Une sous-classe intéressante de matériaux multiferroïques est celle des composés multiferroïques magnétoélectriques, dans lesquels il existe un couplage entre les paramètres d’ordres ferroïques (magnétique et électrique). De ce point de vue, la classe des matériaux Ga₂₋ₓFeₓO₃ a attiré l’attention des chercheurs. Ces composés sont actuellement connus pour leur température de transition élevée ainsi que pour l’interaction possible entre leurs propriétés ferrimagnétiques et piézoélectriques. Leur structure cristallographique et magnétique est assez complexe, du fait du désordre de substitution interne Fe/Ga. Les oxydes M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) appartiennent à cette même famille de matériaux et ont été synthétisés pour la première fois afin d’obtenir une structure cristallographique ordonnée de GaFeO₃. Afin d’étudier les propriétés physiques de ces différents composés, nous avons synthétisé par la méthode de la zone flottante (au four à image), en utilisant différentes conditions de croissance, des monocristaux de composition Ga₂₋ₓFeₓO₃ (x=0.90, 1.00 et 1.10). Nous avons également élaboré des échantillons polycristallins de composés GaFeO₃ faiblement dopés en indium ainsi que le composé M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc). Nous avons enfin préparé de monocristaux de composition In₂Ga₂Fe₂O₉ par la méthode de croissance en flux. L’affinement Rietveld des diffractogrammes des rayons X et des neutrons nous a permis de montrer que les céramiques de GaFeO₃ faiblement dopées en indium et les monocristaux de Ga₂₋ₓFeₓO₃ cristallisent dans le groupe d’espace Pc2₁n. Les paramètres cristallins et la température de Néel caractéristiques pour les monocristaux de Ga₂₋ₓFeₓO₃ varient de manière linéaire avec la teneur en fer. Les affinements nous ont permis de conclure que la structure de ces composés est caractérisée par un désordre élevée (25% de la quantité du fer se trouve sur les sites natifs du gallium). L’incorporation graduelle de l’indium s’accompagne d’une augmentation du volume de la maille ainsi qu’à une diminution de la température de transition magnétique. Le spectre d’excitations magnétiques mesuré pour les cristaux de Ga₂₋ₓFeₓO₃ nous a permis de mettre en évidence une coexistence de l’ordre ferrimagnétique à longue portée et d’un signal de diffusion diffuse en-dessous de la température de Néel. Ce signal diffus suggère l’existence d’une composante de type verre de spin du fait du désordre interne des sites. L'étude de la variation thermique de la constante diélectrique sur un cristal de GaFeO₃ révèle l’absence d’un couplage magnétoélectrique au sein de ces matériaux. L’affinement Rietveld des diagrammes de diffraction des rayons X et des neutrons mesurés sur les poudres de M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) révèle une structure orthorhombique de type Pba2 fortement désordonnée, avec quatre sites cationiques d’occupation mixte. Les données de susceptibilité DC et AC couplées avec les mesures de chaleur spécifique et les spectres Mössbauer indiquent, en-dessous d’une température de Tg ≈ 19 K, l’existence d’un état fondamental de type verre de spin dans ce système. Les mesures du spectre d’excitations magnétiques ont mis en évidence l’absence d’ordre magnétique à longue portée et confirment l’existence d’une transition d’un état paramagnétique vers un état verre de spins. L’existence d’un comportement de type verre de spin dans les systèmes Ga₂₋ₓFeₓO₃ et M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) souligne l’importance du désordre interne pour la caractérisation de l'état fondamental magnétique. / An interesting sub-class of the multiferroic materials are the multiferroic magnetoelectrics, in which exists a coupling between the two ferroic order parameters (magnetic and electric). From this viewpoint, the case of the (Ga₂₋ₓFeₓO₃)-class of materials has retained special attention. These compounds are now well-known for their high transition temperature as well as for the potential interaction between their ferrimagnetic and piezoelectric properties. Their crystallographic and magnetic structure are quite complicated, due to the existence of an internal site disorder. M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) belongs to the (Ga₂₋ₓFeₓO₃)-class of materials and it was first synthesized in an attempt to obtain an ordered GaFeO₃ crystallographic structure. In order to study the physical properties of these compounds, Ga₂₋ₓFeₓO₃ (x=0.90, 1.00 and 1.10) single crystals have been synthesized by the floating zone method in an infrared image furnace, using different growth conditions. Indium doped GaFeO₃ (up to 10% indium content amount) and M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) polycrystalline materials have been prepared by solid state reaction. Also, In₂Ga₂Fe₂O₉ single crystals were prepared by the flux method. The indium doped GaFeO₃ and Ga₂₋ₓFeₓO₃ samples crystallize in the Pc2₁n space group as determined from Rietveld refinement of the X-ray and neutron single crystals and powder patterns. The cell parameters and the Néel temperature (TN) of the Ga₂₋ₓFeₓO₃ single crystals varies linearly with the iron content amount. The occupation factors were calculated by refinement and the results showed a disordered structure (25% of the iron amount is found on the native gallium sites). The gradual incorporation of indium is accompanied by an increase of the cell volume and a decrease of the magnetic transition temperature. The magnetic excitations spectra measured for the Ga₂₋ₓFeₓO₃ single crystals revealed a coexistence of a ferrimagnetic ordering and a diffuse scattering signal below the Néel temperature. The diffuse signal suggests the existence of a spin glass like component due to the internal site disorder. Dielectric investigations showed no temperature dependent anomaly of the dielectric constant for the GaFeO₃ single crystal, suggesting a lack of a magnetoelectric coupling signal in this system. The Rietveld refinement of the X-ray and neutron powder patterns for the M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) revealed a highly disordered orthorhombic Pba2 structure, offering four mixed cationic crystallographic sites. DC and AC susceptibility data in conjunction with the heat capacity data and Mössbauer measurements indicated a spin-glass-like behavior in this system, with a freezing temperature near Tf ≈ 19 K. The absence of an long range magnetic ordering and the existence of a transition from a paramagnetic state to a «frozen» state were showcased by the spin dynamics spectra measurements. The evidence for glassy behavior in the Ga₂₋ₓFeₓO₃ and M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) systems highlights the importance of site disorder in determining the ground state magnetic properties.

Les réacteurs de 4ème génération ont pour objectif l’avènement d’un nucléaire durable susceptible de soutenir la transition énergétique. Anticipant un possible retard, dû à des difficultés techniques et économiques, des solutions innovantes inspirées des technologies actuelles (REP) sont à l’étude. Ces réacteurs à haute conversion nécessitent le développement d’outils académiques simples et robustes adaptés aux phases de la conception et capables :- D’évaluer les performances du combustible (burnup). Cet aspect est géré par l’environnement C++ SMURE (Serpent/MCNP Utility for Reactor Evolution), ici adapté et complété pour modéliser l’évolution du combustible à l’échelle de l’assemblage comme à l’échelle du cœur.- D’évaluer les performances de sûreté, ce qui nécessite le couplage entre la neutronique, ici approximée par la théorie de la diffusion et résolue par la NDM (Nodal Drift Method), et la thermohydraulique dont le traitement est simplifié dans le code BATH (Basic Approach to ThermalHydraulics). Le couplage NDM/BATH a fait l’objet d’une validation sur un benchmark d’éjection de grappe.Nos outils et méthodes de conception sont appliqués au dimensionnement de SMR sous-modérés à eau légère fonctionnant soit au Th/U soit au Th/Pu. Outre les critères usuels de conception (i.e. facteur de forme), il s’est avéré nécessaire, pour la crédibilité du concept, de spécifier la gestion de la réactivité, ce qui a mené au développement d’une méthodologie d’optimisation des poisons consommables. L’analyse de sûreté a permis de poser de nouveaux critères de conception, notamment sur le niveau maximal de sous-modération permettant d’éviter la crise d’ébullition nucléée. Cela a également mis en lumière les implications sur la sûreté de certains choix de conception comme le fonctionnement avec un inventaire réduit en bore soluble. / The Generation IV of nuclear reactors aims at making the nuclear energy a sustainable power source, able to contribute efficiently to the energetic transition. To anticipate the delay of this Gen. IV, innovative retro-fitted nuclear reactors with high level of conversion are studied. The conception of such reactors needs the development of a flexible and robust academical tool box in order to:- Evaluate fuel performance. This is done by means of SMURE (Serpent/MCNP Utility for Reactor Evolution), the dedicated CNRS C++ framework, which is adapted to perform burnup calculation both at assembly scale and at core scale.- Evaluate safety performance. This implies coupled transient simulation between neutronics and thermohydraulics. Neutronics is handled by the Nodal Drift Method (NDM) which solves the diffusion equations while thermohydraulics is simplified and computed by the code Basic Approach to ThermalHydraulics (BATH). This coupling between NDM/BATH has been validated on a Rod Ejection Accident (REA) benchmark.Ours tools and methods are applied on the design of sub-moderated water-cooled SMR cores using either Th/U or Th/Pu fuel. In addition to basic conception criteria such as the form factor, the reactivity management has been investigated in details, which has led to the development of a new methodology for optimal used of burnable poisons. The safety analysis against REA highlights new conceptions limits, in particular on the maximal sub-moderating ratio in order to avoid nucleate boiling. It also reveals the consequences on the reactor safety of some design choices such as low soluble boron inventory.

Le sujet de la thèse vise à développer un imageur neutron portable présentant des performances de détection compatibles avec les besoins de la recherche et de l’industrie nucléaire, notamment ceux du démantèlement. Cette thèse se décompose en trois axes principaux de recherche, précédés d’une phase de recherche bibliographique. Suite à cette dernière, l’approche de localisation retenue est l‘imagerie de neutrons rapides par encodage spatial. Les détecteurs de neutrons ont été étudiés et plusieurs choix, adaptés à cette problématique, ont été retenus pour la suite de l’étude. Le premier axe est consacré aux études sur le développement d’un détecteur de neutrons sensible à la position. Le deuxième axe est lié à la conception et au prototypage d’un imageur neutronique, se reposant sur un masque codé et un détecteur Timepix modifié par une couche de paraffine. Le dernier axe concerne le déploiement et la caractérisation expérimentale de ce prototype. / The subject of the thesis aims at developing a portable neutron imager with detection performance compatible with the needs of the nuclear research and industry, in particular those of decommissioning. This thesis is divided into three main areas of research, preceded by a bibliographic research phase. Following the latter, the localization approach adopted is spatial encoding fast neutron imaging. Neutron detectors were studied and several choices adapted to this challenge were selected for the continuation of the study. The first axis is dedicated to the studies on the development of a position-sensitive neutron detector. The second axis is related to the design and prototyping of a portable neutron imager, based on a coded aperture and a Timepix detector enhanced with a paraffin layer. The last axis concerns the deployment and experimental characterization of this prototype.

Dans le domaine de la mesure de faibles masses de matière fissile (235U, 239Pu, 241Pu...) dans des colis de déchets radioactifs, l'Interrogation Neutronique Active (I.N.A.) est une méthode de mesure non-destructive permettant d'atteindre de bonnes performances. Elle reste cependant pénalisée par des incertitudes liées notamment aux effets de la matrice du colis de déchets. L'objectif de cette thèse est le développement d'une méthode de correction de ces effets de matrice, reposant sur la détermination de la teneur en matériaux absorbants (chlore et hydrogène) dans une matrice homogène de 118 litres. L'idée exploitée est d'utiliser la spectrométrie des rayonnements gamma de capture neutronique pour identifier et quantifier les composants de la matrice et en déduire un indicateur de sa teneur relative en chlore, afin de choisir le coefficient d'étalonnage le plus représentatif pour l'interprétation de la mesure neutronique I.N.A. Ce document expose tout d'abord les besoins de contrôle et de caractérisation des objets radioactifs ainsi que les moyens employés dans le cadre de la mesure nucléaire. Un accent particulier est mis sur l'I.N.A. Les colis de déchets concernées dans cette thèse sont des déchets technologiques, de densité inférieure à 0,4 g/cm3 et constituées majoritairement de matériaux hydrogénés et chlorés. L'intérêt des rayonnements gamma de capture pour la détermination d'un indicateur de la teneur relative en chlore des matrices et la méthode de correction définie sont ensuite exposés. Des premiers essais expérimentaux réalisés auprès d'une cellule de mesure I.N.A. existante (PROMETHEE 6) ont révélé son inadéquation au problème posé. En effet, aucun signal hydrogène provenant des matrices n'a pu être mis en évidence compte tenu d'un même signal parasite intense. En outre, le niveau de signal chlore mesuré s'est avéré faible. Une cellule de mesure dédiée à la détection des rayonnements gamma de capture, baptisée REGAIN (REcherche des Gamma d'Activation et Irradiation Neutronique), a alors été dimensionnée à l'aide du code de calcul Monte-Carlo N-Particle (MCNP). Les mesures effectuées auprès de cette nouvelle cellule ont permis de mettre en évidence l'hydrogène des matrices et d'obtenir des signaux gamma d'intérêt utilisables. L'exploitation de ces résultats a ensuite conduit à la définition d'une méthode de correction reposant sur le tracé d'abaques reliant l'indicateur retenu - rapport du signal chlore (doublet à 786/88 keV) et du signal hydrogène (raie à 2223,3 keV) - à la teneur relative en PolyChlorure de Vinyle (PVC) de la matrice, puis au coefficient d'étalonnage I.N.A. calculé par le code de calcul MCNP. Cette méthode de correction réduit l'incertitude sur la masse de contaminant annoncée par rapport à l'interprétation pénalisante réalisée sans aucune connaissance de la composition de la matrice, et ce sur la majeure partie du domaine de compositions et de densités étudié. Les limites actuelles de la méthode proposée se situent principalement dans la dispersion de l'indicateur choisi en fonction de la densité pour une composition de matrice donnée.

Dans cette thèse et dans le but d'améliorer le ratio temps/précision des calculs de simulation numérique, nous explorons les techniques multi-échelles pour la résolution des équations de la cinétique des réacteurs. Nous choisissons de nous focaliser sur l'approximation mixte duale de la diffusion et sur les méthodes quasi-statiques. Nous introduisons une dépendance spatiale dans la fonction d'amplitude qui ne dépend que de la variable temps dans le contexte quasi-statique standard. Avec cette nouvelle factorisation, nous développons deux problèmes mixtes duaux qui peuvent être résolus avec le solveur MINOS du CEA. Un algorithme est implémenté, effectuant la résolution des ces problèmes définis sur des échelles différentes (en temps et espace). Nous nommons cette approche : la méthode Quasi-Statique Locale. Nous présentons ici cette approche multi-échelle et sa mise en \oe uvre. Les détails propres aux traitements de l'amplitude et de la forme sont développés et justifiés. Les résultats et performances, comparés à MINOS, sont étudiés. Ils illustrent l'amélioration du ratio temps/précision pour les calculs de cinétique. De plus, nous ouvrons de nouvelles possibilités pour paralléliser les calculs avec MINOS. Pour la suite, nous introduisons aussi quelques pistes d'amélioration avec les échelles adaptatives.

Cette thèse est consacrée à l'analyse mathématique, la résolution numérique et la modélisation des équations de transport. Dans un premier temps, on s'intéresse à l'approximation numérique de la solution des équations de transport par un schéma mixte-hybride. On introduit<br />et étudie une formulation mixte de l'équation du transport. L'étude du problème variationnel mixte est menée avant d'en présenter sa discrétisation et les propriétés fondamentales du schéma obtenu.<br />On s'attache en particulier a démontrer l'efficacité de la méthode dans la limite de diffusion (lorsque le libre parcours moyen des particules est petit devant les dimensions caractéristiques du domaine physique). On présente des cas tests académiques permettant de comparer notre schéma à d'autres méthodes dans des<br />configurations physiques variées et de valider notre schéma sur des cas tests analytiques. On s'applique à valider le schéma sur des maillages non structurés même très déformés tels que ceux issus de l'hydrodynamique lagrangienne. Une seconde partie de la thèse consiste à étudier deux problèmes de transport. Le premier problème est une étude de la diffusion due aux conditions aux limites dans un problème de transport entre deux plaques planes. L'autre problème consiste à modéliser et simuler les phénomènes de transfert radiatif dans le cadre industriel de la fusion par confinement inertiel.

La plupart des polluants responsables de la dégradation des cours d'eau sont contrôlés par le<br />comportement des Matières En Suspension (MES). Si leur rôle dans le transport des polluants<br />n'est plus à démontrer, en revanche, l'identification de leurs sources et puits reste<br />problématique. L'objet de ce travail a été de développer une méthodologie permettant de<br />préciser lorigine des MES et de suivre leur transfert sur le bassin de la Seine. Cette<br />méthodologie combine :<br />-lidentification d'une large palette d'éléments (analyse par activation neutronique) ne<br />se limitant pas aux seuls polluants (Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As, Br, Rb, Sr, Ag, Sb, Cs,<br />Ba, Hf, Ta, Au, Terres Rares, Th),<br />-un échantillonnage par trappes à sédiments sur lensemble du bassin et avec un suivi<br />régulier sur la période 1999-2002 (33 stations exploitées),<br />-un traitement statistique de linformation recueillie (analyse en composantes<br />principales).<br />Cette méthodologie a permis de préciser à quelle échelle les signatures multiélémentaires<br />portées par les MES se différencient les unes des autres, et à quelle logique obéissent les<br />différences observées. Ainsi, signatures naturelles et signatures anthropiques ont pu être<br />distinguées. Les premières témoignent des différences de lithologie existant sur le bassin<br />(Cs/Sc, Ca, Hf, Na, Terres Rares lourdes/Terres Rares légères). Parmi les secondes, certaines<br />marquent des zones de contamination étendue (Zn/7Be, Sb, Cr, Au, Ag) tandis que d'autres<br />identifient une pollution plus localisée (Th/La).<br />Grâce à cette méthodologie, il est donc possible de préciser lorigine des MES et de suivre<br />leur transfert de lamont vers laval. Ces résultats offrent donc la possibilité dun meilleur<br />contrôle des transferts de sédiments, outil indispensable aux gestionnaires et usagers de l'eau.

Nous avons entrepris une étude systématique de l'évolution de la structure et des propriétés physiques de la série de composés excédentaires en oxygène M+3Cu+1O2+δ (M=Y, La, Nd, In et Sc) en fonction de la stœchiométrie en oxygène. Ces composés dérivés de la delafossite, se révélaient très intéressants à la fois pour l'analogie qui existe avec les cuprates supraconducteurs et pour les propriétés magnétiques exotiques dues à la basse dimensionalité et à la présence de réseaux frustrés. En optimisant les conditions de synthèses nous sommes parvenus à synthétiser sous forme de poudres des composés de bonne qualité, nous permettant de réaliser des études structurales détaillées. Dans ce contexte, les techniques de laboratoire, telles que la diffraction de rayons X et la microscopie électronique ont été combinées avec la diffraction de neutrons et de rayonnement synchrotron. Les surstructures apparaissant dans ces composés, dépendent de la valeur de δ (1/2 ou 2/3) ainsi que de la nature du cation M+3. L'insertion de l'oxygène dans les plans de cuivre peut conduire à l'apparition de chaînes de spins couplés par superéchange ou à des plans de kagomé formés de triangles de cuivres centrés par les atomes d'oxygène. Le calcul de structure électronique confirme l'apparition de niveaux d'impuretés dans la bande interdite de la delafossite non-dopée. D'autre part les mesures de résistivité effectuées, montrent que tous les composés synthétisés sont des isolants à localisation induite par le désordre. Les propriétés magnétiques révèlent des comportements différents, caractéristiques de chaque type de réseaux de spins ½ formé.

Cette thèse porte sur l'étude de trois systèmes de spins basse dimension par diffraction et diffusion inélastique de neutrons. Dans le composé DMACuCl3, les mesures macroscopiques semblent indiquer la coexistence de deux types de dimères : antiferromagnétique et ferromagnétique. Une étude par diffraction nous a permis de déterminer sa structure magnétique en champ nul qui prouve l'existence des deux dimères de manière irrévocable. Il a été montré que le composé de type Ising BaCo2V2O8 serait le premier système présentant un ordre magnétique incommensurable longitudinal (ICL) sous champ. Tout d'abord, nous avons déterminé la structure magnétique en champ nul. Ensuite, nous avons suivi l'évolution du vecteur de propagation en fonction du champ magnétique caractérisant ainsi l'entrée dans la phase ICL à Hc = 3.9 T. La détermination de l'ordre magnétique de la phase ICL confirme que BaCo2V2O8 est le premier composé présentant un ordre magnétique colinéaire à la direction du champ. Il a été montré que le composé organique DF5PNN est bien décrit à basse température par des chaînes de spins à couplages alternés. Or la structure cristallographique connue à température ambiante implique des couplages uniformes. Notre étude par diffraction montre l'existence d'une transition structurale à basse température (Tc = 450 mK) faisant passer du groupe d'espace C2/c à Pc, et expliquant la nature alternée des interactions. Nous avons également caractérisé une transition structurale induite sous champ (Hc = 1.1 T) faisant revenir le groupe d'espace à C2/c. Cette transition implique un retour à l'uniformité des échanges, ce que nous avons confirmé en étudiant les excitations magnétiques.

Un emballage de transport et de stockage de matières radioactives comporte un polymère vinylester chargé assurant le blindage neutronique. Ce rôle de blindage repose sur la teneur en atomes d'hydrogène et de bore de ce matériau. En effet, les atomes d'hydrogène ralentissent les neutrons, ces derniers sont ensuite captés majoritairement par les atomes de bore. Pendant sa mise en service, ce matériau est soumis à trois types de vieillissement : le vieillissement hygrothermique, la thermo-oxydation ainsi que l'irradiation aux neutrons. Le but de ce travail est d'étudier les effets de ces vieillissements sur les propriétés et la composition chimique d'un matériau composite à base de matrice vinylester et de charges minérales. Les essais accélérés de vieillissement hygrothermique sont réalisés à des températures comprises entre 80°C et 140°C dans un milieu saturé en humidité. L'étude physico-chimique montre essentiellement l'extraction de prépolymère, durcisseur et oligomères non réagis ainsi que la poursuite de la réticulation. La résistance à l'hydrolyse bien connue des matrices vinylester a été confirmée. A 120°C et 140°C, la principale conséquence est la chute initiale importante des propriétés mécaniques induite par le déchaussement des charges minérales. Les essais accélérés de thermo-oxydation sont effectués à 120°C, 140°C et 160°C à la pression atmosphérique ou à une pression de 2 bars d'oxygène. Ce vieillissement induit une perte de masse et la formation d'une couche oxydée superficielle. Un modèle cinétique fondé sur le couplage réaction d'oxydation/diffusion d'oxygène a permis de calculer à long terme, le profil de concentration des produits d'oxydation, la perte de masse et la perte en atomes d'hydrogène. Quelques essais d'irradiation aux neutrons n'indiquent pas d'effet significatif sur l'état physico-chimique et le comportement mécanique du blindage neutronique.