Le graphène héberge un gaz d'électrons bi-dimensionnel, sujet à un potentiel électrostatique désordonné dû aux impuretés de charge dans le substrat. Ce potentiel désordonné induit des inhomogénéités de la densité de porteurs de charge dans le graphène. Par ailleurs, l'écrantage dans le graphène mono-feuillet de ce potentiel dépend lui-même de la densité de porteurs de charge. L'effet du désordre de charge peut donc être modulé avec un potentiel de grille global, ce qui se manifeste en particulier dans la transconductance de dispositifs à base de graphène. Nous combinons des mesures par Microscopie/Spectroscopie à effet tunnel avec des mesures de transport in situ sur des dispositifs à base de mono-feuillets de graphène sur SiO2, à basse température. Les cartes de la densité locale d'états du graphène, à diverses tensions de grille, mettent en évidence l'augmentation progressive des dimensions latérales ainsi que de l'amplitude des inhomogénéités au voisinage du point de Dirac. Alors que la dépendance en grille de la taille des inhomogénéités est en bon accord avec les prédictions, leur amplitude est plus forte qu'attendue au point de Dirac. Nous expliquons ce désaccord en prenant en compte l'effet de grille local produit par la pointe elle-même, qui a pour effet d'amplifier expérimentalement toute variation de la densité de porteurs de charge lorsque celle-ci elle faible. Cette expérience est ainsi la première mesure qui relie quantitativement les propriétés de désordre de charge à l'échelle microscopique aux propriétés de transport macroscopiques d'un dispositif à base de graphène. / Graphene presents a two-dimensional system whose charge carriers are subjected to a disordered potential created by random charge impurities trapped in the substrate. This impurity potential induces an inhomogeneous carrier concentration. On the other hand, the ability of single-layered graphene to screen this potential strongly depends on the charge carrier density. Thus the effect of the resulting charge disorder can be tuned with the backgate which manifests also in the transport properties of the device. By combining Scanning tunneling microscopy and spectroscopy with in-situ transport at dilution temperature, we probe a system of single-layered graphene on SiO2. Local density of states maps on graphene, acquired at various carrier concentrations show gradual increase of spatial extent and amplitude of inhomogeneities as the Dirac point is approached. While the variations of the spatial extent of the fluctuations with back-gate show very good agreement with predictions, the observed amplitude of inhomogeneities show a larger than expected increase at low densities. We explain this as a result of the local gating effect exerted by the tip on graphene which amplifies any change in the intrinsic doping at low carrier concentrations. This is the first experiment bridging the gap between microscopic disorder and macroscopic transport properties of a graphene device.

Le graphène, une monocouche de graphite, est composé d'atomes de carbone avec une structure en nid d'abeilles. Ses propriétés exceptionnelles ont attiré un intérêt mondial, dont le Prix Nobel de Physique en 2010. Le graphène épitaxié sur métal à rapidement été identifié comme un moyen de production de graphène de haute qualité de taille métrique, et est le sujet d'intenses activités de recherche en sciences de surface pour caractériser ses propriétés. En outre, ces études concernent aussi des systèmes plus complexes avec pour base le graphène, par exemple les réseaux ordonnés de nanoparticules à sa surface. Tout cela a mené à l'étude de la croissance, de la structure et des défauts du graphène épitaxié avec un grande variété de techniques expériementales, tel que la microscopie par effet tunnel, spectroscopie par photo-émission résolue en angle ou encore la microscopie électronique à basse énergie. Ce travail de recherche se concentre sur le graphène obtenu par croissance sur la surface (111) d'un monocristal d'iridium dans des conditions d'ultra vide et étudié avec plusieurs techniques de mesure par diffraction (diffraction de surface des rayons X, diffraction des rayons X en incidence rasante, réflectivité des rayons X et diffraction des électrons à haute énergie en réflexion). Ces expériences ont été faites au synchrotron européen ESRF à Grenoble, en France. La première partie de cette étude a été de déterminer la structure du graphène à l'échelle atomique. Le système montre une tendance à la commensurabilité, mais sa structure précise dépend fortement des conditions de préparation et de la température appliqué au système. En outre, en combinant des techniques de diffraction à haute résolution, une caractérisation précise de la structure, qui fait débat dans la littérature, est dévoilée. Le système étudié présente aussi une surperstructure, typique du graphène épitaxié, nommé moiré pour ses similarités avec l'effet optique du même nom. Celle-ci est utilisée comme gabarit pour faire croître des nanoparticules monodisperses à la surface en réseau auto-organisé. Durant cette étude, trois types de nanoparticules ont été examinés, des particules de platine de deux tailles différentes et des particules composées de platine et de cobalt. Ces systèmes hybrides présentent un fort degré d'organisation, partiellement hérité de la superstructure du moiré. Les nanoparticules forme une interaction forte avec leur support et elles subissent des contraintes de surface causées par leurs petites tailles. Par ailleurs, les nanoparticules de platine-cobalt, dont la croissance est en deux étapes, gardent une structure en couche et non une structure d'alliage métallique. / Graphene, a monolayer of graphite, is composed of carbon atoms arranged in a honeycomb lattice. Its exceptional properties have attracted a worldwide interest, including the Novel Prize in Physics in 2010. Epitaxial graphene on a metal was rapidly identified as an efficient method for large-area production of high quality graphene, and also was the matter of intense activities exploiting surface science approaches to address the various properties of graphene and of advanced systems based on graphene, for instance ordered lattice of metal nanoparticles on graphene. This resulted in the study of growth, structure and defects of epitaxial graphene on a wide variety of substrates with various techniques such as scanning tunneling microscopy, angle-resolved photoemission spectroscopy or low-energy electron microscopy. This work focuses on graphene grown on the (111) surface of iridium in ultra-high vacuum conditions and studied with several diffraction techniques (surface X-ray diffraction, grazing incidence X-ray diffraction, X-ray reflectivity, and reflection-high energy electron diffraction). These experiments were performed at the European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, France. The first step in our study was to determine the structure of graphene at the atomic scale. The system was found to have a tendency to commensurability, but that the precise structure depends on temperature and on preparation conditions. Moreover, with the combination of high resolution diffraction techniques, a precise characterization about the debated structure of graphene perpendicular to the surface was unveiled. The system, exhibits a superstructure, typical of epitaxial graphene, called a moiré, as an equivalent of the moiré effect in optics. This is used as a template to grown nanoparticles on top of the system to achieve the self-organisation of monodisperse nanoparticles. In this study, three type of nanoparticles were investigated, two different size of pure platinum ones and bimetallic ones, platinum and cobalt. These hybrid systems show very high degree of order, partly inherited by the superstructure lattice. The nanoparticles were found to strongly bond to their support, experience substantial surface strain related to their small size, and that bimetallic ones grown in a sequential manner retain a chemically layered structure.

La qualité des produits commercialisés représente un enjeu essentiel dans le domaine pharmaceutique. De plus en plus, les industriels cherchent à contrôler les différentes étapes de leurs procédés, les produits générés à toutes les étapes de fabrication ainsi que leurs produits finis, le but de tout cela étant une meilleure compréhension des procédés, ainsi qu’un gain de temps et une réduction des pertes financières. La chaire de recherche sur les Technologies d’Analyse de Procédés (PAT) en partenariat avec Pfizer travaille sur le développement de connaissances sur les phénomènes physico-chimiques régissant le comportement des procédés, et sur les critères de transferts technologiques basés sur des modèles phénoménologiques ou mathématiques. C’est dans le cadre de cette chaire que s’est déroulée cette maîtrise. Les travaux présentés mettent en lumière le développement d’une méthode permettant d’analyser de manière non destructive 100% des comprimés fabriqués, à vitesse réelle de production. À l’aide de la spectroscopie Proche-Infrarouge, l’objectif est de quantifier la teneur en principe actif dans chaque produit et dans le but d’identifier tous ceux étant sur ou sous-dosés. Également, l’adaptation de cette méthode à d’autres types d’analyses qui ont un intérêt dans l’industrie, comme la quantification d’humidité des comprimés, et l’enrobage, a été étudiée. Dans chaque cas, des spectres proche-infrarouge de produits fabriqués ont été acquis à l’aide d’une sonde installée sur un système de tri fonctionnant à une vitesse supérieure à celle d’une presse (c’est à dire généralement de 60,000 à 160,000 comprimés par heure). Les données ont été utilisées pour bâtir des modèles multivariés et prédire les valeurs souhaitées. Les résultats obtenus ont montré qu’il était possible d’analyser l’intégralité des échantillons d’un lot, à une vitesse garantissant de ne pas ralentir la production. L’utilisation d’une telle méthode dans l’industrie permettra de contrôler la globalité des produits finis, et donc permettre une qualité de 100% des produits commercialisés et éviter les rappels. Elle permettra également d’être utilisée en développement, lorsque la génération de beaucoup de données est nécessaire, comme pour le développement d’un algorithme par exemple.

Le domaine des nanomatériaux joue un rôle de plus en plus important dans de nombreuses applications, qu’elles soient de natures biologique, médicales électroniques etc… Dans ce travail, nous présenterons des résultats concernant deux types de nanoparticules, le premier genre traite de nanoparticules hybrides confectionnées chimiquement pour des fins biologiques, le deuxième concerne des nanocristaux de silicium fabriqués par pyrolise laser pour des applications potentielles en optoélectronique. Les études sont menées en mettant en œuvre deux différentes techniques optiques, l’une en champ lointain, l’autre en champ proche. Dans le cas des nanohybrides, nous nous intéresserons à une caractérisation par microscopie en champ proche, qu’elle soit de nature spectroscopique ou d’imagerie simple, en utilisant en particulier une configuration optique guidante. Nous ferons un premier point à propos de l’émission de ses nanoparticules, puis discuterons des problèmes d’artefacts et de la résolution des images que nous pouvons atteindre avec notre montage. Nous prouverons l’importance essentielle du rôle des nanohybrides en tant que marqueur biologiques, et ceci dans deux différentes types de configuration de capteurs biologiques. Les nanoparticules de silicium de petites tailles (< 3 nm) seront étudiées essentiellement par microscopie confocale. Plus précisément, nous nous intéressons aux différents procédés de luminescence qui ont lieu lors de l’excitation d’une nanoparticule unique, en tenant compte des effets de taille et de surface. Nous chercherons à étudier l’influence de l’environnement des nanoparticules sur leurs propriétés spectrales en les plaçant dans des couches minces de natures diélectriques différentes. Nous conclurons enfin sur une brève description des différents effets Sark qui prennent lieu dans un tel système. / The domain of nanomatrials plays an important role in many biological, medical and electronic applications. In this work, we present results concerning two types of nanoparticles : the first kind treats with hybrid nanoparitcls chemically synthesized for biological means, the second concerns silicon nanocrystals fabricated by laser pyrolisis for optoelectronic applications. The studies are done by using two different optical techniques, one in the far field, the other in the near field. In the nanohybrids case, we are interested by spectroscopic, and imaging near field characterization, by particularly using a waveguide configuration. We will first shed light about the emission properties of such nanoparticles, and then discuss artefact problems, in addition to the resolution of the images we can attain in our setup. We will prove the essential importance of the role of nanohybrids as biological markers with two different types of biosensors. The small sized silicon nanoparticles (< 3 nm) are essentially studied by confocal microscopy. More precisely, we will be interested by the different luminescence processes taking place during the excitation of a unique nanoparticle, by taking into consideration the surface effects. We will search to study the influence of the nanoparticles environment on their spectral properties by placing them in thin films having different dielectric properties. We will conclude with a small description of the stark effects which take place in such a system

Afin de répondre à l’exigence croissante de densité de puissance aux hautes fréquences, les chercheurs se sont intéressés aux matériaux à large bande interdite tels que le nitrure de gallium GaN. Les HEMTs (transistors à haute mobilité électronique) AlGaN/GaN ne sont pas stabilisées et donc l’analyse de défaillance de ces composants est difficile (défauts multiples).Les mécanismes de défaillance des HEMTs GaAs sont difficilement transposables sur les HEMTs GaN et nécessitent donc une étude approfondie. De plus que les données actuelles sur les effets de pièges ne permettent pas d’expliquer facilement des effet parasites comme l’effet de coude. Ce qui nécessité de développer de nouvelles procédures d’analyse de défaillance adaptées aux composant GaN. Les dégradations induites par les électrons chauds sont difficilement détectables par la technique d ‘émission de lumière standard ce qui a nécessité le développement de la microscopie à émission de lumière dans le domaine de l’UV. L’objectif principal de ce travail est la mise au point d'une méthodologie d'analyse de défaillance pour les filières GaN et l’optimisation des techniques electro-optiques non destructives de localisation de défauts. En vue de l’amélioration des procédés technologiques, et de la fiabilité des HEMT GaN. / There are several economic and technological stakes, which require the development of suitable techniques for failure analysis on microwave devices, the HEMT (High Electron Mobility Transistor) AlGaN/GaN play a key role for power and RF low noise applications.The technologies are not completely stabilized and the failure analysis is difficult. Which need the development of a non destructive investigation techniques such as electroluminescence technics. To improve the GaN HEMT performance and reliability, understanding the failure mechanisms is critical. The standard emission light is not sufficient for hot-elctron detection in GaN material. And the development of UV light emission become necessary in the AlGaN/GaN HEMT.

Les champs électromagnétiques évanescents sont à l'origine de forces optiques de champ proche, comme par exemple à la surface de guides d'onde ou de nanocavités photoniques où la lumière se trouve très fortement confinée. Ces forces sans-contact peuvent être avantageusement utilisées pour piéger et manipuler des micro- et nano-objets en solution. Cette thèse a pour but l'étude de ces interactions et de leurs potentielles applications. Le premier chapitre consiste en une brève introduction aux domaines des systèmes colloïdaux et du piégeage optique, notamment en champ proche. Le deuxième chapitre présente les moyens instrumentaux utilisés, ainsi que le procédé mis au point pour la fabrication de puces optofluidiques dotées d'un canal microfluidique. Le troisième chapitre est dédié à l'étude du potentiel de piégeage perçu par des microbilles de 2 $µm$, 1 $µm$ et 500 $nm$ à la surface d'une nanocavité photonique, et aboutit à la notion de microscopie optofluidique en champ proche optique. Dans le quatrième chapitre, nous étudions le comportement dynamique et la manipulation d'agrégats de microbilles piégés en présence d'écoulements. Le dernier chapitre est consacré à l'étude du piégeage et de la manipulation de microbilles à la surface de guides d'onde sous l'action de modes copropagatifs. / Near-field optical forces arise from evanescent electromagnetic fields, such as in the near-field of photonic waveguides and nanocavities where light is highly confined. These contactless forces can be advantageously used to trap and manipulate micro- and nano-objects in solution. This thesis aims at studying these intriguing interactions and investigating their potential applications. The first chapter is an introduction to the fields of colloidal systems and optical trapping, more especially using near-field optical forces. The second chapter presents the experimental setup and the process used to fabricate optofluidic chips with microfluidic channels. The trapping potential experienced by 2 $µm$, 1 $µm$, and 500 $nm$ microbeads at the surface of a photonic nanocavity is studied in the third chapter. Our results lead to the concept of optofluidic near-field optical microscopy. In the fourth chapter, we study the dynamics and the manipulation of trapped microbeads clusters in fluidic flows. The last chapter focuses on the trapping and the manipulation of microbeads at the surface of waveguides using copropagating modes.

« Il faut souffrir pour guérir ». Ce dicton se prête particulièrement bien au cancer. Les effets secondaires de ses traitements ont un impact majeur tant sur le plan physique que psychologique et social. Comment se gèrent au cœur de la relation soignant/patient, la douleur et la souffrance qui découlent des thérapies et de l’hospitalisation ?Comment le triangle soignants/patients/proches s’organise autour de la maladie ?Comment les soignants arrivent-ils à soigner lorsque tenter de guérir c’est faire mal ?Enfin, comment les patients essaient de tenir bon et de s’en sortir dans le quotidien ?Telles sont les questions posées par ma recherche basée sur un terrain dans deux services d’hématologie en Belgique et en Angleterre. Une attention particulière est portée aux différences entre ces deux terrains. Je tente également d’aborder, via cette expérience concrète, les présupposés et les représentations culturelles liées à la thanatologie et à la douleur au niveau médical en Europe. / Doctorat en Sciences politiques et sociales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les mécanismes physiques de la perte de masse des étoiles évoluées sont encore largement inconnus. Ce processus essentiel est pourtant le moteur principal de l'évolution chimique du milieu interstellaire. Pour les supergéantes rouges (SGR), le déclenchement de l'éjection de la matière et les mécanismes de condensation de la poussière demeurent mal compris. La façon dont les géantes rouges parviennent à former des nébuleuses planétaires non-Sphériques est aussi inconnue. Au cours de ma thèse j'ai étudié des étoiles évoluées grâce à des techniques de haute résolution angulaire permettant de détailler leur surface et leur environnement proche où se trouve l'origine de la perte de masse. À partir d'observations interférométriques en infrarouge (IR), j'ai caractérisé l'enveloppe de vapeur d'eau et de monoxyde de carbone de la SGR Bételgeuse. J'ai également suivi l'évolution d'un point chaud à sa surface et analysé la structure de sa convection ainsi que celle d'Antarès (une autre SGR très proche) grâce à des simulations hydrodynamiques radiatives. L'imagerie à la limite de diffraction (optique adaptative en IR, télescope spatial en ultraviolet) m'a permis d'étudier l'évolution des inhomogénéités de l'enveloppe circumstellaire de Bételgeuse et découvrir un disque circumstellaire autour de L2 Puppis, une étoile de la branche asymptotique des géantes. Ces observations multi-Longueurs d'onde, répétées à plusieurs époques, m'ont permis d'initier un suivi temporel et d'apporter des informations sur la dynamique en jeu. Renouvelé sur un plus grand échantillon d'étoiles dans les années à venir, ce programme permettra de mieux appréhender la perte de masse des étoiles évoluées. / Mass loss of evolved stars is still largely mysterious, despite its importance as the main evolution engine for the chemical composition of the interstellar medium. For red supergiants (RSG), the triggering of the outflow and the mechanism of dust condensation remain unknown. Concerning red giant stars, we still do not know how their mass loss is able to form a bipolar planetary nebula. During my PhD thesis, I observed evolved stars with high angular resolution techniques. They allowed us to study the surface and the close environment of these stars, from where mass loss originates. With near-Infrared interferometric observations, I characterized the water vapor and carbon monoxide envelope of the nearby RSG Betelgeuse. I also monitored a hot spot on its surface and analyzed the structure of its convection, as well as that of Antares (another very nearby supergiant) thanks to radiative hydrodynamical simulations. Diffraction-Limited imaging techniques (near-Infrared adaptive optics, ultraviolet space telescope) allowed me to observe the evolution of inhomogeneities in the circumstellar envelope of Betelgeuse and to discover a circumstellar disk around L2 Puppis, an asymptotic giant branch star. These multi-Scale and multi-Wavelength observations obtained at several epochs allowed us to monitor the evolution of the structures and to derive information on the dynamics of the stellar environment. With a wider stellar sample expected in the next few years, this observing program will allow a better understanding of the mass loss of evolved stars.

La digestion anaérobie est un des piliers de l'économie circulaire européenne, produisant du méthane et des engrais organiques à partir de déchets. Le développement de ce secteur passe par la co-digestion et l’optimisation de l'alimentation des procédés. Cela nécessite l'estimation de l'état biologique du digesteur, la caractérisation du substrat ainsi que l’utilisation de modèles prédictifs simulant les performances du digesteur, pour lesquels les solutions actuelles ne sont pas adaptées. Dans cette thèse, un capteur titrimétrique couplant pH et conductivité électrique pour l'estimation des concentrations en acides gras volatils, carbone inorganique et azote ammoniacale a été conçu, améliorant la précision d'estimation des acides gras volatils de 14,5 par rapport aux capteurs actuels. Couplé à l’analyse du biogaz, il permet d'estimer l'état biologique du procédé. En parallèle, une analyse spectroscopique proche-infrarouge, estimant les teneurs en glucides, protéines, lipides, demande chimique en oxygène, rendement et cinétique de production de méthane a été développée réduisant le temps de caractérisation des substrats à quelques minutes. La caractérisation rapide des substrats est utilisée pour implémenter le modèle de digestion anaérobie ADM1 de l’IWA qui prédit les performances d'un digesteur dans des conditions de digestion optimales. Le couplage de l’estimation de l'état biologique à cette approche permet de corriger la prédiction en prenant en compte l'état actuel du digesteur. Cette approche fournit un outil prédictif puissant pour le contrôle avancé des unités de digestion anaérobie ainsi que l'optimisation de la recette d'alimentation. / Anaerobic digestion is an important pillar of the European circular economy, producing methane and organic fertilizers from waste. The development of the anaerobic digestion sector goes through co-digestion and feeding strategy optimization. Its development requires the biological state estimation of the plant, substrate characterization and predictive models simulating the plant performances, for which current solutions are not suitable. In this thesis, a titration sensor coupling pH and electrical conductivity for the estimation of volatile fatty acids, inorganic carbon and ammonia has been designed, improving the accuracy on volatile fatty acids estimation by 14.5 compared to current sensors. Along with biogas analyses, it allows estimating the biological state of the unit. Besides, fast near infrared spectroscopic analysis, estimating in a matter of minute carbohydrate, protein and lipid contents, chemical oxygen demand, methane production yield and kinetics, has been developed. Thus fast substrate characterization is then used to implement a modified Anaerobic Digestion Model n°1 which predicts the performances of a plant under optimal condition. Coupling biological state estimation to this approach enables to correct the prediction with the current state of the plant. This approach provides a powerful predictive tool for advanced control of anaerobic digestion plants and feeding strategy optimization.

Un défi actuel dans le domaine de l'optique est de mieux comprendre les effets de champ proches optiques des systèmes et de pouvoir agir dessus. C'est dans ce contexte que j'explore tout au long de cette thèse ces notions appliquées aux milieux 3D diélectriques désordonnés et aux films désordonnés métal-diélectriques. Pour les milieux 3D, nous avons choisi une approche par un montage de microscopie de champ proche pour faire la mesure du champ proche optique. Nous avons pour cela dû faire un travail en amont sur la préparation des échantillons pour éviter les artefacts de mesure. Ces mesures ont révélés des structures intéressantes. Nous avons ensuite étudié les modes optiques sur les films métal-diélectriques et montré qu'il existe des modes étendus pour certaine valeurs de la faction surfacique de métal déposée. Nous avons quantifié leur extension par la mesure de la longueur d'interaction et mesuré des valeurs de l'ordre de la dizaine de microns, suffisant pour être contrôlé depuis le champ lointain. Ces mesures ont ouvert la voie au contrôle du front d'onde du faisceau incident dans l'objectif de la focalisation en champ proche de la lumière. Ceci a pu être réalisé grâce à l'utilisation d'un modulateur spatial de lumière pour le contrôle du front d'onde et à un signal non-linéaire de luminescence à deux photons pour la mesure du champ proche optique. Nous obtenons la focalisation en champ proche de l'énergie d'un facteur supérieur à dix. Enfin, la technique de microscopie de champ proche a pu être implémentée et couplée au contrôle de front d'onde et une première optimisation a pu être obtenue. Cela reste néanmoins un travail préliminaire. / One important challenge to address in the optical field is a better understanding of the optical near field of systems and how we can interact with them from the far-field. It is in this regard that I studied and controlled of the near field of both 3D disordered dielectric media and metal-dielectric disordered films. For 3D media, we used a near-field microscope to measure the optical field on their surface. To reach a free-artefact measure, we had to carefully prepare the sample by minimising the rugosity. In a second part, we studied optical modes on metal-dielectric films et we showed that it exists extended modes for some specific values of metal filling fraction of the sample. Extension of the modes has been quantified by measuring the interaction length and has been found in the order of 10 $\mu$m, enough to allow a far field control of the modes. These measurements opened the way for wavefront control of the incident beam in order to focus light in the near field of the sample. We use a spatial light modulator to control the incident wavefront and a non-linear signal (two photons luminescence - TPL) for the near-field measurement of the optical field. We could reach focusing of the energy by a factor more than ten. Finally, the SNOM technique has been coupled to the wavefront shaping system and we get preliminary measurements of optimisation in the near-field by this technique.