Les méthodologies de traitement de données multidimensionnelles peuvent considérablement améliorer la connaissance des échantillons. Les techniques spectroscopiques permettent l’analyse moléculaire avancée d’échantillons variés et complexes. La combinaison des techniques spectroscopiques aux méthodes de chimiométrie trouve des applications dans de nombreux domaines. Les particules atmosphériques affectent la qualité de l’air, la santé humaine, les écosystèmes et jouent un rôle important dans le processus de changement climatique. L’objectif de cette thèse a été de développer des outils de chimiométrie, simples d’utilisation, permettant de traiter un grand nombre de données spectrales provenant de l’analyse d’échantillons complexes par microspectrométrie Raman (RMS) et spectroscopie d’absorption IRTF. Dans un premier temps, nous avons développé une méthodologie combinant les méthodes de résolution de courbes et d’analyse multivariée afin de déterminer la composition chimique d’échantillons de particules analysées par RMS. Cette méthode appliquée à l’analyse de particules collectées dans les mines en Bolivie, a ouvert une nouvelle voie de description des échantillons. Dans un second temps, nous avons conçu un logiciel facilement accessible pour le traitement des données IRTF et Raman. Ce logiciel inclue plusieurs algorithmes de prétraitement ainsi que les méthodes d’analyse multivariées adaptées à la spectroscopie vibrationnelle. Il a été appliqué avec succès pour le traitement de données spectrales enregistrées pour divers échantillons (particules de mines de charbon, particules biogéniques, pigments organiques). / Sufficiently adjusted, multivariate data processing methods and procedures can significantly improve the process for obtaining knowledge of a sample composition. Spectroscopic techniques have capabilities for fast analysis of various samples and were developed for research and industrial purposes. It creates a great possibility for advanced molecular analysis of complex samples, such as atmospheric aerosols. Airborne particles affect air quality, human health, ecosystem condition and play an important role in the Earth’s climate system. The purpose of this thesis is twofold. On an analytical level, the functional algorithm for evaluation of quantitative composition of atmospheric particles from measurements of individual particles by Raman microspectrocopy (RMS) was established. On a constructive level, the readily accessible analytical system for Raman and FTIR data processing was developed. A potential of a single particle analysis by RMS has been exploited by an application of the designed analytical algorithm based on a combination between a multicurve resolution and a multivariate data treatment for an efficient description of chemical mixing of aerosol particles. The algorithm was applied to the particles collected in a copper mine in Bolivia and provides a new way of a sample description. The new user-friendly software, which includes pre-treatment algorithms and several easy-to access, common multivariate data treatments, is equipped with a graphical interface. The created software was applied to some challenging aspects of a pattern recognition in the scope of Raman and FTIR spectroscopy for coal mine particles, biogenic particles and organic pigments.

La prise en compte du développement des couches de corrosion d'armature dans les calculs de durée de vie d'ouvrage en béton armé nécessite une bonne connaissance des propriétés mécaniques de ces produits. Ce travail est consacré à la caractérisation des propriétés mécaniques de ces couches de produits de corrosion. L'approche adoptée consiste en une identification des propriétés de la microstructure complétée par des calculs d'homogénéisation en élasticité linéaire afin de calculer un comportement mésoscopique des couches de produits de corrosion. L'étude comprend une série de campagnes expérimentales à l'échelle de la microstructure. Des essais de microindentation Vickers analysés par une approche de modèle de mélanges gaussien ont permis l'acquisition de duretés et modules d'élasticité locaux. Une analyse des principaux composants est réalisée par microspectrométrie Raman. L'étude à l'échelle microscopique fournit les informations morphologiques et mécaniques nécessaires aux calculs d'homogénéisation en élasticité linéaire. La première approche a consisté en des calculs d'homogénéisation des milieux aléatoires par des schémas autocohérent et autocohérent généralisé. Dans une deuxième approche, et d'après les hétérogénéités importantes observées pour la microstructure qui ne présente pas de motif régulier, des calculs de modules effectifs ont été réalisés en employant la méthode des éléments finis sur des images 2D prises au microscope optique. Le corpus étant composé d'échantillons de provenances et d'âges divers, leurs microstructures ont été comparées

Les semi-conducteurs à base de composés III-V de type GaN présentent de nombreux avantages – liés essentiellement à leur grande bande interdite - par rapport aux semi-conducteurs traditionnels Si, ou III-V des filières GaAs. De plus, il est possible de former, comme pour les semi-conducteurs traditionnels III-V des hétérojonctions de type HEMT (High Electron Mobility Transistor) AlGaN/GaN permettant d'obtenir à la fois une forte densité de porteurs confinés à l'hétérojonction et des mobilités électroniques élevées. Ces composants sont à l'heure actuelle les candidats les plus prometteurs pour des applications hyperfréquences de puissance. Cependant, l'échauffement observé au cours du fonctionnement et les différentes étapes de réalisation des composants ont un impact anormal sur les performances intrinsèques du composant. La microspectrométrie Raman est une technique nondestructive et sans contact avec une résolution spatiale submicronique, adaptée à l'étude des HEMTs AlGaN/GaN en fonctionnement. L'utilisation de différentes longueurs d'onde excitatrices visible et UV permet de sonder les hétérostructures à différentes profondeurs de pénétration. Les informations obtenues avec cette technique d'analyse sont la composition de l'hétérostructure, les contraintes entre les différentes couches, la résistance thermique aux interfaces, la qualité cristalline des différentes couches, le dopage et le comportement thermique des différentes couches. Le développement d'un système de microspectrométrie Raman UV résolue en temps a permis d'analyser le comportement thermique transitoire des HEMTs AlGaN/GaN en fonctionnement et plus particulièrement dans la zone active du composant.

Cette étude prend place dans le cadre du projet ANR Inxilicium visant à la réalisation de cellules solaires en couches minces de silicium par jet d'encre. Les nanoparticules de silicium sont des matériaux à fort potentiel pour la levée de verrous technologiques grâce à leurs propriétés spécifiques. Des encres de nanoparticules de Si issues de diverses méthodes de synthèse ont été imprimées par jet d'encre sur différents substrats : quartz, électrodes métalliques (aluminium, molybdène) et transparente conductrice (ZnO:Al). L'optimisation du procédé d'impression, de l'interaction encre/substrat (via la modulation de l'énergie de surface des substrats) et de l'étape de séchage a permis l'obtention de couches minces homogènes et continues (plusieurs centaines de nm à quelques µm d'épaisseur)A posteriori, une étape de recuit est nécessaire pour recouvrer des propriétés fonctionnelles. L'utilisation de nanoparticules à la physico-chimie de surface contrôlée fait décroître les températures de frittage de 1100 °C à environ 600 °C. En complément, des recuits sélectifs (micro-ondes et photonique) ont été évalués pour leur application sur des substrats flexibles et bas coûts.Les propriétés optiques et les interfaces électrode/silicium ont été examinées afin d'intégrer ces couches dans des dispositifs (cellule solaire...). La formation de transitions métallurgiques Al-Si et Mo-Si a été étudiées par DRX-in situ. L'ensemble de ces travaux a permis la réalisation d'une jonction PN montrant un comportement photovoltaïque à fort champ grâce aussi à la mise au point d'une méthode innovante de collage ouvrant la voie à une réduction du bilan thermique des procédés de fabrication.

Cette étude prend place dans le cadre du projet ANR Inxilicium visant à la réalisation de cellules solaires en couches minces de silicium par jet d’encre. Les nanoparticules de silicium sont des matériaux à fort potentiel pour la levée de verrous technologiques grâce à leurs propriétés spécifiques. Des encres de nanoparticules de Si issues de diverses méthodes de synthèse ont été imprimées par jet d’encre sur différents substrats : quartz, électrodes métalliques (aluminium, molybdène) et transparente conductrice (ZnO:Al). L’optimisation du procédé d’impression, de l’interaction encre/substrat (via la modulation de l’énergie de surface des substrats) et de l’étape de séchage a permis l’obtention de couches minces homogènes et continues (plusieurs centaines de nm à quelques µm d’épaisseur)A posteriori, une étape de recuit est nécessaire pour recouvrer des propriétés fonctionnelles. L’utilisation de nanoparticules à la physico-chimie de surface contrôlée fait décroître les températures de frittage de 1100 °C à environ 600 °C. En complément, des recuits sélectifs (micro-ondes et photonique) ont été évalués pour leur application sur des substrats flexibles et bas coûts.Les propriétés optiques et les interfaces électrode/silicium ont été examinées afin d’intégrer ces couches dans des dispositifs (cellule solaire…). La formation de transitions métallurgiques Al-Si et Mo-Si a été étudiées par DRX-in situ. L’ensemble de ces travaux a permis la réalisation d’une jonction PN montrant un comportement photovoltaïque à fort champ grâce aussi à la mise au point d’une méthode innovante de collage ouvrant la voie à une réduction du bilan thermique des procédés de fabrication. / This study takes place in the frame of the Inxilicium project from the National Research Agency, which targets the fabrication of silicon thin film solar cells by inkjet-printing. Thanks to their specific properties, silicon nanoparticles are materials with strong potential for technological breakthroughs. Silicon nanoparticle-based inks made by different synthesis routes have been inkjet-printed on different substrates: quartz, metallic electrodes (aluminum, molybdenum) and transparent electrodes (ZnO:Al). Homogeneous and continuous thin films (from several hundreds of nm to some µm thick) have been obtained through optimization of the printing process, the ink/substrate interaction (via substrates surface energy tuning) and the drying step.A posteriori, an annealing step is mandatory for recovering of functional properties. By using nanoparticles with tailored surface physical chemistry, the sintering temperature decreases from 1100 °C to 600 °C. In order to allow the use of this material on flexible and low cost substrates, selective sintering (microwave and photonics) have been also evaluated.Thin film optical properties and electrode/silicon interfaces have been investigated with the purpose to integrate those layers into devices (solar cells…). Metallurgical evolution of Al-Si and Mo-Si physical interfaces has been studied by in situ XRD.This work allowed the fabrication of a PN junction with a photovoltaic behaviour under strong polarization voltage thanks to the development of an innovative thermal pasting process, which opens the way to the reduction of process thermal budget.

Le carbure de bore B4C est envisagé en tant qu'absorbeur de neutrons dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides et à caloporteur sodium, RNR-Na, de génération IV. Cette filière de réacteur constitue aujourd'hui la référence pour l'avenir du nucléaire en France. Ainsi, un premier concept de réacteur RNR-Na, nommé ASTRID, devrait être construit aux alentours de 2025. L'objectif de notre étude est de comprendre, d'un point du vue fondamental, les effets induits par les irradiations aux ions, sur la structure cristallographique de B4C, dans différents domaines de pouvoirs d'arrêt. Pour cela, des échantillons de B4C, frittés par Spark Plasma Sintering (SPS) au SPCTS de Limoges, ont été irradiés par des ions de différentes natures et de différentes énergies, nous permettant de favoriser: (i) le pouvoir d'arrêt nucléaire Sn, afin d'induire un endommagement dit balistique dans le matériau, ou (ii) le pouvoir d'arrêt électronique Se, pour induire un endommagement dit électronique. Les irradiations en régime balistique ont été réalisées à l'aide d'ions C+, Ar+ et Au+ à des énergies inférieures au MeV, sur le VdG 4 MV de l'IPNL et auprès de la plateforme JANNuSOrsay. Les modifications structurales de B4C dans des gammes d'endommagement compris entre 0 et 9 dpa ont ainsi pu être étudiées. Les irradiations en régime électronique ont été effectuées par des ions S9+ et I9+ de 60 et 100 MeV sur l'accélérateur Tandem de l'IPNO. L'impact des excitations électroniques sur B4C à des pouvoirs d'arrêt électronique compris entre 4 et 15 keV.nm-1 a été déterminé. Afin d'étudier également les effets couplés de l'irradiation et de la température, toutes les irradiations ont été réalisées à température ambiante (RT), à 500°C et à 800 °C. Les caractérisations microstructurales des échantillons irradiés ont été effectuées principalement par microspectrométrie Raman au CEA Saclay et par Microscopie Electronique en Transmission (MET) in situ à JANNuS-Orsay. Nos études ont permis de mettre en évidence un seuil d'amorphisation du B4C dans les deux régimes d'endommagement à RT. En régime balistique, l'amorphisation du matériau est atteinte pour un taux de 9 dpa environ. En régime électronique, un pouvoir d'arrêt de 9 keV.nm-1 a permis de mettre en évidence une amorphisation du matériau induite par la formation de traces latentes nanométriques amorphes, et leur recouvrement à hautes fluences. De plus, nous avons également montré que la température permettait de limiter l'endommagement dès 500°C dans B4C, voire de l'inhiber presque totalement à 800°C / Boron carbide B4C is a material considered as neutron absorber for the Sodium Fast reactors SFR of the fourth generation. This type of reactor is the reference for the future of the nuclear technology in France. A first prototype of SFR, called ASTRID, should be built around 2025. The aim of this study is to understand, from a fundamental point of view, the effects induced by ion irradiation on the crystallographic structure of B4C, in different energy ranges. So, boron carbide samples were sintered by Spark Plasma Sintering (SPS) technique at the SPCTS laboratory in Limoges (France) and then irradiated with ions of different natures and energies, favoring: (i) the nuclear stopping power, creating ballistic damage in the material, or (ii) the electronic stopping power, creating mainly electronic damage. For the irradiations in the ballistic regime, we used C+, Ar+ and Au+ ions with energies below 1 MeV, on the accelerator VdG 4 MV of the IPNL and on the JANNuS-Orsay plateform. The structural modifications of B4C were studied between 0 and 9 dpa. The irradiations in electronic regime were performed with S9+ and I9+ ions with energies of 60 and 100MeV, at the 15 MV Tandem accelerator of the IPNO. The electronic excitations values corresponding to those conditions are ranging between 4 and 15 keV.nm-1. The irradiations were carried out at room temperature, 500°C and 800°C to study the coupled effects of temperature and irradiation. The structural characterizations of the samples after irradiation were performed by Raman spectrometry at CEA Saclay and by in situ Transmission Electron Microscopy at the JANNuS-Orsay facility. Our study demonstrated the existence of an amorphisation threshold in boron carbide in both irradiation regimes at room temperature. In the ballistic regime, the amorphisation of the material is reached around a value of 9 dpa. In the electronic regime, from a stopping power in between 9 and 10 keV.nm-1 an amorphisation process, induced by the formation of latent tracks and their overlapping at high fluences was observed. Moreover, at 500°C, we showed that the temperature slowed down the damage induced by the irradiation in B4C, and almost totally prevented it at 800°C

Le démantèlement des réacteurs nucléaires de première génération UNGG (Uranium Naturel Graphite Gaz) génèrera en France environ 23 000 tonnes de déchets de graphites irradiés. Les principaux radionucléides présents dans ces déchets sont des produits d’activation tels que le 14C, le 36Cl et le 3H. Les deux premiers sont dimensionnants pour le stockage, le 14C (T =5730 ans) essentiellement en raison de son inventaire initial important et le 36Cl du fait de sa longue période (302 000 ans). Le scénario de référence envisagé pour la gestion de ces déchets de faible activité à vie longue est le stockage mais une décontamination préalable plus ou moins poussée a également été envisagée. De ce fait, la connaissance de la localisation et la spéciation de ces radionucléides dans le graphite irradié est un prérequis indispensable pour l’optimisation d’un procédé de traitement et l’évaluation de la sûreté du stockage. L’objectif de cette thèse CIFRE, réalisée en partenariat avec EDF, est de mettre en oeuvre des études expérimentales permettant, dans une première partie, de simuler et d’évaluer l’impact de la température, de l’irradiation et de la corrosion radiolytique du graphite sur le comportement migratoire du 14C en réacteur et sur les modifications structurales qui en découlent. Les données ainsi acquises servent d’appui à la deuxième partie de ce travail consacrée à l’étude d’un procédé de décontamination thermique du graphite en présence de vapeur d’eau. Ce travail est mené par implantation de l’isotope stable 13C permettant de simuler la présence de l’isotope radioactif 14C. L’utilisation de différentes natures de graphite de référence tels qu’un graphite vierge de qualité nucléaire, un graphite modèle HOPG bien ordonné de structure lamellaire et un graphite de structure nanoporeuse de type SLX 50 broyé permet de simuler les différents états de structure rencontrés dans un graphite irradié par des neutrons. L’étude d’échantillons inactifs permet ainsi de s’affranchir des contraintes liées à l’étude d’échantillons radioactifs et de réaliser des études paramétriques du comportement migratoire de l’espèce implantée, difficiles à mettre en oeuvre sur du graphite irradié. La première partie de ce travail consiste en l’étude des effets couplés et découplés de la température et de l’irradiation ionique (simulant l’irradiation neutronique) sur le comportement migratoire du 13C. Les résultats obtenus montrent que, dans la gamme de températures du graphite en réacteur (200 - 500 °C), le 13C est stable quel que soit l’état de l’endommagement de la structure du graphite. D’une manière générale, l’irradiation et la température ont des effets antagonistes. L’irradiation induit une déstructuration du graphite compensée par les effets de recuit conduisant à la réorganisation de la structure dont le degré dépend de l’état initial. Ainsi, en fonction de la localisation du graphite au sein du modérateur, son état de structure sera contrasté selon qu’il aura été irradié dans les zones chaudes à haut flux neutronique ou dans les zones à bas flux et plus froides. Cependant, dans tous les cas, le 14C aura été stabilisé. La deuxième partie concerne l’étude du procédé de décontamination thermique en présence de vapeur d’eau qui a été réalisée sur un dispositif de thermogravimétrie couplé à un générateur de vapeur d’eau. L’influence de la température (700 °C et 900 °C) et de l’humidité relative (50 % HR et 90 % HR) a été testée à un débit de gaz humide fixe de 50 mL/min sur les différents échantillons de référence. L’utilisation d’eau marquée avec de l’18O a permis de tracer la migration des espèces oxydantes dans le graphite. Ainsi, l’efficacité du procédé a été mise en évidence permettant une élimination préférentielle par gazéification des zones les plus nanoporeuses qui sont à priori également les plus concentrées en 14C / The decommissioning of French gas cooled nuclear reactors (UNGG) will generate around 23000 tons of irradiated graphite waste containing radionuclides such as 14C, 36Cl. Both might be dose determining at the outlet, 14C as major contributor to the radioactive dose and 36Cl due to its mobility in the clay repository. The reference management for this Low-Level Long-Lived Waste (LLW-LL) is disposal but its partial decontamination has also been foreseen. Therefore, information on inventory, location and speciation of the radionuclides in the irradiated graphite are mandatory for optimizing the decontamination process and to get reliable insights on the behavior of the radionuclides in the repository. This thesis supported by EDF aims in a first part at studying the impact of temperature, graphite irradiation and radiolytic corrosion on the behavior of 14C and following structure modification. Then, the acquired data are used to support the second part devoted to study 14C decontamination by steam reforming. 13C implantation is used to simulate the presence of 14C. The experiments are carried out on different reference samples such as virgin nuclear graphite, a model and ordered lamellar HOPG graphite and a nanoporous graphite SLX 50 that allow simulating the different structural states of a neutron irradiated graphite. The first part investigates the coupled and decoupled effects of ion irradiation (used to simulate neutron irradiation) on 13C migration. The results show that, at reactor temperatures of 200 - 500 °C, 13C remains stable whatever the graphite structural disorder level. Irradiation and temperature have antagonist effects: irradiation disorders graphite whereas temperature has an annealing effect leading to a reordering of the graphite structure at a level depending on its initial one. Thus, according to graphite position in the moderator this will lead to structure contrasts depending on whether it has been irradiated at high neutron flux and high temperature or low neutron flux and colder temperature. However, 14C is stabilized in the graphite structure in all cases. The second part is devoted the study of 14C steam reforming using a thermogravimetric analyzer coupled to a steam generator. The reference samples were analyzed at temperatures of 700 °C and 900 °C and relative humidities of 50 % and 90 % at a constant humid gas rate of 50 mL/min. 18O labelled water was used to follow the migration of the oxidizing species into graphite. Accordingly, the tests put in evidence the preferential gasification of nanoporous graphite that should also be the richest in 14C. Moreover, the addition of Ni to graphite before steam reforming proved to be very efficient but the gasification was very important and needs adjusting Ni impregnation