Avec l'évolution rapide des techniques de nanofabrication, ces dix dernières années ont vu l'émergence de nouveaux composants pour l'optique dont la caractéristique principale est d'être constitués par la répétition d'un motif périodique de dimension sub-longueur d'onde. Ce travail de thèse est consacré à l'étude en champ proche et en champ lointain de deux familles de composants périodiques : les cristaux photoniques et les réseaux métalliques présentant une transmission exaltée, ou "tamis à photons". Nous commencerons par étudier des cristaux photoniques bidimensionnels sur membrane. Notre microscope en champ proche nous permettra d'accéder à la distribution spatiale de l'intensité à l'intérieur de microcavités à cristal photonique. Nous mettrons également en évidence l'existence d'un couplage entre les modes guidés pair et impair d'un guide droit à cristal photonique. Dans une seconde partie, nous nous intéresserons à des réseaux métalliques en transmission. Grâce à la méthode différentielle, qui permet de modéliser efficacement ces structures, nous discuterons les propriétés physiques de réseaux unidimensionnels avec ou sans ouvertures. Le rôle des modes plasmon-polaritons de Bloch dans le processus de transmission au travers de structures sans ouvertures sera clairement établi.

Certains minéraux de la famille des apatites sont pressentis pour être utilisés comme matrices de conditionnement ou d'incinération dans l'optique d'un traitement futur des déchets nucléaires de haute activité et à vie longue. L'étude de réacteurs nucléaires naturels fossiles (Oklo) a en effet permis de mettre en lumière la forte capacité de ces minéraux à auto-guérir les dégâts d'irradiation. Afin de définir un comportement type pour ces matériaux, nous avons mené une étude fondamentale concernant l'évolution de l'endommagement après irradiation par différents ions lourds dans deux apatites : une fluoroapatite phosphocalcique naturelle (Durango) et une fluoroapatite monosilicatée synthétisée par frittage (britholite). Cet endommagement a été mesuré dans ces matériaux respectivement par spectrométrie R.B.S. canalisée et par diffraction X en déterminant un rayon efficace d'amorphisation Re. Les résultats obtenus révèlent un comportement proche pour les deux apatites en fonction du dépôt d'énergie électronique à l'entrée du matériau. Par ailleurs, l'effet d'un recuit thermique isotherme à 300°C a été quantifié sur une britholite monosilicatée préalablement irradiée avec des ions Kr. Nous avons ainsi mis en évidence un retour des paramètres de maille à leurs valeurs initiales, suivi d'une restructuration lente partielle du réseau cristallin en fonction du temps de recuit. Enfin, nous avons suivi l'évolution de la morphologie des figures de dissolution en milieu acide dans la fluoroapatite de Durango en fonction du dépôt d'énergie induit par les ions. Celle-ci révèle que l'influence de la cristallographie mène rapidement à des angles d'ouverture proches de 30°. Le calcul des vitesses d'attaque chimique au sein du matériau irradié met ainsi en évidence une gamme de dépôt d'énergie où le rapport des vitesses augmente fortement avant de devenir constant.

Le travail présenté dans ce rapport a pour objectif d'étudier la faisabilité d'un laser à semi-conducteurs III-nitrures pompé par cathode à micropointes émettant dans l'UV lointain (250–350 nm). La structure laser, élaborée en EJM, est une hétérostructure à confinement séparé dont la zone active est constituée de puits (ou boîtes) quantiques de GaN dans une barrière d'AlxGa1-xN. Elle est pompée par un faisceau d'électrons énergétiques (~10 keV) générés par une cathode à micropointes. Le faisceau électronique converge sur la structure laser grâce à des aimants permanents qui impriment aux électrons un mouvement cyclotron. Cette étude a mis en évidence deux verrous technologiques dans la réalisation de ce laser. Premièrement, le seuil laser est très élevé (~10 MW/cm 2 en pompage optique). En effet, la qualité des alliages AlxGa1-xN constituant la barrière est insuffisante, ce qui se traduit par un faible transfert des porteurs vers les puits quantiques. Des mesures de cathodoluminescence ont été couplées à des simulations pour étudier la diffusion ambipolaire dans les hétérostructures. La longueur de diffusion varie sur trois ordres de grandeur (~nm–μ m) selon la couche étudiée. Elle est la plus faible dans la barrière d'Al0.1Ga0.9N. L'utilisation de substrats de SiC face carbone a permis d'améliorer la qualité des échantillons. Deuxièmement, le courant émis par les micropointes (~A/cm 2 ) est insuffisant pour atteindre le seuil laser. Un dispositif de dépôt de césium sur les micropointes a été mis au point afin de réduire le travail de sortie des électrons. On a ainsi pu multiplier le courant émis par un facteur 50 pour une tension grille–cathode de 70 V mais le dépôt de césium est inhomogène et instable.

Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux cavités induites par l'implantation d'hélium dans le silicium. Nous avons voulu déterminer les mécanismes de formation et de croissance (Ostwald Ripening ou Migration Coalescence) des cavités en utilisant un large éventail de paramètres d'implantations. Les énergies d'implantation que nous avons réalisées, sont comprises entre 10 keV et 1,55 MeV, les doses allant de 1,45.1016 jusqu'à 1017 He.cm-2. Nous avons ainsi pu mettre en évidence le rôle de chacun des trois paramètres principaux que sont les lacunes, l'hélium et la surface dans la croissance des cavités. Nous avons également montré que c'est le même mécanisme qui gouverne la croissance des cavités pour des températures de recuit jusqu'à 900°C et que les cavités se forment dans la zone de création des lacunes dues à l'implantation. Avec ces données, nous avons pu élaborer un nouveau modèle de croissance pour les cavités.

Le futur accélérateur linéraire à électrons est un nouveau défi technologique pour la communauté scientifique de la physique des particules. Le cahier des charges de l'électronique de lecture du calorimètre électromagnétique comporte plusieurs points critiques. En effet, les contraintes liées au coût, 34 millions de diodes silicium de $1cm^2$, à l'encombrement, $0,2cm^3$ par puce de 128 voies, à la consommation, <5mW par voie, et à la dynamique, rapport de 32.000 entre le plus grand signal et le bruit, impliquent la mise en oeuvre d'une électronique intégrée. Nous proposons une solution de traitement de l'information qui associera sur la même surface de silicium la partie traitement analogique et la conversion analogique numérique. Plusieurs prototypes de circuits réalisés dans une technologie CMOS 0,35microns nous ont permis de valider des éléments de l'architecture globale du système. Cette électronique se composera d'un préamplificateur de charge suivi d'un système multi-gain avec suppression en ligne des évènements non significatifs et d'un convertisseur analogique numérique sur 10bits. La mise en forme composant le système multi-gain sera réalisée avec un intégrateur à remise à zéro. Les résultats obtenus, qui répondent aux spécifications en temps et en dynamique du cahier des charges, confirment, à présent, la nécessité de mettre en place un système d'alimentation pulsé

L'utilisation des composés furaniques comme matières premières est largement justifiée par la disponibilité et l'aspect renouvelable de ces sources (biomasse végétale). Dans ce projet, nous nous sommes intéressés au caractère photosensible des composés furaniques pour l'élaboration de nouveaux polymères photo-réticulables en vue de leur application sur plaques d'impression Offset. Des structures photosensibles simples ont été synthétisées et caractérisées afin d'étudier la synthèse et le comportement photochimique du photopolymère final. Lors de l'irradiation dans un milieu concentré, ces composés subissent une [pi2+pi2] cycloaddition entre un chromophore à l'état excité et un chromophore à l'état stable formant des motifs cyclobutanes. Les composés les plus prometteurs ont été utilisés comme monomères pour la préparation des photopolymères, basés sur une structure polyester, contenant le groupement chromophore dans la chaîne principale. Après une étude structurelle et thermique, ces polymères photosensibles ont été étudié photochimiquement et ont montré une bonne aptitude à induire la réticulation des matériaux initiaux.

Les réacteurs hybrides, basés sur le couplage entre une source externe de neutrons et un coeur sous-critique, offrent des possibilités d'incinération des déchets radioactifs. Afin de mieux comprendre la spécificité neutronique d'un tel système, durant le programme expérimental MUSE IV, le réacteur expérimental MASURCA (CEA Cadarache) a été couplé à la source de neutrons GENEPI réalisée au LPSC Grenoble. Ce dispositif a permis de mettre au point une technique de mesure en ligne du facteur de multiplication effectif du réacteur. Cette mesure tire profit des caractéristiques de la réponse du réacteur en fonction du facteur de multiplication aux échelles de temps des phénomènes de fission prompts et retardés. L'analyse des expériences montre que la méthode proposée permet d'obtenir des résultats en accord avec ceux déduits grâce aux techniques classiques de mesure de réactivité qui ne peuvent cependant pas être utilisées dans un réacteur hybride de puissance.

Les nanostructures auto-assemblées sont particulièrement intéressantes pour des applications en opto-électronique et en photonique, notamment sur substrat de GaAs. Néanmoins, leur répartition spatiale à longue distance est aléatoire, leur densité est difficile à contrôler, leur distribution en taille peut être large et leurs formes peuvent êtres différentes. En palliant ces limitations, on devrait pouvoir améliorer les performances de dispositifs existants ou d'en fabriquer de nouveaux. Ce travail étudie la possibilité d'organiser à longue distance des nanostructures auto-assemblées sur substrat de GaAs, grâce aux champs élastiques produits en surface par des réseaux de dislocations (RDs) périodiques faiblement enterrés. Ces RDs se forment à l'interface cristalline entre une fine couche de GaAs et un substrat de GaAs (joints par <>) pour accommoder des désorientations entre leurs plans cristallins. Nous avons montré par l'intermédiaire d'une étude de microscopie électronique en transmission que les désorientations peuvent être choisies de sorte que les dislocations forment un réseau hexagonal périodique présentant des caractéristiques favorables à l'organisation bidimensionnelle à longue distance de nanostructures. Nous avons démontré expérimentalement une telle organisation pour des nanostructures auto-assemblées de GaAs et d'InGaAs.

On étudie l'influence du désordre et de l'interaction sur les courants permanents dans des anneaux unidimensionnels d'électrons fortement corrélés modélisés par l'hamiltonien de Hubbard-Anderson. L'outil numérique DMRG est utilisé afin de calculer les énergies des états fondamentaux à N corps pour des conditions de bord périodique et antipériodique, ce qui permet d'obtenir la raideur de charge qui est une mesure du courant permanent. Pour des désordres non nuls, on trouve une augmentation des courants permanents quel que soit le remplissage pour des valeurs modérées de l'interaction pour un nombre pair d'électrons. Ce comportement est qualitativement différent de celui obtenu pour des fermions sans spin, ce qui confirme l'influence du spin dans la hausse des courants permanents. L'étude de la longueur de localisation à demi-remplissage permet de confirmer cet effet délocalisant et de l'extrapoler vers des systèmes plus grands. Dans la limite des interactions fortes, la raideur de charge décroît lorsque l'interaction augmente. On trouve deux lois de décroissance différentes avec l'interaction si on est à demi-remplissage ou en dehors. A demi-remplissage seulement, pour de fortes interactions, le désordre fait augmenter le courant permanent. Ce phénomène inattendu est confirmé par le comportement de la longueur de localisation et persiste pour des systèmes plus grands. Dans un calcul analytique, le terme cinétique de l'hamiltonien est traité en perturbation afin de calculer les corrections à l'énergie et la sensitivité de phase. On retrouve les lois de décroissance dans la limite des fortes interactions. Un développement limité par rapport au désordre est effectué et permet de trouver une dépendance de la sensitivité de phase avec le désordre. A demi-remplissage, ceci confirme que le désordre fait augmenter les courants permanents.

Après une introduction générale aux diverses sortes d'ordre et de désordre dans les solides, ainsi qu'à la diffusion des rayons X et à son adéquation pour l'étude de ces phénomènes d'ordre ou de désordre, je présente les deux principaux sujets sur lesquels j'ai travaillé depuis ma thèse : les quasicristaux d'une part, et les fullerènes (C60 pur et composés polymérisés) d'autre part.