The present manuscript deals with the statistical mechanics of some inviscid fluidmodels which are possibly relevant in the context of geophysics and astrophysics. Weinvestigate the case of axially symmetric flows, two-dimensional Boussinesq flows, andtwo-dimensional magneto-hydro fluids. Those flows can be loosely referred to as twodimensionalflows with three components ("2D3C"). In addition to the two-dimensionalvelocity field, they describe the evolution of an additional field variable, which representseither a magnetic current, a salinity, a temperature or a swirl depending on the situation.In common with the dynamics of strictly two-dimensional hydrodynamical flows, thenon-linear dynamics of 2D3C flows is constrained by the presence of an infinite numberof Casimir invariants, which emerge as dynamical invariants in the limit of a vanishingforcing and a vanishing dissipation . In common with three-dimensional flows, the vorticityis not only mixed but also stretched by the dynamics. The additional field may actas a source or a sink of kinetic energy. It is commonly believed that such flows have thepropensity to develop large scale coherent structures. Whether those long lived structuresare equilibrium or metastable structures is however not so clear, nor are the exactconditions of their emergence. The role of the Casimir invariants in constraining those isnot so obvious either.

In this thesis, research on a-Si:H Schottky diodes and a-Si:H/c-Si heterojunctions is presented with the focus on the capacitance spectroscopy and information on electronic properties that can be derived from this technique. Last years a-Si:H/c-Si heterojunctions (HJ) have received growing attention as an approach which combines wafer and thin film technologies due to their low material consumption and low temperature processing. HJ solar cells benefit from lower fabrication temperatures thus reduced costs, possibilities of large-scale deposition, better temperature coefficient and lower silicon consumption. The most recent record efficiency belongs to Panasonic with 24.7% for a cell of 100 cm² was obtained. The aim of this thesis is to provide a critical study of the capacitance spectroscopy as a technique that can provide information on both subjects: DOS in a-Si:H and band offset values in a-Si:H/c-Si heterojunctions.The first part of the manuscript is devoted to capacitance spectroscopy in a-Si:H Schottky diodes. The interest is concentrated on the simplified treatment of the temperature and frequency dependence of the capacitance that allows one to extract the density of states at the Fermi level in a-Si:H. We focus on the study of the reliability and validity of this approach applied to a-Si:H Schottky barriers with various magnitudes and shapes of the DOS. Several structures representing n-type and undoped hydrogenated amorphous silicon Schottky diodes are modeled with the help of numerical simulation softwares. We show that the reliability of the studied treatment drastically depends on the approximations used to obtain the explicit analytical expression of the capacitance in such an amorphous semiconductor.In the second part of the chapter, we study the possibility of fitting experimental capacitance data by numerical calculations with the input a-Si:H parameters obtained from other experimental techniques. We conclude that the simplified treatment of the experimentally obtained capacitance data together with numerical modeling can be a valuable tool to assess some important parameters of the material if one considers the results of numerical modeling and performs some adjustments. The second part is dedicated to capacitance spectroscopy of a-Si:H/c-Si heterojunctions with special emphasis on the influence of a strong inversion layer in c-Si at the interface. Firstly, we focus on the study of the frequency dependent low temperature range of capacitance-temperature dependencies of a-Si:H/c-Si heterojunctions. The theoretical analysis of the capacitance steps in calculated capacitance-temperature dependencies is presented by means of numerical modeling. It is shown that two steps can occur in the low temperature range, one being attributed to the activation of the response of the gap states in a-Si:H to the small signal modulation, the other one being related to the response of holes in the strong inversion layer in c-Si at the interface. The experimental behavior of C-T curves is discussed. The quasi-static regime of the capacitance is studied as well. We show that the depletion approximation fails to reproduce the experimental data obtained for (p) a-Si:H/(n) c-Si heterojunctions. Due to the existence of the strong inversion layer, the depletion approximation overestimates the potential drop in the depleted region in crystalline silicon and thus underestimates the capacitance and its increase with temperature. A complete analytical calculation of the heterojunction capacitance taking into account the hole inversion layer is developed. It is shown that within the complete analytical approach the inversion layer brings significant changes to the capacitance for large values of the valence band offset. The experimentally obtained C-T curves show a good agreement with the complete analytical calculation and the presence of the inversion layer in the studied samples is thus confirmed.

Dans les systèmes de spins quantiques, la frustration et la basse dimensionnalité génèrent des fluctuations quantiques et donnent lieu à des phases exotiques. Cette thèse étudie un modèle d'échelle de spins avec des couplages frustrants le long des montants, motivé par les expériences sur le cuprate BiCu$_2$PO$_6$. Dans un premier temps, on présente une méthode variationnelle originale pour décrire les excitations de basse énergie d'une seule chaîne frustrée. Le diagramme de phase de deux chaînes couplées est ensuite établi à l'aide de méthodes numériques. Le modèle exhibe une transition de phase quantique entre une phase dimérisée est une phase à liens de valence résonnants (RVB). La physique de la phase RVB et en particulier l'apparition de l'incommensurabilité sont étudiées numériquement et par un traitement en champ moyen. On étudie ensuite les effets d'impuretés non-magnétiques sur la courbe d'aimantation et la loi de Curie à basse température. Ces propriétés magnétiques sont tout d'abord discutées à température nulle à partir d'arguments probabilistes. Puis un modèle effectif de basse énergie est dérivé dans la théorie de la réponse linéaire et permet de rendre compte des propriétés magnétiques à température finie. Enfin, on étudie l'effet d'un désordre dans les liens, sur une seule chaîne frustrée. La méthode variationnelle, introduite dans le cas non-désordonné, donne une image à faible désordre de l'instabilité de la phase dimérisée, qui consiste en la formation de domaines d'Imry-Ma délimités par des spinons localisés. Ce résultat est finalement discuté à la lumière de la renormalisation dans l'espace réel à fort désordre.

Cette thèse porte sur l'étude et le comportement mécanique et vibrationnel du verre de silice. Des méthodes de dynamique moléculaire classique sont appliquées pour modéliser le verre à l'aide d'un potentiel BKS tronqué. La validité du modèle est testée au travers de comparaisonsstructurales et dynamiques avec des expériences de diffusion de rayons X et de neutrons. L'échantillon numérique est sollicité mécaniquement, et sa réponse à la déformation (compression hydrostatique, cisaillement à volume ou à pression cnostante dans les régimes élastiques et au-delà de la limite d'élasticité) est étudiée dans le cadre de la théorie classique de l'élasticité. L'utilisation de la dynamique moléculaire nous a permis de nous orienter vers une approche microscopique via l'étude du déplacement non-affine, qui semble expliquer des comportements macroscopiques encore peu décrits dans la littérature. En particulier, l'origine de l'anomalie du module de compressibilité dans la silice a pu être reliée à un comortement micro-plastique, et la courbe de charge (limite du domaine élastique) a été obtenue. En complément aux chargements mécaniques, des études expérimentales de spectroscopie Raman sous cellule enclume diament ont été réalisées et comparées aux spectres Raman modélisés à partir de configuration de silice chargées mécaniquement. Enfin, nous avons ou discuter de la validité de la description théorique ainsi que ses limites.

Les activités de recherche, présentées dans le cadre de cette HDR, portent sur l'étude du comportement plastique des métaux à travers un travail de modélisation des propriétés des dislocations. Différents outils de simulation ont été utilisés et développés pour étudier la plasticité dans les métaux servant de matériaux de structure, et plus particulièrement les métaux d'intérêt pour l'industrie nucléaire. Dans les alliages à base de fer ou à base de zirconium, la plasticité est contrôlée à basse température par le glissement des dislocations vis. Les simulations atomiques permettent d'étudier les propriétés de cœur de ces dislocations et ainsi de mieux comprendre et quantifier les mécanismes mis en jeu au cours de leur glissement. Néanmoins, la modélisation des dislocations à cette échelle nécessite des techniques particulières à cause du champ élastique créé à longue distance qu'il est impératif de prendre en compte. Une approche reposant à la fois sur les simulations atomiques (simulations en potentiels empiriques ou calculs ab initio) et la théorie élastique a donc été développée afin de pouvoir simuler à une échelle atomique les dislocations et extraire de ces simulations des données quantitatives transposables aux échelles supérieures. Cette approche a été appliquée au fer, pour décrire la variation des propriétés de cœur des dislocations en fonction de leur caractère, ainsi qu'au zirconium, pour identifier l'origine de la forte friction de réseau observée dans les alliages de zirconium et mieux comprendre la compétition entre les différents systèmes de glissement. À haute température, les mouvements des dislocations autres que le glissement simple deviennent importants pour comprendre le développement de la déformation plastique. La montée, correspondant à un déplacement des dislocations à composante coin dans une direction perpendiculaire à leur plan de glissement, est, avec le glissement dévié, un de ces mécanismes opérant à haute température. Une étude à différentes échelles de la montée des dislocations a été réalisée, permettant d'implémenter ce mouvement de montée dans des codes de dynamique des dislocations, et par conséquent de mieux modéliser la déformation à chaud à l'aide de ces codes.

L'évolution des structures poreuses du graphite et de la vermiculite expansés a été étudiée insitu sous pression uniaxiale. Les propriétés d'un matériau résultant des propriétés intrinsèques à lamatrice et de celles dues à la porosité, les études faites dans ce travail ont porté sur deux échellesdifférentes. Les évolutions structurales de la structure cristalline du graphite et de la vermiculite ontd'abord été étudiées à haute pression en cellule à enclumes de diamant. Cette partie du travail a permisd'établir les équations d'état de la vermiculite et de contribuer, de manière significative, à lacaractérisation de la phase haute pression du graphite: une nouvelle phase, le Carbone Z, a étéproposée après l'analyse des données de la spectroscopie Raman couplée aux simulations. Desdéveloppements techniques ont été particulièrement réalisés pour permettre d'étudier in situl'évolution de la porosité sous pression par diffusion aux petits angles sous pression. L'application dumodèle fractale à l'analyse des données a permis de suivre l'évolution de la dimension fractale et de lasurface spécifique apparente. Les échantillons étudiés sont des formes comprimées de graphite et devermiculite expansés dans lesquelles les plans basaux des cristallites ont une orientation préférentielle.Sous pression uniaxiale, la structure poreuse du graphite expansé comprimé évolue à travers uneffondrement irréversible des pores ou un cisaillement de la matrice suivant l'orientation de la pressionappliquée par rapport à l'orientation préférentielle des plans basaux des cristallites. Des expériencescomplémentaires de mesures électriques et de mesures de la porosité par intrusion de mercure ontpermis de confirmer ces modèles proposés. Dans la vermiculite expansée comprimée, les fissuresapparaissent, de manière générale, sous l'effet de la pression uniaxiale.

L'étude de l'émission intégrée et résolue en temps de quatre configurations d'hétérostructures quantiques de type points-dans-un-fil d'InGaN/GaN nous a permis de déterminer la nature de la localisation et du mécanisme de recombinaison des porteurs de charge dans ces nanofils. Des mesures de comptage de photon unique correlés en temps (TCSPC) étendues sur une plage temporelle allant de 210 à 26000ns ont permis d'observer un comportement fortement non exponentiel de l'émission que nous avons déterminé être une loi de puissance. Nous avons trouvé que le temps de vie de l'émission diminue rapidement avec l'énergie d'émission. Par contre, l'observation d'un effet de la puissance d'excitation sur le temps de vie semble indiquer qu'à une énergie d'émission ne soit pas associée une seule dynamique d'émission à long temps. En utilisant une densité d'excitation laser de seulement quelques dizaines de watt par cm au carré, nous avons pu démontrer, en régime non perturbatif, que le profil des spectres d'émission intégrés en temps ainsi que la dynamique de l'évolution temporelle de l'émission étaient tout à fait compatibles avec une recombinaison radiative centrée sur une distribution de nano-agrégats riches en indium naturellement formés lors de la croissance des nanofils par MBE assistée par plasma. Cette conclusion est supportée par notre incapacité à observer l'effet Stark à confinement quantique, le succès d'un modèle de séparation de charges parfaitement compatible avec l'image des nano-agrégats d'indium et, finalement, par l'observation d'une émission principalement isotrope en polarisation. / We have performed time-integrated and time-resolved photoluminescence measurements on four different configurations of InGaN/GaN dot-in-a-wire heterostructures in order to further our understanding of the localization and radiative recombination mechanism involved in the process of emission. Time correlated single photon counting (TCSPC) measurements from 100 ns to 26000 ns have allowed us to observe a strong non-exponential decay which follows a power law on long time scale. The characteristic exponent of this power law is strongly correlated with the emission energy, causing the life-time of the emission to fall rapidly with increasing of its energies. The observation that the excitation power has an effect on the life-time shows that other factors such as the growth conditions must be involved in the coupling between life-time and energy. Using a low power density of a few tens of watts per cm squared, we have shown, in a non perturbative regime, that the shape of the time-integrated spectra and the dynamics of the time-resolved decay curves were consistent with a radiative recombination process centered on In-rich nanocluster. These nanoclusters naturally occur in the embedded InGaN inclusions during the growth by plasma-assisted MBE. This conclusion is supported by the absence of Quantum confined Stark effect. The success of a charge separation model is perfectly consistent with the emission centered on In-rich nanocluster and the observation of a quasiperfect isotropic emission. / Mesures effectuées dans le laboratoire de caractérisation optique des semi-conducteurs du Prof. Richard Leonelli du département de physique de l'université de Montréal. Les nanofils d'InGaN/GaN ont été fournis par le groupe du Prof. Zetian Mi du département de génie électrique et informatique de l'université McGill.

Dans cette thèse on étudie certaines applications de modèles simples de la physique théorique au trafic piétonnier. Ces modèles sont tous des automates cellulaires, plus précisément des processus d'exclusion. Dans la première partie de le thèse on étudie un système unidimensionnel, le processus d'exclusion simple totalement symétrique (TASEP), un modèle paradigmatique de particules qui sautent dans une direction favorisée sur un réseau. Le TASEP peut être utilisé pour modéliser de nombreux phénomènes de transport, et ici on l'étudie avec des schémas de mise à jour adaptés aux piétons. Le "frozen shuffle update", schéma plutôt régulier, est défini et ses propriétés principales sont déterminées exactement sur un anneau, avec conditions aux bords ouvertes et pour deux voies qui se croisent en un seul site. Une théorie du domain wall (mur séparant des domaines) exacte au niveau microscopique est alors construite pour un TASEP avec mise a jour parallèle. On montre que cette dernière est en désaccord avec les prédictions précédentes et que la différence vient de corrélations à courte portée qui sont habituellement négligées pour les schémas de mise à jour présentant des fluctuations plus importantes. Dans la seconde partie on combine plusieurs TASEP afin de former un croisement à deux dimensions comprenant deux flux de particules qui s'intersectent perpendiculairement. Sur un tore on observe une alternance de diagonales de particules de chaque type qu'on voit aussi chez les vrais piétons. Cette structure est alors expliquée par une analyse de stabilité linéaire d'équations type champ moyen. Avec des conditions aux bords ouvertes les diagonales s'inclinent légèrement, donnant naissance à "l'effet chevron", qu'on observe aussi bien pour les particules que pour les équations. L'effet chevron est fondamentalement nonlinéaire, mais peut tout de même être expliqué par des calculs d'interactions effectives entre les particules, de manière similaire à ce qui est fait en mécanique des fluides. Pour finir, quelques généralisations naturelles sont rapidement étudiées numériquement pour tester l'applicabilité du modèle aux piétons et la possibilité de mesurer l'effet chevron dans des expériences.

Depuis les années 60, les auto-assemblages de monoglycérides font l'objet de nombreusesrecherches. En effet, une fois émulsifiés, ces systèmes de taille nanométrique, sont constitués degouttelettes contenant une phase aqueuse, lipidique et une interface très importante, offrant ainsi lapossibilité de solubiliser tous types de molécules. Ces réservoirs potentiels à molécules sontcependant assez fragiles et nécessitent des recherches plus abouties afin de pouvoir les rendreutilisables dans les domaines de l'alimentaire, de la pharmaceutique, de la cosmétique ou de lamédecine.Nous avons montré la possibilité de diversifier l'émulsifiant utilisé pour stabiliser ces Isasomes,permettant de faire varier à volonté les tailles de gouttelettes ainsi que leur charge de surface. Lesucrose stéarate s'est montré une très bonne alternative au F127 classiquement utilisé. Lesconditions de fabrication et de stockage sont déterminantes dans la compréhension des Isasomes etde l'évolution de leurs structures internes. En effet, dans le cas des mélanges monolinoléine/limonène,ce dernier s'est vu décrire une évaporation dans le temps qui modifie ainsi les structures internes. Cephénomène a été décrit pour la première fois.Une fois les influences des conditions opératoires définies, nous avons utilisé ces Isasomes commeréservoirs à molécules d'intérêt. Nous avons alors décrit les différentes influences que ces moléculesont sur les structures internes, en fonction, de leur structure, de leur masse moléculaire et de leursolubilité. Enfin, nous avons utilisé les Isasomes comme vecteurs pour des moléculesmédicamenteuses. Leur utilisation a permis d'améliorer la disponibilité et l'efficacité de tellesmolécules.

La réduction (" scaling ") continue des dimensions des transistors MOSFET nous a conduits à l'ère de la nanoélectronique. Le transistor à effet de champ multi-grilles (MultiGate FET, MuGFET) avec l'architecture "nanofil canal" est considéré comme un candidat possible pour le scaling des MOSFET jusqu'à la fin de la roadmap. Parallèlement au scaling des CMOS classiques ou scaling suivant la loi de Moore, de nombreuses propositions de nouveaux dispositifs, exploitant des phénomènes nanométriques, ont été faites. Ainsi, le transistor monoélectronique (SET), utilisant le phénomène de "blocage de Coulomb", et le transistor à atome unique (SAT), en tant que transistors de dimensions ultimes, sont les premiers dispositifs nanoélectroniques visant de nouvelles applications comme la logique à valeurs multiples ou l'informatique quantique. Bien que le SET a été initialement proposé comme un substitut au CMOS ("Au-delà du dispositif CMOS"), il est maintenant largement considéré comme un complément à la technologie CMOS permettant de nouveaux circuits fonctionnels. Toutefois, la faible température de fonctionnement et la fabrication incompatible avec le procédé CMOS ont été des contraintes majeures pour l'intégration SET avec la technologie FET industrielle. Cette thèse répond à ce problème en combinant les technologies CMOS de dimensions réduites, SET et SAT par le biais d'un schéma d'intégration unique afin de fabriquer des transistors " Trigate " nanofil. Dans ce travail, pour la première fois, un SET fonctionnant à température ambiante et fabriqués à partir de technologies CMOS SOI à l'état de l'art (incluant high-k/grille métallique) est démontré. Le fonctionnement à température ambiante du SET nécessite une île (ou canal) de dimensions inférieures à 5 nm. Ce résultat est obtenu grâce à la réduction du canal nanofil ''trigate'' à environ 5 nm de largeur. Une étude plus approfondie des mécanismes de transport mis en jeu dans le dispositif est réalisée au moyen de mesures cryogéniques de conductance. Des simulations NEGF tridimensionnelles sont également utilisées pour optimiser la conception du SET. De plus, la cointégration sur la même puce de MOSFET FDSOI et SET est réalisée. Des circuits hybrides SET-FET fonctionnant à température ambiante et permettant l'amplification du courant SET jusque dans la gamme des milliampères (appelé "dispositif SETMOS" dans la littérature) sont démontrés de même que de la résistance différentielle négative (NDR) et de la logique à valeurs multiples. Parallèlement, sur la même technologie, un transistor à atome unique fonctionnant à température cryogénique est également démontré. Ceci est obtenu par la réduction de la longueur de canal MOSFET à environ 10 nm, si bien qu'il ne comporte plus qu'un seul atome de dopant dans le canal (diffusée à partir de la source ou de drain). A basse température, le transport d'électrons à travers l'état d'énergie de ce dopant unique est étudié. Ces dispositifs fonctionnent également comme MOSFET à température ambiante. Par conséquent, une nouvelle méthode d'analyse est développée en corrélation avec des caractéristiques à 300K et des mesures cryogéniques pour comprendre l'impact du dopant unique sur l'échelle MOSFET à température ambiante.