Ce travail de thèse s'inscrit dans une collaboration entre le groupe Application et Valorisation des Interactions Rayonnement-Matière et l'entreprise Hamamatsu pour l'étude d'une électronique dédiée et fortement intégrée destinée à équiper un photomultiplicateur multianodes de type H8500. De par leur faible zone morte et leur configuration multianodes, ces photomultiplicateurs permettent d'améliorer les performances des gamma-caméras utilisées en particulier pour le dépistage du cancer du sein (scintimammographie). Après avoir élaboré un cahier des charges à partir des tests effectués sur ces tubes photomultiplicateurs, une électronique d'acquisition spécifique est proposée. Elle est composée d'un préamplificateur de courant multigain, d'un intégrateur commuté et d'un convertisseur analogique-numérique à rampe. L'ensemble est autodéclenché sur le signal. Cette électronique à fait l'objet de plusieurs prototypes multivoies dont la conception et les résultats de tests sont présentés.

Au cours de cette thèse des études principalement de spectroscopie Raman et de spectroscopie d'absorption des rayons X produits par rayonnement synchrotron ont été réalisées dans le but de mieux comprendre l'évolution des propriétés des nanotubes de carbone sous pression et leur intérêt comme matériau précurseur pour la synthèse de nouvelles phases carbonées sous hautes pressions. Cette thèse est constituée de deux parties. La première porte sur l'étude par spectroscopie Raman des nanotubes de carbone monoparois en cellule à enclumes de diamant pour des pressions jusque 40 GPa. Pour suivre l'évolution des propriétés de résonance sous pression, deux longueurs d'onde d'excitation (632.8 et 514.5 nm) ont été employées. Nos résultats montrent qu'une perte des propriétés de résonance se produit de manière progressive sous pression. A 20 GPa les nanotubes de carbone ont totalement perdu leurs propriétés de résonance. L'effet du milieu transmetteur de pression utilisé et l'influence de la provenance des nanotubes de carbone sont également discutés, notamment au niveau du profil des modes hautes fréquences. La seconde partie est consacrée aux nanotubes de carbone monoparois dopés à l'iode. Des expériences de spectroscopie Raman en cellule à enclumes de diamant et d'absorption des rayons X en presse Paris-Edinburgh ont été réalisées sur ce type d'échantillon. Une série de synthèses à haute pression et haute température en presse multi-enclumes (conditions de synthèse: 14.5 GPa, 1500C) ont confirmé la possibilité d'utiliser les nanotubes de carbone dopés comme précurseur pour l'obtention de nouvelles phases carbonées.

Le travail de cette thèse concerne la croissance et l'étude des propriétés physiques de structures nanométriques susceptibles de se former sur des surfaces à marches. De précédentes études tant expérimentales que théoriques ont montré que même si les méthodes de croissances auto organisées permettent d'obtenir un grand nombre de nanostructures, la qualité des fils est très dépendante des conditions de préparation et de la statistique du dépôt. L'idée originale de ce travail consiste à assister la croissance en utilisant une pointe de microscope STM. Afin de caractériser les propriétés spécifiques des structures alors formées, il convient d'avoir préalablement décrit de façon exhaustive le substrat et son interaction avec les atomes adsorbés. Le code de calcul DFT FLEUR est utilisé afin de caractériser diverses surfaces de platine tant du point de vue structurel qu'énergétique. Dans le prolongement de ce travail, nous abordons également la caractérisation de propriétés magnétiques de chaines de cobalt non supportées ou bien déposées sur des surfaces de platine vicinales. Dans la première partie, nous présentons une étude concernant des phénomènes de croissance menée numériquement à l'aide d'un modèle KMC (Kinetic Monte Carlo). Pour le système Xe/Cu(110), nous montrons que la présence d'une pointe STM fixe peut, suivant la hauteur à laquelle elle est placée au dessus de la surface modifier localement la diffusion des adatomes et également permettre la mesure des coefficients de diffusion caractéristiques du déplacement des atomes. Nous nous sommes ensuite placés dans un cadre plus général et nous avons montré qu'il est possible d'améliorer les profils de nanofils déposés sur des surfaces vicinales à l'aide d'une pointe STM mobile utilisée en mode répulsif ou attractif. La perfection du fil est fonction du nombre et du type de balayages effectués, ainsi que de l'intervalle de température considéré. Nous nous sommes ensuite intéressés aux propriétés électroniques des surfaces de platine. Après avoir considéré en premier lieu les trois surfaces plates classiques (111), (100) et (110) notre attention s'est portée sur une surface vicinale (233) présentant la même géométrie de marche que la surface expérimentale (997) mais possédant une largeur de terrasses inférieure. Nous avons mené des calculs d'énergie de surface ou de marche, de densité d'états, ou encore de structures de bande. Les calculs des images STM ont été réalisés pour interpréter les images STM de la surface Pt(997) obtenues à l'EPFL (Lausanne, équipe de K. Kern et H. Brune). Ni la relaxation (vers l'intérieur), ni la densité d'état locale au voisinage de la marche ne permettent de comprendre la protubérance observée à cet endroit sur certains clichés expérimentaux. Ceci ne veut pas pour autant dire que nos calculs sont erronés. La protubérance observée peut être due à une erreur expérimentale et notamment au temps de réponse de la pointe. Une deuxième application du calcul d'images STM est relative à l'adsorption d'atomes d'Iridium sur un substrat (111) de même espèce. Les calculs FLAPW et les expériences du groupe de T. Michely (RWTH, Aachen) montrent sans ambiguïté que la pointe peut distinguer deux types d'empilements (hcp et fcc) d'énergie comparable mais présentant des densités d'états différentes au niveau de Fermi. Pour finir, l'étude des propriétés magnétiques de nanofils de cobalt non supportés ou adsorbés au pied des marches de platine est abordée. Pour le système non supporté, le moment magnétique passe de 3 uB pour l'atome de cobalt isolé, à 2.33 uB pour la chaîne, à 2.09 uB pour la monocouche et 1.65 uB pour le volume. Le calcul a ensuite été fait pour une succession périodique de fils de cobalt supportés par le platine (233) et relaxés. Les calculs montrent que le substrat a peu d'influence sur le moment de spin. Par contre, on observe un blocage fort du moment magnétique orbital par le champ cristallin créé par les atomes de platine. Les moments magnétiques de spin et orbital sont égaux respectivement à 2.105 uB et [0.058-0.091]uB selon la direction de l'aimantation. Le calcul de l'anisotropie magnétique semble montrer que l'axe de facile aimantation est dirigé selon les fils lorsque le système n'est pas relaxé. Seule la relaxation permet d'expliquer le fait que l'axe de facile aimantation sort de la chaîne.

Cette thèse regroupe une série de travaux concernant la structure et la dynamique des réseaux génétiques. Nous proposons tout d'abord une méthode de conception de réseaux génétiques par évolution in silico. Cette procédure vise à concevoir des motifs réalisant une fonction donnée sans aucune contrainte sur leurs structures a priori. L'algorithme a permis de trouver de nombreux motifs originaux et connus. Une comparaison avec les réseaux existants ainsi que diverses extensions possibles du champ d'application de l'algorithme sont proposées. Nous étudions dans une seconde partie les propriétés d'un motif fréquemment trouvé par cet algorithme et sur représenté dans les réseaux naturels. Ce module de rétroaction mixte (``Mixed Feedback Loop'' ou MFL) est constitué de deux protéines A et B, la protéine A régulant la transcription du gène b, les deux protéines formant un dimère inactif. Une analyse mathématique détaillée de ce module est proposée. En particulier, nous montrons que ce module peut se comporter soit comme un commutateur génétique bistable, soit comme un oscillateur. Un diagramme de phase ainsi qu'une description mathématique précise du cycle de l'oscillateur sont dérivés analytiquement. Enfin, dans une troisième partie, nous nous intéressons plus particulièrement à des exemples biologiques d'oscillateurs génétiques : les horloges circadiennes. Les propriétés générales de ces oscillateurs sont rappelées et un modèle pour l'horloge circadienne de Neurospora crassa, basé sur le réseau MFL, est proposé. En particulier, nous montrons l'importance d'une seconde boucle de rétroaction pour la robustesse des oscillations face à la variation des paramètres.

Dans le Système International d'unités (SI) le kilogramme est l'unité de masse, qui est définie comme étant égale à la masse du prototype international du kilogramme en platine iridié. Le contrôle des étalons de masse est essentiel vis _a vis, entre autre, des industries qui doivent garantir une production calibrée. Ce travail est consacré à l'étude en champ proche et champ lointain des surfaces des étalons de masse métalliques, en lien avec différents instituts, laboratoires nationaux et internationaux de la métrologie. Nous avons mené deux types de mesures : mesures de type shear-force pour déterminer la topographie locale de la surface et mesures en champ proche optique pour approfondir l'analyse de la surface par mesure optique localisée à haute résolution. Une analyse de l'évolution de la topographie des surfaces des étalons de masse et de la structure du champ proche optique diffracté par les défauts des ces surfaces a été menée au cours de ce travail de thèse.

Le premier chapitre est consacré à la description rapide des différentes méthodes d'auto-organisation de boîtes quantiques et à leur mise en ordre à longue distance dans le plan du dépôt. Puis l'intérêt d'une méthode utilisant des dislocations enterrées est présenté. Cette méthode utilise le collage moléculaire et a été initiée lors de mon séjour à l'Université de Santa Barbara en 1997 dans le système InAs/GaAs. L'apport des collages moléculaires silicium/silicium, très bien maîtrisés au CEA/LETI/DTS, a permis d'aller bien au-delà de cette étude préliminaire (voir thèse F. Fournel, 2001). Les principes des collages moléculaires du silicium sont succinctement rappelés dans le chapitre II, qui est consacré à la présentation d'une méthode originale de réflectivité à haute énergie et à haute résolution permettant d'étudier les mécanismes structuraux du collage pour des interfaces très enterrées (travail en collaboration avec F. Rieutord). Des exemples sont donnés dans le cas des collages de type silicium sur oxyde de silicium, et silicium sur silicium. Le troisième chapitre traite de la réalisation et de l'utilisation d'un réseau enterré de dislocations. L'état de l'art est rappelé avant de décrire les calculs d'élasticité continue isotrope qui permettent de quantifier les champs de déplacements et de contraintes efficaces en surface pour positionner les boîtes quantiques. La diffraction en incidence rasante est utilisée pour mesurer et analyser quantitativement ces réseaux. Le quatrième chapitre est consacré aux résultats obtenus avec cette technique dans le cas de dépôts de Si et de Ge sur des substrats collés, ainsi qu'à l'obtention d'une morphologie de surface gaufrée contrôlée à la fois en période et en amplitude. Pour conclure, trois perspectives importantes de ce travail sont succinctement exposées à la fin de ce mémoire.

Cette thèse porte sur la simulation numérique d'un écoulement interne compressible, ins- tationnaire et turbulent à l'aide de la Simulation des Grandes Echelles (SGE). Dans cette approche, les grandes échelles énergétiques et instationnaires de l'écoulement sont calcu- lées, tandis que les petites échelles sont modélisées. L'objectif de ce travail, réalisé en collaboration avec le Consortium Industrie-Recherche dans les Turbomachines (CIRT) et le LEMFI, est d'analyser les potentialités de la SGE pour le calcul d'écoulements confinés en géométrie 3D en vue d'applications aux turboma- chines. Le cas d'étude retenu pour la validation de la méthodologie est l'écoulement dans une tuyère 3D transsonique pour lequel il existe de nombreux résultats statistiques (LEMFI) et expérimentaux (ONERA). La tuyère est caractérisée par une bosse en flèche sur la paroi basse génératrice d'effets 3D. L'écoulement, sans rotation, présente cependant les phénomènes physiques complexes d'interaction onde de choc/couche limite et de large dé- collement, comme ceux rencontrés au sein des turbomachines. La SGE est obtenue à partir d'un modèle de sous maille d'échelles mixtes développé au LIMSI-CNRS. La discrétisa- tion temporelle des équations est réalisée par un schéma de Runge-Kutta explicite d'ordre deux. Les flux Euler sont discrétisés par un schéma TVD d'Harten-Yee d'ordre deux tandis que les flux visqueux le sont par un schéma centré. La SGE a permis d'obtenir des informations instationnaires sur l'écoulement, et de mettre en évidence la formation et le lâcher de tourbillons dans la tuyère. La solution insta- tionnaire est différente de la solution stationnaire RANS obtenue avec une modélisation statistique classique et montre l'oscillation du choc et la déstabilisation du décollement au cours du temps. Les résultats de la SGE obtenus sur le nombre de Mach isentropique, les profils de la vitesse moyenne et les tensions de Reynolds sont discutés et comparés aux résultats expérimentaux (ONERA) et statistiques, obtenus avec le modèle de Launder- Shima (LEMFI). Le bilan de l'énergie cinétique turbulente (k) est analysé et comparé à celui donné par la modélisation statistique, dans le décollement. Les résultats de la SGE montrent des différences notables avec les résultats statistiques dans le c÷ur de la tuyère : les termes de fluctuations de pression importants mesurés dans le choc sont pris en compte par la SGE.

Ce sujet de thèse concerne le développement et la mise au point d'un système de dosimétrie passive à base des détecteurs BaFBr:Eu2+ répondant aux nouvelles recommandations de la CIPR. Lorsqu'un film photostimulable est exposé aux rayonnements ionisants, il convertit l'énergie absorbée en une image latente. Cette énergie, emmagasinée par des électrons piégés, peut être ensuite libérée en différé sous l'effet d'une stimulation LASER sélective. Cette dernière provoque une luminescence proportionnelle à la dose reçue. Des mesures expérimentales de la fonction de réponse, en dose et en énergie, des neutrons et des rayonnements Γ ont été réalisées et complétées par des calculs de modélisation Monte-Carlo. Il ressort de cette étude que ce système peut être adapté à la dosimétrie passive des faibles et des fortes doses. Les résultats montrent un seuil de détection en équivalent de dose de 23 µSv pour les neutrons rapides et de 1,5 µGy pour les rayonnements Γ d'énergie 1,2 MeV. Destinés à la dosimétrie passive personnelle, les dosimètres mis au point ont été irradiés en conditions réelles d'utilisation, sous faisceaux de neutrons rapides et thermiques, à différents angles sur un fantôme selon les normes ISO. Ces études ont également montré la possibilité d'utiliser pour la première fois ces films pour d'autres applications en dosimétrie, notamment pour la détection du signal radon dans l'environnement. Malgré leurs avantages (facilité d'utilisation, rapidité de lecture, numérisation de l'image, remise à zéro, absence de traitement chimique) par rapport aux d'autres détecteurs passifs tels que les solides de traces nucléaires ou les thermoluminescents, les photostimulables présentent un inconvénient lié au fading. Nous présentons deux procédures pour la correction de ce fading pendant et après irradiation.

Tempêtes et ouragans causent des dégâts considérables dans les forêts de plantation du globe, entraînant ainsi des pertes économiques sévères. La question de la tenue aérodynamique du système aérien de l'arbre est centrale pour déterminer les risques de ruine lors de tels événements. Un modèle de dynamique non-linéaire des structures basé sur la Méthode des Eléments Finis a été développé afin d'évaluer le comportement mécanique de l'arbre soumis à l'écoulement atmosphérique, de nature turbulente en milieu forestier. L'analyse numérique est nécessaire pour appréhender toute la variabilité et la complexité de l'architecture aérienne des arbres. Les oscillations libres de trois jeunes Pins maritimes (Pinus Pinaster Ait.) sont caracterisées experimentalement et par des simulations numériques. L'influence de la morphologie des sujets est prise en compte. En outre, le modèle est appliqué à un Epicéa de Sitka (Picea Sitchensis) sous forçage aérodynamique. Enfin, la méthode des plans d'expérience est employée pour identifier les facteurs clés affectant la stabilité d'un Pin maritime soumis à un vent simulé. Les paramètres étudiés sont les caractéristiques géométriques et matérielles de la structure. Les résultats mettent en évidence l'aptitude du modèle à prédire les caractéristiques dynamiques d'arbres réels. Ils confirment de plus l'incidence de l'architecture aérienne sur les mouvements de l'arbre induits par le vent.

Les progrès en microtechnologie durant la dernière décennie ont abouti à la réalisation de plans focaux infrarouge (PFIR) de grand format, intégrant une importante densité de détecteurs (ou pixels) au centimètre carré. La caractérisation de ces composants sophistiqués devient alors un véritable défi, en particulier la mesure de la réponse spatiale des détecteurs, décrite par la fonction de transfert de modulation (FTM). Cette mesure nécessite la projection de mires parfaitement connues qui couvrent toute la surface du PFIR et contiennent des détails sub-pixels. Depuis plusieurs années, une technique originale de mesure de FTM est à l'étude à l'ONERA. L'idée initiale était d'utiliser la propriété d'auto-imagerie d'un réseau en transmission éclairé par une onde plane quasi-monochromatique, appelée effet Talbot. Un premier banc de test a été développé et a permis d'effectuer des mesures sur des PFIR fonctionnant dans la bande [1-2,5 µm] et [3-5µm]. Pour le test des composants fonctionnant dans la bande des hautes longueurs d'onde (8-12 µm), la technique se heurte à des limitations physiques (appelées effets non-paraxiaux) et des solutions alternatives ont été proposées, basées sur une classe particulière de faisceaux auto-imageants, appelés les tableaux nondiffractants. L'objet de la thèse est d'étudier de manière quantitative et rigoureuse ces effets non-paraxiaux et de développer les solutions proposées précédemment. En particulier, des techniques originales permettant de générer des tableaux nondiffractants haute-résolution (c'est-à-dire contenant des motifs de taille proche de la longueur d'onde) sont étudiées théoriquement et expérimentalement. Ces techniques exploitent l'éclairage panchromatique du réseau ainsi qu'un nouveau type de réseaux auto-imageants appelés réseaux continûment auto-imageants. Enfin, on montre que pour les mesures de FTM à différentes longueurs d'onde, une somme incohérente d'auto-images monochromatiques enregistrées à différentes distances permet de construire des motifs analogues à ceux obtenus avec un éclairage panchromatique.