L'étude de l'apprentissage de la mesure montre que les étudiants rencontrent de nombreuses difficultés dans l'acquisition de l'acte de mesurage. Trois enjeux constituant cet enseignement ont été décrits: le savoir-mesurer, l'utilisation de la mesure, le traitement de la mesure. La majorité de ces études ont décrit les problèmes et les idées des étudiants dans des contextes n'impliquant pas la mesure sous son aspect manipulatoire. Nous nous sommes interrogés sur le type de raisonnement utilisé par les étudiants, d'une part lorsqu'ils élaborent un protocole de mesure en manipulant les instruments, et d'autre part lorsqu'ils ne font que répondre à des questions. Pour cela, une première expérimentation a été conçue faisant intervenir des étudiants de L1 dans l'un de leur TP de physique. Ainsi nous avons pu établir que les étudiants utilisent des raisonnements plus proches des raisonnements communs lorsqu'ils doivent élaborer un protocole de mesure. A l'opposé, lorsqu'ils répondent à un questionnaire sur la mesure, ils utilisent des raisonnements proches des raisonnements experts. Dans un deuxième temps, nous nous sommes centrés sur les améliorations possibles des raisonnements des étudiants lors d'un travail d'élaboration de protocole de mesure. Pour cela, nous avons élaboré deux rétroactions spécifiques, intégrées dans une nouvelle expérimentation basée sur l'élaboration de protocoles de mesure. Une liste de résultats concerne l'enjeu du traitement des mesures. Alors qu'un protocole de mesure de qualité moyenne touche les trois enjeux de l'enseignement de la mesure. Les raisonnements, développés par chacun des groupes d'étudiants, nous ont permis de déterminer que ceux ayant reçu la liste de résultats possibles ont réutilisé très partiellement leurs raisonnements dans une situation légèrement différente. Alors qu'un groupe contrôle ainsi que le groupe ayant reçu le protocole de qualité moyenne n'ont pas réutilisé leur raisonnement dans cette nouvelle situation. Un troisième thème de notre étude a porté sur la manière dont les étudiants perçoivent et traitent les différents enjeux de la mesure lors de leur élaboration de protocole. Pour éclairer ce problème, nous avons analysé les étapes de l'acte de mesurage les plus traitées et les thèmes de réponses utilisées pour compléter ces étapes. Nous avons montré ainsi que les étudiants se focalisent sur les enjeux du traitement de la mesure et non sur les enjeux du savoir-mesurer et de l'utilisation de la mesure.

Nous avons étudié la dynamique de spins de Mn dans des boîtes et des puits quantiques magnétiques II-VI, et mis en évidence que la dynamique complexe de ces Mn est régie par leur couplage avec les différentes excitations du solide. L'influence de l'environnement a notamment été explorée en fonction de la dimensionnalité des structures étudiées, de leur concentration en Mn ou du champ magnétique appliqué. Nous avons montré qu'en fonction de la valeur de ces variables, le couplage d'une des excitations du solide avec les Mn prend généralement le pas sur les autres. Grâce à des études de micro-spectroscopie magnéto-optique de boîtes quantiques magnétiques, nous avons d'abord mis en exergue l'influence des porteurs photocréés au voisinage des boîtes sur la dynamique des Mn. Ces porteurs génèrent un effet de chauffage des Mn via un mécanisme de flip-flop entre porteurs et Mn, contrôlé par une boucle de rétroaction positive. De plus, cet effet est d'autant plus important que le champ magnétique et la concentration en Mn sont faibles et que les dimensions du système sont petites. Ensuite, le développement expérimental d'une technique de "fort" champ magnétique pulsé nous a permis de sonder optiquement la dynamique des Mn dans des puits quantiques magnétiques. Ceci a permis d'observer une dynamique très rapide des Mn, en champ magnétique nul ou au voisinage, et à faible concentration en Mn. Cette dynamique, encore mal comprise, semblerait être liée à l'évolution, pendant l'impulsion de champ, de Mn isolés dont la structure énergétique interne est complexe à cause de l'interaction hyperfine et des contraintes.

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale de la morphodynamique des structures sédimentaires dans des conditions d'apport limité en sédiments. Cette étude s'inscrit dans un contexte où il s'agit de prendre en compte la complexité naturelle des rivières à l'échelle d'un dispositif expérimental afin de mieux appréhender les processus d'érosion et de déposition de sédiments mis en jeu à l'échelle d'un tronçon de rivière. Pour cela, nous avons mis au point un chenal expérimental permettant de contrôler le débit de sédiments de façon indépendante du débit d'eau. Nous avons, grâce à ce dispositif, caractérisé la dynamique et la morphologie des dépôts sédimentaires (hauteur, espacement, rapport d'aspect, ...) en fonction du débit de sédiments, du débit d'eau et de la taille du sédiment. Après un régime transitoire, les dépôts finissent par adopter un état d'équilibre dont la morphologie et la taille dépendent crucialement du débit de sédiments, en plus du débit d'eau. Nous avons mis en évidence deux régimes de transport : i) un premier régime contrôlé par l'apport en sédiments où la hauteur des formes d'équilibre varie linéairement avec le débit de sédiments, et ii) un second régime gouverné par l'écoulement où la hauteur des dépôts devient indépendante du débit de sédiments. Par ailleurs, dans le premier régime, nous montrons que la hauteur d'équilibre des dépôts obéit à une loi d'échelle simple faisant intervenir le débit de sédiments, le cube de la vitesse de frottement et la taille des sédiments. Enfin, nous avons abordé le cas d'un apport en sédiments bidisperses qui représente une première étape dans la prise en compte du caractère polydisperse des rivières naturelles. Nous montrons, en autre, que la dynamique des dépôts bidisperses ne peut s'expliquer par une simple superposition des résultats obtenus en monodisperse, indiquant ainsi que les mécanismes de ségrégation jouent un rôle prépondérant.

Ce travail porte sur l'étude des phénomènes induits par implantation d'hydrogène et/ou d'hélium dans le silicium monocristallin. Le cloquage et l'exfoliation dus à la coimplantation d'hélium et d'hydrogène ont été étudiés en fonction des paramètres d'implantation (énergie, fluence, courant, rapport H/He) et des conditions de recuit. Un comportement de type fenêtre à été observé dont le maximum de surface exfoliée dépend uniquement de la fluence. Deux mécanismes d'exfoliation liés aux régimes de fluence ont été identifiés et discutés. D'autre part, la microstructure des échantillons a été étudié par MET, et les déformations ont été mesurées par diffraction des Rayons X. Un modèle décrivant la distribution des contraintes dans le substrat implanté a été proposé. Le phénomène de delamination des substrats qui apparaît pour des conditions particulières d'implantation a également été étudié, comparé aux phénomènes de cloquage et exfoliation, et expliqué en utilisant des concepts de la mécanique de la fracture. Enfin, l'interaction élastique entre précipités d'He et d'H a été étudiée pour des profils d'implantation superposés et décalés. Dans ce dernier cas, nous avons montré que le champ de contraintes générées par les plaquettes d'hélium en surpression pouvait être utilisé comme source locale de contraintes pour contrôler la formation et la croissance de plaquettes d'hydrogène. Afin d'interpréter nos résultats expérimentaux, nous avons développé un modèle basé sur l'interaction élastique pour la nucléation des précipités dans un solide semi-infini.

Les monocristaux Pb(Zn1/3Nb2/3)1-xTixO3 (PZN-xPT) présentent autour de x = 9% les meilleures propriétés piézoélectriques connues à ce jour. Ce travail est consacré à l'étude de ces propriétés, en relation avec la structure cristallographique et les différents états en domaines ferroélectriques de cristaux de composition x = 7, 9 et 12%.<br /><br />On décrit tout d'abord par des mesures de permittivité en température les états en domaines accessibles en fonction du champ électrique appliqué. Notamment, l'instabilité de l'état monodomaine quadratique 1T de PZN-12%PT dans les plaquettes d'épaisseur inférieure à 300 µm est mise en évidence et confirmée par diffraction des rayons X.<br /><br />La deuxième partie traite de l'ingénierie des domaines dans PZN-12%PT polarisé suivant [101]. En s'appuyant en particulier sur une détermination complète des propriétés électromécaniques intrinsèques du cristal ainsi que sur des observations optiques du polydomaine, on présente un modèle analytique de calcul de ses propriétés effectives. Ce modèle explique convenablement les baisses extrinsèques importantes des constantes diélectriques transverses observées par un effet d'encastrement.<br /><br />Dans une troisième partie, il est montré que les effets du dopage au manganèse sur les propriétés des cristaux sont qualitativement les mêmes que dans les piézoélectriques classiques (durcissement, hausse du facteur de qualité mécanique, baisses de la constante diélectrique et du coefficient piézoélectrique) et correspondent à une modification de leurs propriétés intrinsèques. De plus, on montre que l'ajout de manganèse déstabilise l'état monodomaine 1O dans PZN-7%PT et stabilise à l'inverse l'état 1R dans PZN-9%PT.

Une peinture est un matériau complexe composé de plusieurs couches picturales. Ce travail de recherche poursuit un double but : comprendre et modéliser l'aspect visuel d'un tel milieu stratifié et développer des méthodes non destructives permettant d'identifier les différents constituants présents dans une œuvre d'art. L'équation de transfert radiatif, résolue par la méthode de la fonction auxiliaire, permet de modéliser l'aspect visuel des couches picturales stratifiées. Cette modélisation est validée par comparaison avec des spectres expérimentaux de réflexion diffuse. Expérimentalement, la reconnaissance des pigments et des colorants à partir d'un appareil déjà opérationnel au laboratoire a été étendue à celle des constituants d'un mélange de pigments. De plus, la tomographie optique cohérente (OCT), développée au cours de cette thèse, permet d'imager les pigments et d'obtenir une information spectrale permettant d'envisager une identification non destructive des composants de couches picturales stratifiées.

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la cryptographie, et plus précisément de la cryptographie quantique. Le but est de concevoir un système permettant de transmettre simultanément une clé de cryptage et un signal horloge dans une même fibre optique (à la longueur d'onde des télécommunications soit 1550 nm) en essayant d'éviter les effets de la dispersion chromatique. En effet le signal représentant la clé de cryptage doit être réalisé sous forme d'impulsions fortement atténuées simulant des photons uniques et dans ces conditions il est nécessaire de disposer au niveau du détecteur d'un signal horloge donnant l'instant d'arrivée des impulsions. Nous fabriquons deux signaux de longueurs d'onde très proches (écart de 0,88 pm) grâce à un modulateur acousto-optique, chacune servant de porteuse à un des deux signaux. A la réception il est nécessaire de séparer ces deux longueurs d'ondes et pour cela un filtre basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot a été conçu, réalisé, testé et mis en oeuvre au laboratoire. Puis nous avons aussi réalisé un photodétecteur basé sur une photodiode à avalanche, dont nous pouvons abaisser la température de fonctionnement jusqu'à environ 0°C. Le système a été entièrement réalisé et nous avons pu montrer la faisabilité de cette technique. Des améliorations restent à apporter en particulier sur la stabilité du filtre optique et sur le fonctionnement du détecteur en mode comptage de photons.

Au cours de ce travail, nous avons étudié la dynamique des phospholipides constitutifs des bicouches lipidiques supportées sur des substrats solides. A l'aide d'un dispositif de retour de fluorescence après photoblanchiment (FRAPP : Fluorescence Recovery After Patterned Photobleaching), nous avons mis en évidence différents comportements diffusifs suivant la nature du substrat (rugosité et chimie), le phospholipide et la méthode de préparation de la bicouche. La mesure du coefficient de diffusion en fonction de la température nous a permis d'établir un ensemble de données fiables et reproductibles sur la transition de phase gel-fluide de ces systèmes. Il est apparu que leur diffusion dépendait de la nature du substrat. En effet, sur le verre, où les deux feuillets ont la même dynamique, on observe une transition couplée. Au contraire, sur le mica, le feuillet proximal a une dynamique plus lente que le feuillet distal qui est quasiment libre de toute interaction avec le support. La méthode de préparation s'est également révélée être un paramètre crucial puisque nous avons obtenu une plus grande dispersion des mesures en préparant les bicouches par éclatement de vésicules par rapport à la technique de Langmuir-Blodgett / Langmuir-Schaeffer qui donnent des échantillons sans microdomaines. Nous avons également déterminé les énergies d'activation des différentes phases ainsi que les enthalpies de transition pour les deux phospholipides étudiés. Ce travail constitue une étape primordiale dans la compréhension des mécanismes diffusifs de systèmes plus complexes.

Les travaux présentés dans cette Habilitation à Diriger des Recherches ont eu comme point de départ le développement, l'étude et l'utilisation de systèmes de décharges H.T. impulsionnelles. Ils ont porté sur différents sujets liés aux plasmas hors équilibre thermodynamique (essentiellement à pression atmosphérique) et à leurs applications dans des domaines aussi variés que la biologie, l'environnement ou l'énergétique.<br />Le spectre des thèmes abordés est assez large et regroupe les études sur :<br /> la cinétique réactionnelle du milieu actif du laser à excimère XeCl,<br /> le développement de sources flash de rayonnement X,<br /> les différents continua d'excimères de gaz rares à très haute pression (30 bars) excités par flash de rayonnement X,<br /> la réduction des oxydes d'azote (deNOx) par association plasma-catalyse et oxydation des Composés Organiques Volatils (deCOV),<br /> la production de gaz de synthèse et d'hydrogène à partir d'hydrocarbures, l'aide à la combustion des moteurs automobiles, et l'initiation de la réaction dite de "Water Gas Shift" pour la réduction du monoxyde de carbone par décharge à barrière diélectrique.

Le développement actuel de la micro/nanoélectronique est basé sur une constante réduction des dimensions caractéristiques des structures fabriquées. Ce constant changement d'échelle va être confronté à terme à de nombreux obstacles à la fois physiques (courant de fuite important, effet quantique perturbateur ...) et technologiques (limite de résolution des procédés de fabrication industriels). Pour paliers à ces différents freins, une alternative prometteuse est l'intégration collective d'objets nanométriques dans des architectures électroniques. Dans ce contexte, nous avons tout d'abord développé différents procédés de fabrication collective de structures d'adressage par une technologie alternative haute résolution : la nanoimpression. Ensuite, la manipulation de nano-objets colloïdaux par diélectrophorèse a été étudiée dans le but d'obtenir la localisation d'une unique particule entre deux électrodes métalliques. Les structures ainsi obtenues ont été caractérisées électriquement et ont permis l'observation de blocage et de paliers de Coulomb à basse température.