Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique : Le Mans : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Physique Chimie de la Matière et des Matériaux : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Sciences des Matériaux : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie : Reims : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 159-165.

Th. Univ.--Physique--Paris 12. / Résumé en anglais. Bibliogr. p. 123-129.

L'industrie des semi-conducteurs fait aujourd'hui face à des challenges importants en termes de caractérisation. En effet, la diminution des tailles et des distances inter-objets a poussé les techniques, jusqu’alors utilisées sur les lignes de production, la microscopie (SEM) et l’ellipsométrie (OCD) ont montré plusieurs limites.. Ainsi, afin de répondre aux demandes de l’industrie, soit un contrôle précis de l’uniformité et des défauts en cours de production, des besoins en termes de métrologie sont apparus.Dans ce contexte, des techniques utilisant les rayons X ont commencé à être évaluée. Ainsi, le SAXS (Small Angle X-Ray Scattering) est une technique de diffusion des rayons X aux petits angles (angles d’incidences compris entre 0.1 et 10°) permettant l’étude d’objets de taille comprise entre 1 et 100 nm. Cette technique consiste à bombarder un échantillon avec des rayons X et à collecter grâce à un détecteur les photons traversant l’échantillon (étude en transmission). Elle est sensible au contraste de densité électronique à l’intérieur de l’échantillon. C’est une technique complémentaire aux techniques de caractérisation locale telles que les microscopies, car elle permet d’obtenir une information moyennée sur une grande surface (plusieurs mm2). Une seconde technique, le GISAXS (Grazing-Incidence SAXS) est également en plein développement. C’est une technique analogue au SAXS cependant, le faisceau de rayons X ne traverse plus l’échantillon mais est réfléchi par celui-ci. Ce qui permet l’étude de films minces ou de nanoobjets déposés sur des surfaces. Ces deux techniques sont non destructives. L’objectif de cette thèse a été d’implanter ces deux techniques au sein de la plateforme de nanocaractérisation du CEA-LETI et de montrer le leurs pertinences et leurs capacités à répondre aux demandes de l’industrie de la micro-électronique. Pour se faire la thèse se divise en deux thématiques.Dans un premier temps, des études de Contrôle-Dimensionnel SAXS (CD-SAXS) ont été réalisées sur des réseaux d’objets tridimensionnels, tels que des réseaux de lignes ou d’empilement multicouches avec des applications autour de la lithographie. Nous avons ainsi pu mettre en évidence la capacité du CD-SAXS à extraire la période et la largeur de lignes ainsi que leurs profils (hauteur de lignes et angles de parois notamment) avec une précision sub-nanométrique. De plus, la caractérisation de rugosité le long des lignes a également été étudiée. Les résultats autour du CD-SAXS sont prometteurs et permettent aujourd’hui d’envisager des approches multi-techniques afin de combiner par exemples les informations locales obtenues par microscopie et les informations statistiques obtenues par SAXS.Dans un second temps, des études GISAXS sur des films de copolymères à blocs ont été réalisées, avec pour objectifs l’utilisation de ces films comme masques pour la lithographie. Tour d’abord le système classique PS-b-PMMA a été étudié à haute énergie, et plus précisément le retrait d’un des deux blocs de polymères uniquement. Puis des mesures au seuil du carbone ont également été réalisées afin de montrer la capacité des rayons X à différencier deux espèces très proches chimiquement. De nouveaux systèmes de copolymères dit "high chi" (avec une plus grande répulsion entre bloc) ayant pour objectifs la génération d’objets plus petits ont également été étudiés. Pour finir l’approche développée au CEA nommée contact hole shrink a également été suivie par GISAXS et comparé avec les résultats obtenus par CD-SAXS. / The semiconductor industry now faces significant challenges in terms of characterization. Indeed, the size and inter-object distances reduction pushed the techniques previously used, such as microscopy (SEM) and ellipsometry (OCD) to their limitations. So in order to cope with demand of the industry (a precise control of the uniformity and defects) some needs in terms of metrology appeared.In this context, X-ray techniques were evaluated. Therefore, X-ray scattering at small angle (SAXS), using incident angles comprise between 0.1 and 10° to detect 1-100 nm objects, was studied. This technique consists on sending X-ray on a sample and to collect thanks to a 2D detector the photon going through the sample (study in transmission). This technique will detect the electronic density contrast in the sample and is nondestructive. Moreover, the statistical information over a large area (several mm2) obtained from SAXS is complementary with the local and direct information obtained from microscopies. A second technique called GISAXS (Grazing-incidence SAXS) was also tested. The X-ray beam is no more transmitted through the sample but reflected on the substrate. GISAXS is more adapted for the study of thin films and nano-objects deposited on substrate. The aim of this thesis was the implementation of SAXS and GISAXS techniques on the nanocharacterization platform of the CEA-LETI and the demonstration of the ability of such techniques to control the dimension and morphologies of samples coming from the micro-electronics industry. This thesis was divided in two parts.The first one deals with critical-dimension SAXS. The control of profiles and size of 3D arrays, such as line gratings or multilayer samples, were performed on samples related to lithographic applications. We showed the capability of CD-SAXS to extract the period, the line width and the line profile (height and sidewall angle) with a sub-nanometer resolution of line gratings. Therefore, line roughness was also studied, showing promising results on periodic roughness with sub-nanometer amplitudes. Results around CD-SAXS led to new possibilities such as the multi-scale approaches, with several techniques to control in the same time the local structure, with microscopes, and the statistical structures with CD-SAXS.Secondly, GISAXS studies were performed on block copolymer films used as masks for lithography. First, the conventional system PS-b-PMMA was studied at high energy and more precisely, the removal of the PMMA bloc only. Then measurements at the carbon were also carried out to demonstrate the ability of X-rays to differentiate between two materials with quasi-similar chemical compositions. Therefore, new copolymer systems, called "high chi" (with higher repulsion between block) were also studied. Such polymers lead to the reduction of the obtained patterns. Finally the contact hole shrink approach developed at CEA was also studied by GISAXS and compared with results obtained by CD-SAXS.

Pour les besoins du présent mémoire, nous avons étudié quarante-deux femmes obèses ménopausées (pourcentage de masse grasse initiale: 45 +/- 4%) âgées de 57 +/- 4 ans qui ont suivi une diète hypocalorique sur une période de six mois. À l'aide de la méthode par absorptiométrie biphotonique à rayons X (dual energy X-ray absorptiometry "DXA") et celle de la tomodensitométrie axiale (CT-scan), plusieurs variables telles l'indice de masse corporelle (IMC), la masse maigre (MM), l'indice de MM (IMM), la masse grasse (MG), la graisse viscérale (GV) et la graisse abdominale sous-cutanée (GAS) ont été évaluées. De plus, des prélèvements sanguins nous ont permis d'obtenir un bilan lipidique sanguin complet, les niveaux de hsCRP ainsi que le glucose et l'insuline à jeun. La captation du glucose (mg/kg MM/min et mg/kg/min) quant à elle a été analysée à l'aide d'un clamp hyperinsulinémique-euglycémique. Les participantes ont ensuite été divisées en deux groupes selon leur changement de captation du glucose en réponse à la perte de poids [répondants négatifs : < -1,0 mg/kg MM/min (n= 19) vs. répondants positifs > 1,0 mg/kg MM/min (n= 23)]. Avant le début de l'intervention, nous avons observé une différence significative entre nos deux groupes pour l'IMM (17,5 +/- 2,6 vs 15,9 +/- 1,5 kg/m² ; P < 0,05) et les niveaux de hsCRP (5,04 +/- 3,67 vs 2,36 +/- 1,75 mg/L; P < 0,01); lesquels étaient plus élevés chez les répondants positifs. De plus, la disposition relative du glucose était moins importante chez les répondants positifs (P < 0,001). L'ANOVA à mesure répétée a révélé une diminution significative de l'IMC (-7,4%), du %MG (-6,1%), de la MG (-12,2%), de la GV (-15,7%), de la GAS (-11,4%) et de l'insuline à jeun (-13,6%) pour l'ensemble des sujets (p [plus petit ou égal à] 0.005 pour tous les changements). De plus, une interaction (temps x groupe) a révélé que nos deux groupes répondaient différemment au traitement au niveau du poids corporel (P < 0,01), de la protéine C-réactive (P < 0,005) et des mesures de masse maigre (P < 0,001). En effet, les répondants positifs ont vu des diminutions plus importantes que le groupe de répondants négatifs. Au niveau du profil lipidique, malgré une forte tendance au niveau des triglycérides plasmatiques, aucun changement ne fut enregistré. Finalement, les répondants positifs ont significativement augmenté leur captation du glucose suite à la perte de poids, tandis que les répondants négatifs ont plutôt vu cette dernière se détériorer significativement (P < 0,001 dans les deux cas); la différence de changements entre les deux groupes étant significative (P < 0,005). En conclusion, notre étude démontre qu'il existe d'importantes variabilités interindividuelles en ce qui a trait aux changements de la sensibilité à l'insuline en réponse à une perte de poids chez les femmes ménopausées. Les femmes ménopausées obèses présentant des valeurs élevées d' IMM et de hsCRP élevés, ainsi qu'une faible captation du glucose seront celles qui bénéficieraient davantage d'une perte de poids. Il est d'une grande importance d'être en mesure de développer des programmes d'interventions personnalisées au profil métabolique et physiologique de chaque individu.

Les orages sont des sources de phénomènes transitoires intenses, notamment lumineux, dans le domaine visible, mais également dans le domaine des rayons X et gamma. Ces phénomènes sont détectés sous la forme de flash de photons X et gamma appelés "Terrestrial Gamma Ray Flashes" (TGF). L'objet de cette thèse est le développement d'un modèle numérique pour étudier et comprendre les mécanismes associés aux TGF. L'étude des TGF est donc importante pour comprendre la physique des éclairs et des orages (qui sont des phénomènes très communs mais dont la microphysique reste encore très mal comprise) ainsi que le couplage entre l'atmosphère et l'ionosphère de la Terre. Cette thèse s'inscrit plus particulièrement dans le cadre de la préparation de la mission TARANIS du CNES, qui sera lancée en 2017. TARANIS disposera en particulier des instruments XGRE et IDEE, capables de caractériser les photons X/gamma et les électrons relativistes associés. Après son émission, vers 15 km d'altitude, le flux de rayons gamma du TGF est filtré et altéré par l'atmosphère, et une petite partie peut être détectée par un satellite en orbite basse. Cette dernière est constituée de photons primaires diffusés, ainsi que d'électrons, de positrons et de photons produits de manière secondaire. Une partie des leptons secondaires va pouvoir sortir de l'atmosphère et sera ensuite confinée par les lignes de champ géomagnétique. Ainsi, pouvoir établir des contraintes sur le mécanisme source des TGF à partir des observations est un problème inverse très complexe, qui ne peut être traité que par le développement d'un modèle de transport des particules énergétiques impliquées. Dans cette thèse, nous faisons dans un premier temps une synthèse des principaux travaux ayant été effectués concernant les observations et la modélisation associées aux TGF, depuis leur découverte, il y a environ 20 ans, jusqu'à nos jours. Dans un deuxième temps, nous présentons et justifions la validité du modèle MC-PEPTITA de transport des particules énergétiques concernées. Ce dernier utilise des méthodes Monte-Carlo, les jeux de sections efficaces EPDL et EEDL, des méthodes d'interaction similaires à celles présentées dans le code PENELOPE. De plus, des modèles extérieurs pour l'atmosphère (NRLMSISE-00) et pour le champ magnétique terrestre (IGRF-11) y sont intégrés. Le modèle collisionnel de MC-PEPTITA est ensuite validé par comparaison avec le code de référence GEANT4 du CERN. Une fois le modèle construit et validé, nous présentons et décomposons en détail la simulation d'un événement TGF typique pour en faire ressortir toute sa complexité. Finalement, nous procédons à des comparaisons directes entre le modèle et les données mesurées par le télescope spatial Fermi pour établir ou vérifier des propriétés importantes concernant les TGF et les faisceaux d'électrons et de positrons associés. / Thunderstorms are sources of intense transient phenomena, including light in the visible range and also in X and gamma rays. These phenomena are detected in the form of photon flashes called "Terrestrial Gamma Ray Flashes" (TGF). The purpose of this thesis is the development of a numerical model to study and understand the mechanisms associated with TGF. Studying TGF is then important to understand the physics of lightning and thunderstorms (which are very common phenomena, but the micro-physics is still poorly understood), together with the coupling between the atmosphere and the ionosphere of the Earth. This thesis is also part of the preparation for the TARANIS mission from the CNES, which will be launched in 2017. Among others, TARANIS will have the XGRE and IDEE instruments, able to characterize X/gamma photons and the associated relativistic electrons. After its emission, at around 15 km altitude, this flux of gamma-rays are filtered and altered by the atmosphere and a small part of it may be detected by a satellite in low earth orbit. This last is made of scattered primary photons, together with secondary produced electrons and positrons. A part of these secondary can escape the atmosphere and will then be confined by geomagnetic field lines. Thus, trying to get information on the initial flux from the measurement is a very complex inverse problem, which can only be tackled by the use of a model solving the transport the involved high energy particles. In this thesis, we firstly make a synthesis of the main work that has been done concerning observations and modeling associated with TGF, since their discovery, around 20 years ago, until today. Secondly, we present and validate the MC-PEPTITA model for the transport of the involved energetic particles. It uses Monte-Carlo methods, the EPDL and EEDL cross-section sets, and the methods of simulation of the interactions are similar to what is presented for the PENELOPE code. Moreover, exterior models for the atmosphere (NRLMSISE-00) and the magnetic field of the Earth (IGRF-11) are also integrated. The collision model of MC-PEPTITA is then validated by comparison with the reference code GEANT4 from the CERN. Furthermore, its ability to reproduce precisely some real lightcurves observed by the Fermi space telescope helps to strengthen even more its validation. Once the model is built and validated, we present and decompose in detail the simulation of a typical TGF event, in order to bring out all its complexity. Finally, we conduct direct comparisons between the model and the data measured by the Fermi space telescope to establish or verify important properties concerning the TGF and the associated beams of electrons and positrons.

La recherche de molécules permettant l’extraction et la stabilisation d’actinides est un sujet majeur de la chimie associée au domaine du retraitement des combustibles usés dans l’industrie nucléaire. Parmi les espèces chimiques, les polyoxométallates vacants, par leurs propriétés modulables d’un point de vue structural et fortement nucléophiles se posent comme de bons candidats pour la complexation des cations métalliques. Dans ce contexte, l’association de polyoxotungstates trivacants vis-à-vis d’actinides tétravalents et hexavalents (thorium(IV), uranium(IV et VI)) et de lanthanides considérés comme simulants d’actinides mineurs a été investiguée. Les études ont concerné la réactivité des précurseurs trivacants de type {SiW9O34}, {AsIIIW9O33}, {AsVW9O34} et {PW9O34} avec les éléments 4f (Ce(IV) et 5f (Th(IV), U(VI)), qui ont donné lieu à la complexation de clusters hexanucléaires {Ce6O8} ou de systèmes polyanioniques incorporant jusqu’à 12 centres actinides Th(IV) ou U(VI). Les espèces de type cryptant {As4W40O140} et {P8W48O184} ont permis d’encapsuler respectivement jusqu’à 4 cations uranium(IV) ou 7,2 cations uranyles par molécules. Le troisième cryptant testé {Na2Sb8W36O132(H2O)4} n’a pas permis la complexation d’actinides. Il se réorganise néanmoins, en formant une entité polyanionique contenant les espèces {SbW10O37} et {SbW8O31} lors de la réaction avec les lanthanides trivalents (Gd --> Lu). Au total, 23 composés cristallisés ont été caractérisés par diffraction des rayons X sur monocristal. Les différents assemblages moléculaires ont fait l’objet de caractérisations physico-chimiques (IR, ATG). Leurs stabilités, notamment en solution aqueuse, ont été mises en évidence par la diffusion des rayons X (SAXS). / The research of molecules for the extraction and stabilization of actinides is a key topic in the field of chemistry related to the reprocessing of spent fuels in the nuclear industry. Among the chemical species, vacant polyoxometalates, owing to their modular structural properties and high nucleophilia, are good candidates for the complexation of metal cations. In this context, the association of trivacant polyoxotungstates with tetravalent and hexavalent actinides (thorium(IV), uranium(IV and VI)) and lanthanides considered as minor actinide simulants was investigated. The studies concerned the reactivity of trivacant precursors {SiW9O34}, {AsIIIW9O33}, {AsVW9O34} and {PW9O34} with 4f elements (Ce(IV)) and 5f (Th(IV), (U(VI)), which resulted in the complexation of hexanuclear clusters {Ce6O8} or polyanionic systems incorporating up to 12 actinides Th(IV) or U(VI) centers. Cryptand species {As4W40O140} and {P8W48O184} have encapsulated up to 4 uranium(IV) cations or 7.2 uranyl cations per molecule respectively. The third cryptant tested {Na2Sb8W36O132(H2O)4} did not allow actinide complexation. It nevertheless reorganizes, forming a polyanionic entity containing the species {SbW10O37} and {SbW8O31} during the reaction with trivalent lanthanides (Gd --> Lu). A total of 23 crystallized compounds were characterized by single crystal X-ray diffraction. The various molecular assemblies have been subjected to physico-chemical characterizations (IR, TGA). Their stability, particularly in aqueous solution, has been demonstrated by X-ray scattering (SAXS).

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La gestion des ressources hydriques passe inévitablement par une multitude de mesures qualitatives et quantitatives. Ces évaluations servent à accentuer la connaissance et la compréhension de l'eau qui se trouve à l'intérieur d'un territoire d'intérêt et représente des outils d'aide à la décision essentiels. Bien que les méthodes de mesures aient grandement évoluées avec le temps, il est toujours bien complexe d'évaluer les quantités d'eau présente dans les différents réservoirs compris dans le cycle de l'eau, tel que l'eau infiltrée dans les sols. Le mouvement perpétuel des ressources hydriques accentue cette complexité et pousse les chercheurs à continuellement proposer de nouvelles méthodes de mesure de la teneur en eau du sol. Les capteurs se distinguent par plusieurs aspects dont leur étendue spatiale mais servent bien souvent à alimenter ou calibrer des modèles d'apports hydriques. Ces modèles mathématiques visent à quantifier les processus hydrologiques qui influencent la gestion de l'eau (précipitation, écoulement, évapotranspiration, etc.). Cependant, les capteurs actuellement disponibles ont soit une étendue spatiale très fine (< m²) ou très large (≥ 100 km²) ce qui génère un manque à moyenne échelle. Pour pallier ce manque, le CS725 est un appareil qui a été conçu par Campbell Scientific principalement pour évaluer l'équivalent en eau de la neige, mais qui permet également d'estimer la teneur en eau du sol sur une surface allant jusqu'à 100 m². En captant le rayonnement gamma naturellement émis par le sol minéral, il est possible d'estimer la quantité d'eau qui y est contenue puisque cette eau représente la principale source d'atténuation de ce rayonnement, qu'elle soit sous forme solide ou liquide. La présente étude a permis de démontrer la capacité du CS725 à estimer le contenu en eau des premières couches de sol minéral (≤ 20 cm). De plus, une méthode d'intégration de variables décrivant l'humus de surface est proposée et les avantages de l'utilisation de cette méthode en forêt boréale sont démontrées. Les retombées de ces recherches permettront une utilisation du CS725 adaptée aux réalités pédologiques de la station et ce particulièrement en forêt boréale. De ce fait, le potentiel d'utilisation du CS725 pour l'estimation de la teneur en eau du sol minéral peut accroître la compréhension du comportement de l'eau infiltrée à moyenne échelle et ainsi alimenter davantage les modèles d'apports hydriques. / The management of water resources inevitably involves a variety of qualitative and quantitative measures. These measurements provide a better knowledge and understanding of the water in a specific area of interest and are essential decision-making aids. Although measurement methods have greatly evolved over time, it is still quite complex to estimate the amount of water present in the various reservoirs within the water cycle, such as infiltrated water. The perpetual movement of water resources increases this complexity and drives researchers to constantly propose new approaches to soil water content measurement. These sensors differ in several aspects such as spatial extent, but ultimately serve to supply or to adjust water supply models. These mathematical models which are intended to quantify the hydrological processes that influence water management (precipitation, runoff, evapotranspiration, etc.). Yet, currently available sensors have either a very fine (< m²) or very large (≥ 100 km²) spatial extent which generates a medium-scale deficiency. To address this limitation, the CS725 was designed by Campbell Scientific mainly to measure snow water equivalent, but also allows soil water content to be estimated over an area of up to 100 m². By capturing the gamma radiation naturally emitted by the mineral soil, it is possible to estimate the amount of water (solid or liquid) contained in the soil since this water represents the main source of the attenuation of this radiation. Subsequently presented research has shown the ability of CS725 to estimate the water content of the first few layers of mineral soil (≤ 20 cm). In addition, a method for integrating variables describing surface humus is proposed and the advantages of using this method are proven. The results of this research will allow the use of the CS725 to be adapted to the pedological characteristics of the station, particularly in the boreal forest. Thus, the potential use of CS725 for mineral soil water content estimation can increase the understanding of infiltrated water behavior on a medium scale and thus improve water supply modeling.