Le comportement des systèmes magnétiques submicroniques suscite un vif intérêt, motivé par le progrès continu des techniques de nano-fabrication et entretenu par une multitude d'applications potentielles (mémoires non-volatiles). La compréhension des effets induits par le confinement de la taille latérale des systèmes magnétiques combine le micromagnétisme expérimental et numérique. L'objectif de ce travail est de développer des outils numériques appropriés à l'étude du magnétisme des structures de dimensions réduites, en utilisant la modélisation micromagnétique. L'approximation des différences finies est utilisée pour l'évaluation des énergies et des champs internes qui décrivent l'état du système. L'algorithme de la minimisation de l'énergie libre repose sur l'intégration temporelle de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert. L'amélioration de l'approche numérique (la précision du calcul, la stabilité du schéma d'intégration) ainsi que sa validation à travers des problèmes test et des résultats expérimentaux représentent les premières étapes de nos travaux. Cette approche numérique flexible nous a permis d'étudier des systèmes bi- et tri-dimensionnels, périodiques et non-périodiques. Ainsi, les détails de la structure interne des parois de domaines dans des couches minces de Co à anisotropie magnétocristalline uniaxiale planaire ou perpendiculaire ont été obtenus et analysés en fonction de l'épaisseur de la couche et du champ externe appliqué. L'étude menée sur les plots cylindriques de Co nous a permis d'établir les limites de stabilité des différents états magnétiques en fonction de la taille latérale et des paramètres de matériau. Notamment l'état de type vortex, favorisé par la symétrie circulaire de l'objet, a été analysé pour un champ appliqué perpendiculairement au plan du plot. Le caractère tridimensionnel des parois de domaines dans des nanofils de Co épitaxiés à anisotropie magnétocristalline parallèle ou perpendiculaire à l'axe du fil a été mis en évidence.

Dans cette thèse, nous nous sommes attachés à mesurer la résistance induite par les parois magnétiques dans différents métaux ferromagnétiques (fer, cobalt, oxydes de manganèse, alliage de Fe0.5Pa0.5). Le premier circuit étudié consistait en un fil de 200 nanomètres de large et 50 nanomètres d'épaisseur, fabriqué par lithographie électronique. Par microscopie à force magnétique et microscopie de Lorentz nous avons observé que les domaines sont en position tête-bêche dans l'état vierge dans des fils de cobalt. La configuration magnétique a été suivie en fonction du champ appliqué. Par lithographie électronique, nous avons pu disposer sur le fil des contacts en or. Dans le cobalt, la résistance d'une paroi magnétique unique a été mesurée et sa valeur est supérieure aux prédictions théoriques. Dans le manganite, sur un circuit équivalent, nous avons pu mesurer la magnétorésistance de joints de grain. Nous avons aussi effectué la mesure de la résistance d'une paroi sur une couche à aimantation perpendiculaire (alliage de fer-palladium), dont les domaines étaient alignés. Nous avons mesuré la résistance perpendiculairement (MR=9%) et parallèlement (MR=2.8%) aux parois, et ainsi corroboré certains modèles. Nous avons, par ailleurs, étudié (expérimentalement et numériquement) des systèmes magnétiques dans lesquels l'anisotropie de forme joue un rôle prépondérant. Dans des plots triangulaires de taille variant entre 0.1 et 2 microns, la frustration géométrique stabilise des états de vortex. Dans des lignes de fer-palladium, nous avons montré que les dimensions des domaines étaient conservées lorsque la taille latérale du système était réduite jusqu'à 300 nanomètres En revanche, l'orientation des domaines devient anisotrope et les parois magnétiques s'orientent perpendiculairement à l'axe de la ligne. Ces études permettent de mieux comprendre les effets de l'anisotropie de forme.

L'effet des contraintes sur le comportement magnétique des ferrites est étudié de façon expérimentale (essai en traction et compression sur des éprouvettes parallélépipédiques et de compression sur des tores) et par une modélisation multiéchelle. Les mesures réalisées permettent de caractériser à la fois les comportements magnétique et magnétostrictif du ferrite étudié. Le modèle multiéchelle développé repose sur trois échelles : le domaine magnétique, le grain et le polycristal. A l'échelle du domaine magnétique, une minimisation de l'énergie totale permet de calculer l'orientation de l'aimantation sous les effets couplés de la contrainte mécanique, du champ magnétique appliqué et de l'orientation cristalline. A partir de ce calcul énergétique, une fonction de Boltzmann fournit une estimation de la fraction volumique des différents domaines du grain. Le comportement du polycristal est calculé par homogénéisation du comportement d'un nombre suffisant de grains. Le modèle ainsi élaboré permet de simuler le comportement magnétique et magnétostrictif. Les résultats sont en bonne adéquation avec les mesures expérimentales. Une modélisation du comportement sous champ magnétique haute fréquence décrivant l'effet des contraintes sur les phénomènes de relaxation de parois et de gyromagnétisme complète le modèle.

Le but de ces travaux était d'étudier les mécanismes de gonflement et de dissolution des fibres de cellulose en faisant varier la qualité du solvant (N-methylmorpholine-N-oxide avec différentes quantités d'eau et solutions aqueuses de NaOH à 8%), les conditions de dissolution, comme la tension, et l'origine des fibres (coton, bois, fibres régénérées ou dérivées). Les mécanismes de gonflement et de dissolution ont été étudiés par des observations microscopiques à haute résolution. Une séparation sélective des fractions solubles et insolubles a été réalisée par centrifugation. La distribution de masse molaire, la cristallinité, la composition en sucre, l'allomorphie et la quantité de chaque fraction ont été analysées. A partir de ces résultats, nous avons pu mieux décrire les mécanismes de gonflement et de dissolution des fibres de cellulose et ainsi identifier les principaux paramètres gouvernant la dissolution. Nos résultats montrent que les caractéristiques structurales et moléculaires des fibres de cellulose ainsi que les paramètres de procédés doivent être mieux contrôlés afin d'améliorer la dissolution. (i) Les paramètres de procédés concernent la convection du solvant et la possibilité de mouvements des fibres dans le solvant, (ii) les paramètres structuraux concernent la suppression des parois externes, la déstructuration des parois internes et la suppression sélectives des hémicelluloses, (iii) les paramètres moléculaires concernent la thermodynamique, comme la longueur des chaînes, la cristallinité mais aussi l'amélioration de la mobilité conformationelle des chaînes.

Les travaux portent sur l'analyse des écoulements qui se développent dans les bassins d'alimentation de pompes. Les structures qui en découlent sont généralement des tourbillons qui peuvent entrainer de l'air ou des particules solides comme les sédiments. Ce problème est généralement rencontré pour des applications d'irrigations, de captage des eaux usées et pour quelques applications marines. Les travaux présentent d'une part, des résultats expérimentaux obtenus sur une configuration de bassin d'alimentation de pompes de forme rectangulaire. Plusieurs configurations géométriques sont testées et analysées en particulier celles qui traitent de l'influence de l'immersion du tuyau d'alimentation et de sa position entre les murs latéraux. D'autres parts, une analyse basée sur une modélisation numérique de type RANS, permet de comprendre certains phénomènes, pour des configurations bien documentées qui ont également fait l'objet de résultats publiés. L'étude numérique est ensuite étendue à d'autres configurations en particulier pour détecter l'influence relative de certains paramètres géométriques jugés importants pour modifier les structures d'écoulements dans ces bassins

La modélisation numérique est devenue un outil indispensable qui permet la prise en compte de structures de plus en plus complexes. De nombreuses méthodes numériques ont été développées puis évoluées pour être adaptées au problème à résoudre. Parmi ces méthodes, la TLM (Transmission Line Matrix) est très connue par son efficacité dans la modélisation des structures en hyperfréquence. Nous nous sommes intéressés dans ce travail à la méthode FD-TLM, l'approche fréquentielle de la TLM. La formulation adoptée est dérivée de la TLM dans le domaine temporel moyennant une transformée de Fourier. Cette étude a englobé plusieurs aspects de la méthode en commençant par la présentation des principaux noeuds utilisés dans le maillage avant de passer à l'étude et l'analyse de l'erreur de vitesse dans la FD-TLM. Par la suite, une grande partie de ce travail a été consacrée à l'étude des parois absorbantes particulièrement les PML (Perfecly Matched Layers) et les opérateurs d'onde unidirectionnels qui ont présenté d'excellentes performances d'absorption. Finalement, dans le but d'une étude d'optimisation, la FD-TLM a été combinée à la méthode de segmentation permettant de subdiviser la structure en plusieurs sous-domaines qui peuvent être isolés et maillés séparément.

Dans ce manuscrit nous décrivons des études originales sur les propriétés photophysiques des nanotubes de carbone monoparois réalisées à l'échelle de la molécule unique. Nous nous sommes concentrés sur deux problématiques : l'effet du remplissage des nanotubes par de l'eau sur leurs propriétés de photoluminescence (PL) et la création de complexes multi-excitoniques en régime de forte excitation laser. Dans ce but nous avons utilisé une combinaison de microscopie, de spectroscopie et de mesures de déclin de PL. Nos résultats montrent pour des nanotubes de différents diamètres un décalage vers le rouge des énergies d'émission pour les nanotubes remplis d'eau. De plus, des déclins de PL biexponentiels sont obtenus pour des nanotubes individuels (6,4) vides et remplis d'eau. Les temps de déclin caractéristiques de ces deux espèces de nanotubes sont distincts, avec une réduction de la composante courte pour les nanotubes remplis. Ces résultats sont expliqués par une augmentation de la constante diélectrique dans les nanotubes remplis d'eau. Notre résultat le plus conséquent a été l'observation de la génération de trions dans des nanotubes non dopés en utilisant des moyen tout optiques. L'émission du trion apparaît dans les spectres de PL comme une bande latérale décalée vers le rouge. Basé sur nos observations expérimentales, nous proposons le modèle de génération du trion suivant lequel dans un régime multiexcitonique les interactions d'annihilation exciton-exciton créent des porteurs de charge qui sont piégés dans les fluctuations de potentiel électrostatique induites par les inhomogénéités de l'environnement. L'absorption subséquente d'un photon amène à la formation d'un trion localisé sur les charges piégées.

Les nanotubes de carbone (NTC) possèdent des propriétés électriques pouvant répondre aux futures demandes de la microélectronique. Toutefois, des méthodes d'intégration de ces nano-objets dans des systèmes complexes doivent être développées. Le but de ces travaux de thèse était le développement d'un procédé permettant de déposer sélectivement des NTC doubles parois de manière orientée, et ce, à l'échelle d'un wafer de silicium. Un certain nombre de méthodes ont été développées. L'utilisation d'une pulvérisation de suspension de NTC couplée à différentes méthodes de microstructuration a permis de réaliser, à de grandes échelles, des dépôts de tapis de NTC microstructurés à des résolutions de l'ordre du micron. Bien que ne répondant pas à tous les critères requis pour la microélectronique ces techniques de dépôt ont pu trouver une application dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. Ces travaux ont donné lieu à un dépôt de brevet. Afin d'améliorer les méthodes de synthèse de nos échantillons de NTC conducteurs, une technique de caractérisation grande échelle des caractéristiques électriques de NTC a été mise en œuvre. En effet, l'impossibilité d'obtenir une information statistique sur les propriétés des NTC présents dans un échantillon entravait les possibilités d'optimisation. La technique développée se base sur l'étude de la réponse d'un ensemble de NTC soumis à une forte rampe de tension. La destruction successive des NTC permet de mesurer les propriétés de nano-objets individuels et ainsi de rapidement tirer des données statistiques. Finalement, une technique originale basée sur la manipulation de NTC par des champs électriques et des forces capillaires a été développée. Le contrôle des forces capillaires permet de concentrer des NTC dans une cavité où ces derniers seront piégés et alignés par un champ électrique. Cette technique a permis non seulement d'obtenir des connexions en NTC denses et très conductrices mais également de réaliser dive rs dispositifs fonctionnels tels que des nano-résonateurs ou encore des capteurs.

L'étude du déplacement des parois de domaine magnétique au moyen d'un courant électrique a généré beaucoup d'intérêt ces dernières années, notamment depuis que de nouveaux dispositifs mémoire utilisant cet effet ont été proposés. Récemment, un nouveau mécanisme capable de propager les parois sous courant avec une grande efficacité a été mis en évidence dans des matériaux tri-couches à anisotropie perpendiculaire et fort couplage spin-orbite. La compréhension de ce mécanisme, appelé couple de spin-orbite (SOT), reste néanmoins très incomplète, tout comme celle de son effet sur la propagation des parois de domaines. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier l'influence du SOT sur la dynamique des parois de domaine. Pour cela, j'ai étudié expérimentalement le déplacement de parois sous l'action d'un courant et d'un champ magnétique dans une tri-couche de Pt/Co/AlOx. Un champ magnétique planaire, statique, a été utilisé pour modifier la structure interne de la paroi et ainsi moduler l'action du SOT sur la dynamique de celle-ci. Ce travail a permis de mettre en évidence l'existence d'un effet " chiral " dans la dynamique de la paroi pour ce type de système. Pour expliquer ce résultat, nous avons proposé une nouvelle structure de paroi dans les matériaux ultra-minces à anisotropie perpendiculaire, résultant de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. En combinant des calculs analytiques et des simulations micro-magnétiques, la dynamique de telles parois a été étudiée et comparée aux résultats expérimentaux. Les désaccords que nous avons alors pu observer nous ont amené à proposer une seconde interprétation basée sur la présence d'un mécanisme d'amortissement anisotrope.

L'étude du permafrost des parois alpines est essentielle pour comprendre son rôle dans le déclenchement des écroulements rocheux. Pour estimer la distribution du permafrost dans les parois du massif du Mont Blanc, nous avons développé trois axes de recherche appuyés sur trois méthodes d'investigation. La mesure continue de la température des parois sur le site pilote de l'Aiguille du Midi, à leur surface depuis 2005 et jusqu'à 10 m de profondeur dans trois forages depuis 2010, révèle les caractéristiques locales du permafrost : coexistence de secteurs de permafrost chaud (>-2°C) et froid, couche active comprise entre c. 2 m et c. 6 m selon l‘exposition, flux latéraux de chaleur, effets variables de la neige et de la fracturation. La modélisation statistique de la distribution du permafrost suggère une présence sporadique du permafrost dès 1900 m en face nord et 2300 m en face sud dans les secteurs localement favorables, puis plus continue à partir de respectivement 2600 m et 3000 m d'altitude. Cette modélisation, réalisée sur un MNA à 4 m de résolution, a été comparée au même modèle implémenté sur un MNA à 30 m de résolution : la résolution métrique est apparue nécessaire pour une prédiction pertinente à l'échelle locale. Enfin, la tomographie de résistivité électrique a été appliquée sur huit profils de 160 m de long et 25 m de profondeur sur six faces subverticales du massif dont deux répétés en 2012 et 2013. Les résultats permettent (i) la caractérisation 2D du permafrost : identification de permafrost chaud, du contrôle topographique dans les secteurs très escarpés, suggestion des effets de la neige et de la fracturation; et (ii) l'évaluation de notre modèle de distribution à 4 m  la résolution à 30 m étant trop grossière. Si le modèle paraît réaliste, il surestime toutefois l'occurrence du permafrost dans les secteurs caractérisés par la présence de glaciers, sans doute du fait du rayonnement réfléchi et diffus exacerbé par la surface glaciaire. Nos résultats ont été mobilisés pour analyser la distribution de 523 écroulements ayant affecté les parois d'altitude en 2003 et entre 2007 et 2014. Près de 90% de ces écroulements sont survenus dans des parois à permafrost chaud, ce qui confirme que la dégradation du permafrost est un facteur majeur de leur déclenchement. Le développement futur de modèles physiques permettra d'améliorer la compréhension systémique de la distribution et de l'évolution du permafrost. / Rockwall permafrost investigation is essential for understanding of its role in the triggering of rock falls. To estimate permafrost distribution in the Mont Blanc massif rockwalls, we developed three axes of research based on three methods. The monitoring of rockwall temperatures at the pilot-site, Aiguille du Midi, at the surface since 2005, and down to 10-m-deep since 2010, reveals local characteristics of permafrost: warm (>-2°C) and cold permafrost areas coexist, active layer ranges from ca. 2 m and ca. 6 m according to exposure, lateral heat fluxes, variables effects from snow and fractures. The statistical modelling of permafrost distribution suggests sporadic occurrences of permafrost from 1900 m asl. on north faces and 2300 m asl. on south faces in locally favourable conditions, its presence is more continuous from 2600 and 3000 m asl., respectively. The model has been implemented on a 4-m-resolution DEM and has been comapred to the same model based on a 30-m-resolution DE%: the metric resolution appeared necessary for a relevant prediction at the local scale. Finally, electrical resistivity tomography has been applied on eight 160-m-long and 25-m-deep profiles on six subvertical rock faces, two of which being repeated in 2012 and 2013. The results allow for (ii) a 2D characterisation of permafrost: identification of warm permafrost areas, of the topographical control on sharp crests, suggestion of snow and fracturing effects; and (ii) evaluation of the 4-m-resolution model  the 30-m-resolution being to coarse. Even though the model seems realistic, it overestimates permafrost occurrence in areas characterized by the presence of glaciers, certainly because of the reflected and diffuse radiations that are intensified by the glacial surface. Our results have been used to analyse the distribution of 523 rockfalls triggered from high alpine rockwalls in 2003 and from 2007 to 2014. Nearly 90% of these rockfalls have been triggered in warm permafrost rockwalls, which corroborates that permafrost degradation is a triggering factor of rockfall. Futur developments of physic-based models will allow improving of systemic understanding of the distribution and evolution of permafrost.