Certains matériaux ont des modes électromagnétiques confinés à leur surface, qui se<br />propagent le long de celle-ci. Ces modes, qui sont appelés ondes de surface, peuvent être couplés à des ondes propagatives à l'aide d'un réseau.<br />Nous avons utilisé un code de calcul électromagnétique exact, basé sur l'analyse rigoureuse des ondes couplées (RCWA), pour optimiser des structures périodiques dont les dimensions sont de l'ordre ou inférieures au micron. Nous avons ainsi conçu des micro ou nanostructures pour deux types d'applications : l'émission thermique cohérente, et la transmission résonante.<br />En émission, nous avons optimisé des sources thermiques émettant un rayonnement<br />quasi-monochromatique dans une direction privilégiée de l'espace ou bien dans toutes les directions. Nous avons de plus conçu, dimensionné et mis en place un montage de mesure de l'émissivité de telles sources. Nous avons pu retrouver de manière quantitative les résultats que nous avons obtenus numériquement, puis déterminer expérimentalement la longueur de cohérence spatiale de la source.<br />Le second axe de cette thèse a été consacré à la transmission résonante. Nous avons<br />mis en évidence les mécanismes de transmission de structures métalliques en montrant l'existence de modes propres de ces structures qui sont des modes couplant modes de surface et modes de cavité. En remontant aux caractéristiques de ces modes, nous pouvons en particulier retrouver toutes les caractéristiques des pics de transmission, hauteur, largeur et position. Nous avons par ailleurs montré que des effets analogues apparaissent pour des réseaux de cristaux polaires. Finalement, des études de transmission résonante par des cristaux 2D ont montré que des modes d'ordre élevé peuvent être fortement transmis. Ces modes sont faiblement couplés à des ondes planes mais peuvent se coupler fortement à des particules ou molécules.

Ce travail présente l’optimisation d’un système de spectroscopie Raman résolue en temps dédiée aux très hautes températures. Ce dispositif répond au besoin sans cesse croissant d’étudier en temps réels les transformations de phases et des cinétiques de réactions dans des environnements extrêmes. Ce dispositif a été validé dans des conditions d’usages sur des oxydes (Gd₂O3, Y₂O3, ZrO₂ , ZrSiO4 et CeO₂) et des nitrures (h-BN). Le potentiel du système a permis de lever les principaux verrous technologiques et instrumentaux qui limitent l’utilisation de la spectroscopie Raman à haute température. Les trois principaux faits marquants qui illustrent le caractère innovant de ce travail sont les suivants : Le premier correspond au nouveau record mondial d’analyse Raman à haute température à travers l’acquisition du mode E₂g de h-BN jusqu’à 2700°C. La comparaison des performances des deux voies Pockels et ICCD montrent que la voie Pockels est plus performante que l’ICCD, mais plus délicate de mise en oeuvre. Le second fait marquant concerne les autres applications du Raman résolu en temps, comme pour séparer la contribution de la diffusion Raman et de la luminescence. La dernière application quant à elle présente l’étude de la dépendance temporelle comparée des diffusions Raman résonnante et non résonante. Le Raman résonnant se déclenche systématiquement avant le non résonnant. Plus généralement, l’intérêt des méthodes Raman résolues en temps ouvre de nouveaux champs d’application dans la caractérisation de matériaux en condition extrêmes, éventuellement in situ : aéronautique, réfractaire ; sidérurgie, nucléaire, etc… / This work presents the optimization of a time-resolved Raman spectroscopy device dedicated to very high temperatures. This device meets the ever-increasing need to study in real time phase transformations and reaction kinetics in extreme environments. This device has been validated under working conditions on oxides (Gd₂O3, Y₂O3, ZrO₂ , ZrSiO4 et CeO₂) and nitrides (h-BN). The potentialities of the device have enabled the main technological and instrumental locks that limit the use of high temperature Raman spectroscopy to be removed. The three main highlights illustrating the innovative nature of this work are as follows. The first corresponds to the new world record for high temperature Raman analysis through the acquisition of the E₂g mode of h-BN up to 2700°C.A comparison of the performance of the two Pockels and ICCD channels shows that the Pockels channel is more efficient than the ICCD, but more difficult to implement. The second important fact concerns the other applications of time-resolved Raman, as to separate the contribution of Raman scattering and luminescence. The last application presents the study of the comparative time dependence of resonant and non-resonant Raman scattering. The resonant Raman is triggered systematically before the non-resonant. More generally, the interest of time-resolved Raman methods opens new fields of application in the characterization of materials in extreme conditions, possibly in situ: aeronautics, refractories, steel industry, nuclear, etc....

Certaines applications haute température telles que le forage, l’aéronautique ou l’aérospatial, amènent à repenser la conception des alimentations isolées permettant la commande des éléments de puissance. Ce mémoire s’articule autour de l’étude de la faisabilité et de l’enfouissement d’un convertisseur isolé possédant une forte isolation statique (10kV) et dynamique (<10 pF), pouvant travailler sous de hautes températures (>250°C), dans les gammes de tension de sortie de la dizaine de volts et de puissance de l’ordre du Watt. Pour ne pas être contraint par la température de Curie d’un matériau magnétique, cette alimentation DC/DC se base sur un transformateur à air. Dans un premier temps, cette thèse détaille l’origine, la mesure et l’estimation des éléments du modèle électrique choisi pour le transformateur. Ensuite, afin de maximiser la transmission de puissance, nous constituons un système résonnant en ajoutant des condensateurs en parallèle ou en série avec le transformateur, puis nous développons une méthode permettant d’accorder l’ensemble. La comparaison entre les topologies nous amène ensuite à choisir compensation série-série. Puis nous constatons que la technologie choisie pour les condensateurs, la contrainte d’isolation statique et dynamique peuvent diviser par plus de deux la puissance transmise au travers d’une surface. Enfin, nous abordons comment redresser et réguler la tension de sortie sans affecter la résonnance ou l’isolation apportée, tout en minimisant les pertes générées. Une dernière partie montre que, moyennant un système de dissipation un processus de fabrication adapté, il est possible d’intégrer la structure complète sur silicium / High temperature applications such as deep drilling, aeronautics or aerospace, lead to rework the isolated power supplies used for the control of the power elements. This work study the feasibility of an embedded converter with high static (10kV) and dynamic (<10 pF) insulation, able to work under high temperatures (> 250 ° C), in the ranges of dozens volts for the output voltage and several Watt of transmitted power. To avoid being constrained by a magnetic material Curie temperature of, we use a coreless transformer based DC/DC power supply. First of all, this thesis details the origin, the measurement and the estimation of the elements of the chosen transformer electric model. Then, to maximize the transferred power, we form a resonant structure by adding capacitors in parallel or in series with the transformer, then we develop a method to tune the whole. The comparison between the topologies leads us to choose a serial-serial compensation. Then we note that the technology chosen for capacitors, the static and dynamic insulation constraint can divide by more than two the power transmitted through a surface. Finally, we discuss how to rectify and regulate the output voltage without affecting the resonance or insulation provided, while minimizing the losses generated. A last part exhibit that with a suitable dissipation system and manufacturing process, it is possible to integrate the complete structure on silicon chips

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'émission résonnante de boîtes quantiques uniques InAs/GaAs en microcavité planaire. Un montage original d'excitation par fibre optique est mis en oeuvre afin de découpler spatialement l'excitation résonnante de l'émission des boîtes quantiques et de s'affranchir de la diffusion parasite du laser superposée au signal d'émission résonnante. Des études en puissance d'excitation et les mesures des fonctions de corrélation du premier et deuxième ordre confirment qu'une boîte quantique semiconductrice sous excitation résonnante peut être assimilée à un véritable système à deux niveaux. Cependant, l'environnement électrostatique lié aux impuretés non-intentionnelles de l'échantillon influence fortement l'émission résonnante des boîtes quantiques. Il apparaît pour la quasi-totalité des boîtes quantiques une complète inhibition de l'émission résonnante par blocage de Coulomb. L'utilisation d'un laser non-résonant supplémentaire de très faible puissance permet de résoudre ce problème grâce à un contrôle optique très efficace de l'émission résonnante. En effet, en présence de ce " gate " optique, l'émission résonnante est débloquée et les propriétés d'un système à deux niveaux sont spectaculairement restituées. Les effets du " gate " optique sur l'émission résonnante, le décalage spectral de l'émission résonnante et la statistique des photons émis sont parfaitement expliqués de manière quantitative par un modèle de population aléatoire que nous avons développé au cours de cette thèse.

La thèse porte sur l'étude de deux classes d'oxyde par spectroscopie d'absorption X, en mode diffraction résonante pour la magnétite et en mode absorption pour les pérovskites. La structure électronique de Fe3O4 a été étudiée au seuil K du Fe pour confirmer/réfuter le modèle d'ordre de charge à basse température. La méthode développée a permis d'obtenir une information quantitative en utilisant un grand nombre de réflexions et de confirmer la présence de l'ordre de charge (Fe2.5±δ δmax=0.12, δmin=0.04). Les pérovskites (PbZrO3 et BaZrO3) ont été étudiés pour mieux comprendre la nature géométrique de leur transition de phase. L'analyse de spectres XANES au seuil K du Zr pour PbZrO3 a infirmé le modèle "déplacement" à basse température mais il a indiqué la conservation des distorsions locales dans sa phase cubique. Une interprétation de la transition structurale ferroélectrique est proposée en terme de changement d'environnement local du Zirconium dans le cadre du modèle "sphérique".

Les propriétés électroniques et d'autoassemblage de deux composés organiques, le DHTAP et le bis-pyrène, ont été étudiées par microscopie à effet tunnel (STM), sous ultra-vide et à basse température. Les propriétés optiques ont été étudiées par spectroscopie en cavité résonnante (CRD), également sous ultravide.La croissance du DHTAP a été étudiée sur différents métaux nobles. La croissance du bis-pyrène a été étudiée sur Au(111). Dans chaque cas, les conditions de température idéales pour la formation d’une première couche organisée ont été déterminées. Différents modèles sont proposés pour les structures observées en première couche. La formation de la seconde couche moléculaire à également été étudiée.L'évolution des propriétés optiques, étudié par CRD, du bis-pyrène déposé sur du verre borosilicate combinée aux informations obtenues par STM ont permit d’associer ces modifications aux interactions des moments dipolaires de transition des molécules de la première et de la seconde couche et on également permit de déterminer le mode de croissance.Finalement, la possibilité d’induire des modifications chimique de la molécule de DHTAP, intégrée dans une couche auto-assemblée, en utilisant le courant tunnel du STM a été observé. Il s’avère que la molécule de DHTAP intégrée en première couche peut subir une double déshydrogénation pour conduire à la formation d’un composé identifié comme étant le 5,7,12,14-tetraazapentacene (TAP). En seconde couche, la formation de deux radicaux, en plus du TAP, a été observé. La molécule de TAP présente un certain intérêt du fait qu’elle n’est pas synthétisable pas les méthodes conventionnelle de chimie organique. / Electronic and self-assembling properties of two organic compound, the DHTAP and the bis-pyrene, have been studied by the means of low temperature scanning tunnelling microscopy (STM) under ultrahigh vacuum conditions. Optical properties have been studied by cavity ring-down (CRD) spectroscopy, also under ultrahigh vacuum conditions.The growth of DHTAP has been studied on different metallic substrate. The growth of bis-pyrene has been studied on Au(111). In each case, the optimal temperature conditions for the formation of a well-ordered first monolayer have been determined. The formation of second monolayers has also been studied. The evolution of the optical properties, studied by CRD, of bis-pyrene deposited on borosilicate glass combined with information obtained from STM allow us to identify these modifications as interactions between transition dipole moments of molecules in the first and in the second layer, and also determine the growth mode.Finally, the possibility to induce chemical modification of DHTAP molecules embedded in an ordered monolayer using the tunnelling current of the STM has been studied. It appears that the molecule embedded in the first ML can be doubly dehydrogenated which leads to the formation of a compound identified as 5,7,12,14-tetraazapentacene (TAP). In the second layer, the formation of two radicals in addition to the TAP has been observed. The TAP molecule is interesting because of that it cannot be synthesized using common organic chemical methods.

Dans cette thèse, nous rapportons l'évolution temporelle du premier et du troisième ordre de la diffusion magnétique d'un film CoTb amorphe après une excitation femtoseconde. Ces résultats sont obtenus en appliquant une diffusion résonnants de rayons X aux petits angles au seuil d'absorption magnétique de Co M3 via des expériences de pompe sonde répétitives. Une différence de comportement entre le premier et le troisième ordre de diffusion a été observée après 3,5 ps, où une seconde baisse de l'intensité du troisième ordre apparaît. En utilisant des modèles appropriés, nous montrons que cette différence est due à une augmentation de la largeur de la paroi du domaine séparant deux domaines opposés. Nous supposons que cet élargissement de la paroi est généré par une variation de l'anisotropie uniaxiale hors plan due au réchauffement thermique du réseau par l'impulsion laser femtoseconde. Cette interprétation est vérifiée en mesurant l’anisotropie uniaxiale en fonction de la température de chauffage en effectuant des mesures statiques SQUID-VSM. / In this thesis, we report the time evolution of first and third order of magnetic scattering from an amorphous CoTb film after a femtosecond excitation. These results are obtained by applying a resonant small angle X ray scattering at the Co magnetic absorption edge M3 via a repetitive pump probe experiments. Difference in behaviours between the first and third scattering orders was observed after 3.5 ps where a second drop of the third order intensity appears. Using suitable models, we show that this difference is due to an increase of the domain wall width separating two opposite domains. We suppose that this wall broadening is generated by the variation of the out of plane uniaxial anisotropy due to the thermal heating of the lattice by the femtosecond laser pulse. This interpretation is verified by following the uniaxial anisotropy as function of the heating temperature by doing static SQUID-VSM measurements

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent l’étude des plasmas d’argon créés dans une cavité résonnante micro-ondes fonctionnant à la pression atmosphérique et leur application au nettoyage de surface. Tout d’abord, une étude des enjeux du nettoyage de surfaces industrielles est présentée ainsi qu’un état de l’art des solutions existantes et leurs limitations, mettant en évidence l’intérêt des plasmas comme alternative, notamment ceux fonctionnant en cavité résonnante micro-ondes à pression atmosphérique dont les particularités sont présentées. Dans le cas de l’argon, ces décharges présentent la particularité de ne pas être homogènes mais constituées de un ou plusieurs filaments de faibles diamètres, dépendant des conditions expérimentales. L’étude de la filamentation de ces décharges est l’objet du second chapitre où il a été mis en évidence les corrélations, dans le cas d’un filament unique, entre ses dimensions, sa température et la puissance dissipée et qu’il existait un seuil de puissance au-delà duquel la filamentation apparaissait. Une modélisation électromagnétique simple a été réalisée permettant de décrire l’influence des paramètres principaux de la décharge sur la filamentation. Le troisième chapitre présente les résultats de la caractérisation d’un filament d’argon par absorption laser en plasma continu et pulsé. L’effet de l’addition d’oxygène y est également présenté. Le dernier chapitre concerne l’étude de l’application des post-décharges micro-ondes à la pression atmosphérique créées dans des mélanges argon-azote et argon-oxygène au nettoyage de surface. On y étudie notamment l’interaction de ces post-décharges avec des molécules organiques modèles (acide stéarique et 1-octadécène). L’analyse de surface avec des techniques d’analyse d’extrême surface par spectrométrie de masse (ToF-SIMS et FTMS) a permis d’améliorer notre compréhension des mécanismes de nettoyage / The present work deals with the study of argon microwave plasmas generated in resonant cavity at atmospheric pressure and their application to surface cleaning. First, a study of the aim of surface cleaning of industrial surfaces is presented, followed by a state of the art of existing solutions and their limitations, showing the interest of plasmas as an alternative, especially atmospheric pressure microwave resonant cavity plasmas. In the case of argon, these plasmas have the particularity to be inhomogeneous and constituted of one or many small diameter filaments, depending on experimental conditions. The study of the filamentation of these discharges is the subject of the second chapter. In the case of one filament, correlations have been evidenced between its size, its temperature and the dissipated power. A simple electromagnetic simulation allowed us to describe the influence of the main plasmas parameters on the filamentation process. The third chapter presents results from the characterisation of a single argon filament by the mean of diode laser absorption in continuous and pulsed plasma mode. The effect of oxygen addition is also studied. The last chapter deals with the study of the use of atmospheric pressure microwave post-discharges in argon-nitrogen or argon-oxygen mixtures for surface cleaning application. We studied the interaction of such post-discharges with model organic molecules (stearic acid and 1-octadecene). Surface analyses by the mean of extreme surface analysis techniques based on mass spectrometry (ToF-SIMS and FTMS) allow us to improve our understanding of cleaning mechanisms

Les développements récents du génie civil créent de multiples problèmes d'interaction entre structures et sols. La compréhension du comportement des sols et des ouvrages et de leurs interactions joue donc un rôle croissant et important dans les études géotechniques. Cela suppose une estimation fiable et pertinente des caractéristiques de déformation et de résistance des sols. La détermination des paramètres mécaniques, notamment modules de déformation des sols et la connaissance de leur évolution des petites aux grandes déformations, et de leur variation suivant les chemins de contraintes deviennent donc des enjeux importants. Pour l'obtention de valeurs appropriées des paramètres caractérisant la rupture et la déformabilité, deux voies actuellement sont offertes :<br>- le prélèvement d'éprouvettes « intactes » et l'exécution d'essais sophistiqués en laboratoire,<br>- les essais sur le sol en place, plus ou moins rustiques. Ce mémoire de thèse expose une étude du comportement d'un sol argileux naturel prélevé sur le site expérimental de Cubzac-les-Ponts en combinant différents types de chargement aptes à explorer le domaine des petites déformations au moyen d'essais au laboratoire et in situ. L'idée est de réaliser des essais en laboratoire à l'aide d'appareils tels que l'oedomètre, l'appareil triaxial de précision avec système de mesure locale, les capteurs piézo-électriques et la colonne résonnante et les essais en place en utilisant des matériels innovants comme le pressiomètre autoforeur (P.A.F 2000), le triaxial in situ (T.I.S) et le système de tubage autoforé (S.T.A.F). Le programme d'essais en laboratoire a permis de déterminer la forme de la surface de charge et le comportement des sols lorsque le chemin de contraintes atteint cette surface, à analyser l'évolution des surfaces de charge en fonction de l'histoire de chargement du matériau et de la procédure d'essai ainsi la variation des modules de déformation en fonction du niveau des déformations, de la profondeur et du chemin de contraintes. Lors des essais réalisés en place, le pressiomètre autoforeur de nouvelle génération (P.A.F 2000), équipé de palpeurs et de géophones, a permis de déterminer un profil continu de modules de déformation des très petites déformations aux grandes déformations. Le triaxial in situ (T.I.S) a essayé de récréer in situ les conditions aux limites maîtrisées d'un essai triaxial de laboratoire et de réaliser des essais triaxiaux. Ce mémoire présente également une synthèse des données collectées avec différents types d'essais de laboratoire et en place des méthodes d'essais adaptés pour tester les différentes échelles de déformations ainsi que l'évolution des modules de déformation.

Les boîtes quantiques sont des sources de photons uniques prometteuses pour les réseaux d’information quantique, qui peuvent être intégrées dans des circuits photoniques et s’appuyer sur des technologies de semi-conducteur éprouvées. Dans ce contexte, ce travail se concentre sur les propriétés d’indiscernabilité des photons émis par une boîte quantique semiconductrice sous excitation résonnante. Nous utilisons une configuration particulière où les boîtes sont insérées dans une microcavité planaire permettant de s’affranchir du fond de diffusion parasite du laser d’excitation et d’améliorer la collection du signal d’émission. Nous pouvons ainsi explorer un régime de très basse puissance, où les photons d’excitation sont diffusés élastiquement sur la transition fondamentale de la boîte quantique (régime de diffusion Rayleigh résonnante). Dans ce régime, la cohérence du laser d’excitation est transmise aux photons émis, faisant des boîtes quantiques une source de photons uniques avec une cohérence extrêmement longue.Les propriétés d’indiscernabilité sont étudiées en utilisant les interférences à deux photons (coalescence) dans un interféromètre de Hong–Ou–Mandel. Une étude expérimentale complète de l’indiscernabilité est présentée en fonction de la puissance d’excitation ainsi que du temps de cohérence du laser d’excitation. Elle montre en particulier l’effet de la diffusion élastique dans la limite de basse puissance d’excitation. Il apparaît qu’une nouvelle caractéristique quantitative doit être introduite afin d’estimer l’indiscernabilité en tant que phénomène temporel, un aspect particulièrement important lorsque les émetteurs sont des sources continues de photons. / Quantum dots are good candidates as single photon emitters for quantum information networks, facilitating their integration in photonic circuits based on well known semiconductor technology. In this context, this work focuses on the indistinguishability of the photons emitted by semiconductor quantum dots excited resonantly. We use a peculiar configuration where the quantumdots are embedded in a planar microcavity, allowing for better excitation and collection efficiencies. We are then able to investigate very low excitation power regimes, where the photons are elastically scattered by the fundamental transition of the quantum dot (Resonant Rayleigh Scattering). In this regime, the coherence of the excitation laser is imprinted on the emitted photons, making the quantum dot a source of single photons with a very long coherence.The indistinguishability is investigated by using a Hong–Ou–Mandel interferometer to perform two-photon interference. We carry out a comprehensive experimental study of the excitation power dependence of the indistinguishability as well as its dependence on the excitation laser coherence, which shows the important role of elastic scattering in the low excitation power limit. It appears that a new figure of merit needs to be introduced to assess the indistinguishability as a temporal phenomenon, an aspect which is particularly relevant when dealing with continuous-wave excitation.