniques réalisés sur un acier iTRIP afin de valider la méthode de dosage de phase. Aussi, les essais thermomécaniques multiaxiaux réalisés sur des éprouvettes tubulaires en acier iTRIP 304L y seront présentés. Le troisième chapitre est consacré aux essais uniaxiaux réalisés sur des éprouvettes de CuAlBe ainsi qu’au dosage de phase des cas biphasé et triphasé. Aussi, la validation de l’hypothèse de linéarité entre la fraction volumique de martensite et la déformation de transformation équivalente dans le cas de chargements multiaxiaux proportionnels et non proportionnels est faite. / Phase transformation considerably influences the thermomechanical properties of metastable materials. This is reflected in the numerical model that simulates the behavior of these materials for the calculation codes and require experiments.Thus, the present work concerns the characterization of the axial and multi-axial behavior of two iTRIP steels, 301L steel and 304L steel in addition to a shape memory alloy based on CuAlBe. This characterization is coupled with monitoring of phase transformation kinetics through the measurement of the electrical resistance.The first chapter is a bibliographic study of the two classes of metastable materials mentioned above as well as the phase transformation phenomenon and its characterization techniques. The second chapter deals with uniaxial thermomechanical tests on a steel iTRIP to validate the phase assay. The multiaxial thermomechanical testing performed on specimens tubular steel 304L iTrip will be presented.The third chapter is devoted to uniaxial tests performed on CuAlBe spicemens and realization phase doping in a three-phase case. Also, the validation of the assumption of linearity between the martensite volume fraction and the equivalent transformation strain in the case of proportional and non-proportional loading is done.

Le but de cette thèse était d’étudier la dynamique de croissance par pulvérisation par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc destinées à des applications électroniques, optoélectroniques et photoniques de pointe. Dans ce contexte, nous avons mis au point plusieurs diagnostics permettant de caractériser les espèces neutres et chargées dans ce type de plasmas, notamment la sonde électrostatique, la spectroscopie optique d’émission et d’absorption, ainsi que la spectrométrie de masse. Par la suite, nous avons tenté de corréler certaines caractéristiques physiques de croissance des couches de ZnO, en particulier la vitesse de dépôt, aux propriétés fondamentales du plasma. Nos résultats ont montré que l’éjection d’atomes de Zn, In et O au cours de la pulvérisation RF magnétron de cibles de Zn, ZnO et In2O3 n’influence que très peu la densité d’ions positifs (et donc la densité d’électrons en supposant la quasi-neutralité) ainsi que la fonction de distribution en énergie des électrons (populations de basse et haute énergie). Cependant, le rapport entre la densité d’atomes d’argon métastables (3P2) sur la densité électronique décroît lorsque la densité d’atomes de Zn augmente, un effet pouvant être attribué à l’ionisation des atomes de Zn par effet Penning. De plus, dans les conditions opératoires étudiées (plasmas de basse pression, < 100 mTorr), la thermalisation des atomes pulvérisés par collisions avec les atomes en phase gazeuse demeure incomplète. Nous avons montré que l’une des conséquences de ce résultat est la présence d’ions Zn+ suprathermiques près du substrat. Finalement, nous avons corrélé la quantité d’atomes de Zn pulvérisés déterminée par spectroscopie d’émission avec la vitesse de dépôt d’une couche mince de ZnO mesurée par ellipsométrie spectroscopique. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que ce sont majoritairement les atomes de Zn (et non les espèces excitées et/ou ioniques) qui gouvernent la dynamique de croissance par pulvérisation RF magnétron des couches minces de ZnO. / The goal of this thesis was to study the growth dynamics of zinc oxide based thin films by RF magnetron sputtering plasmas for advanced electronic, optoelectronic, and photonic applications. In this context, we have developed several diagnostics to characterize neutral and charged species in such plasmas, in particular electrostatic probe, optical emission and absorption spectroscopy, as well as plasma sampling mass spectrometry. Afterward, we have tried to correlate specific physical characteristics of as-grown ZnO thin films, in particular the deposition rate, to fundamental plasma properties. Our results have shown that the ejection of Zn, In and O atoms during the RF magnetron sputtering of Zn, ZnO and In2O3 targets does not significantly influence the number density of positive ions (and thus the electron density assuming quasi-neutrality) as well as the electron energy distribution function (populations of low and high energy). However, the ratio of the number density of metastable argon atoms (3P2) to the electron density decreases with increasing concentration Zn atoms; a feature that can be ascribed to Penning ionization of RF sputtered Zn atoms. Furthermore, over the range operating conditions examined in this study (low-pressure plasmas), the thermalization of sputtered atoms by collisions with atoms in the gas phase remains incomplete. We have shown that one of the consequences of this result is the presence of suprathermic Zn+ ions near the target. Finally, we have correlated the quantity of sputtered Zn atoms determined by optical emission spectroscopy with the deposition rate of ZnO thin films measured by spectroscopic ellipsometry. This set of data lead us to the conclusion that mainly Zn atoms (and not excited and/or ionic Zn species) govern the growth dynamic of ZnO-based thin films during magnetron sputtering in argon RF plasmas.

L'adhérence cellulaire est un processus vital impliqué dans de nombreux phénomènes biologiques fondamentaux comme la diérenciation, la réparation tissulaire ou encore le développement cellulaire. Cette thèse porte sur une étude alliant expériences et modélisation de cellules uniques en adhérence sur des supports micro-structurés Les résultats montrent que la contrainte géomé- trique imposée par les supports à contraste adhésif limite l'adhérence. Au-delà de cette limitation, une organisation reproductible du cytosquelette d'actine est observée cela suggère l'existence de lois physiques simples régissant ce processus. Nous avons développé une méthode de classication des formes géométriques élémentaires observées expérimentalement nous permettant d'obtenir des statistiques robustes. En nous basant sur le modèle de Potts Cellulaire, nous avons pu reproduire les résultats expérimentaux. Ce modèle énergétique démontre que les formes élémentaires sont des états métastables utilisés par les cellules au cours de l'adhérence. Les paramètres du modèle sont reliés aux paramètres biologiques pertinents. Nous présentons des résultats qui relient la courbure des interfaces aux paramètres biologiques. Nous montrons que la mesure expérimentale de cette courbure est une représentation de la compétition entre la contractilité des bres de stress et l'élasticité du gel d'actine. Une correspondance entre les propriétés physiques issues du modèle et les processus biochimiques régulant et organisant l'adhérence cellulaire est ainsi possible.

Les alliages Al-Mg-Si-(Cu) de la série 6016 sont utilisés sous forme de tôles pour<br />la réalisation d'ouvrants dans l'industrie automobile. Leur particularité est de pouvoir<br />être durcis durant la cuisson des peintures (typiquement 30 minutes à 185°C). Ce phénomène<br />s'explique par un durcissement structural : le traitement thermique de cuisson des<br />peintures appliqué à une solution solide sursaturée active la diffusion des solutés et la précipitation<br />de phases métastables plus ou moins cohérentes avec la matrice d'aluminium<br />qui vont ralentir le mouvement des dislocations.<br />Ces différentes phases métastables ont des tailles extrêmement petites (parfois inférieures<br />à 1nm), ce qui les rend difficiles à analyser autrement qu'en sonde atomique tomographique.<br />Une attention toute particulière a été apportée au développement de nouvelles<br />techniques d'interprétation et de traitement des données afin de faire reculer les limites de<br />l'instrument.<br />Grâce à la sonde atomique, parfois couplée au microscope électronique en transmission,<br />les mécanismes de précipitation de la phase beta" ont été mieux compris. En particulier,<br />nous avons montré qu'un traitement de prérevenu à 90°C appliqué avant le revenu rendait<br />ce dernier plus efficace par la formation d'amas diffus de Mg et de Si qui augmentent la<br />densité numérique d'objets durcissants (amas +beta"). La présence d'aluminium dans les<br />précipités a été démontrée.<br />L'effet du prérevenu sur la corrélation entre les atomes durant les tout premiers stades<br />de décomposition a été étudié directement par le calcul de fonctions partielles de corrélation<br />de paires. Cette méthode a également permis de suggérer un scénario expliquant le<br />durcissement pendant le stockage à l'ambiante par la formation d'atmosphères de solutés<br />autour des dislocations, ralentissant ainsi leur mouvement.

Ce document décrit une ensemble de travaux effectué entre 1985 et 2003 dans le domaine de la spectroscopie laser des atomes. Il s'agit des mesures d'écart isotopiques (Gd, Xe), de la détermination de la constante de Rydberg, de la mesure du Lamb shift du niveau fondamental de l'hydrogène ainsi que de la violation de la parité dans le Cs. Un survol des candidats atomiques , moléculaires et ioniques susceptibles de fournir une horloge optique est suivi de la description d'un projet concernant l'atome d'argent. Cette expérience, entreprise au BNM-INM, Cnam, Paris, vise la réalisation de la seconde grâce à l'emploi d'une transition à deux photons de 661,3 nm sans effet Doppler excitée dans un échantillon d'atomes refroidis par laser. Les premières expériences réalisées avec un jet atomique thermique et des lasers à colorant sont présentées ainsi que le développement des sources laser solides adéquates.

Nous décrivons une nouvelle méthode de Chimie Douce permettant de préparer des oxydes possédant des structures ouvertes à canaux ou à feuillets par destruction à l'aide du dioxyde d'azote des ions ammoniums présents au sein de composé de départ. Un trioxyde de tungstène hexagonal a ainsi pu être préparé, permettant ensuite l'intercalation d'étain par voie organométallique.<br />La destruction des ions ammoniums a aussi mené, dans le cas de composés du cérium, à l'obtention d'oxyde de cérium finement divisé.<br />Cette méthode présente l'avantage de pouvoir être utilisée dans le cas de composés peu stables comme l'iodate d'ammonium.<br />Divers essais avec des ions alkyle-ammoniums beaucoup plus volumineux permettent aussi d'envisager l'accès à des oxydes de structures plus ouvertes.

Cette Thèse traite de la ferroélectricité magnétiquement induite dans deux pérovskites quadruples de manganèse: (LaMn3)Mn4O12 et (YMn3)Mn4O12. Tous deux possèdent une monovalence et une structure antiferromagnétique commensurable des sites B. Ces caractéristiques simples, font de ces composés métastables et stabilisés sous haute pression, des systèmes modèles pour identifier la contribution des interactions d’échange symétrique et antisymétrique à la polarisation. YMO est une nouvelle phase dans laquelle le faible rayon de l’ion Y3+ augmente la pression chimique et donc l’interaction d’échange. L’orientation magnétique des sites B à lieu 30 degrés plus haut que dans LMO, à TN,B=108 K. En revanche, nous mesurons une polarisation, P = 0.54 μC cm-2, identique dans les deux composés. Il s’agit d’une valeur record dans les ferroélectriques magnétiques. De façon inattendue, la nature de la ferroélectricité magnétique est très différente dans chaque composé. Dans LMO, la ferroélectricité apparaît à la transition magnétique des sites B, à TN,B = 78 K, mais nous ne reportons pas de brisure du centre d’inversion par diffraction de rayons X ou par spectroscopie Raman et IR. Nous tentons d’expliquer ce résultat inattendu dans le cadre de la théorie phénoménologique des ferroélectriques impropres. D’un autre côté, dans YMO, nous observons l’apparition de la ferroélectricité à T* = 70 K bien que T* ne corresponde pas à une transition magnétique. En effet, à T* nous reportons seulement une anomalie magnétique suggérant un ordre magnétique latent. La transition structurale, qui a lieu à Ts, pourrait être responsable de l’alignement des domaines ferroélectriques. / In the present Thesis, we study the large ferroelectricity induced by magnetism in two quadruple perovskite compounds: (LaMn3)Mn4O12 and (YMn3)Mn4O12, which both display single-valent properties and a commensurate C-type antiferromagnetic structure of the B-sites. These simple features offer a playground to elucidate the contribution of the symmetric and antisymmetric exchange interactions to the polarization. Both compounds are metastable and stabilized under high-pressure. YMO is a new phase, where the small Y3+ ion exerts a large chemical pressure, which is expected to enhance the exchange interaction and, thus, the spontaneous polarization. We find an ordering temperature of the B-sites, 30 K higher than in LMO. On the other hand, we surprisingly find identical values of the spontaneous polarization, P = 0.54 μC cm-2, in both compounds. It is a record value for magnetic ferroelectrics. In spite of the similarities, the nature of magnetic ferroelectricity appears to be very different in the two compounds. In LMO, ferroelectricity is induced by the magnetic ordering of B-sites, although no indication of inversion symmetry breaking is detected. We argue that this puzzling observation is consistent with prediction of domain structure in improper ferroelectrics. On the other hand, in YMO, the occurrence of ferroelectricity at T*=70 K is consistent with a polar structural modulation below Ts=200 K, however T* does not correspond to any long-range magnetic transition. Indeed, T* marks a magnetic anomaly suggesting a latent magnetic phase. We put forward the hypothesis that the above polar distortion of the crystal structure may force the alignment of polar domains.