Diss.--Wirtschaftsgeschichte--Basel. / Bibliogr. p. 208-216.

Cette thèse présente l'étude de deux systèmes colloïdaux : les suspensions de rubans V2O5 et les dispersions de nanotubes de carbonne. Nous avons étudié leur stabilité en fonction de différents paramètres physico-chimiques. Nous nous sommes notamment attachés à discerner les comportements qui sont contrôlés par la cinétique de ceux relevant d'arguments thermodynamiques. Nous avons montré que ce genre d'approche peut être mise efficacement à profit pour réaliser la mise en forme de matériaux, avec par exemple, un procédé simple pour assembler les nanotubes de carbone sous forme de fibres macroscopiques.

Le développement des lasers de fortes puissances réalisé au cours des dix dernières années a ouvert de nouveaux champs de recherche dans de nombreux domaines tels que la production de faisceaux de particules chargées. Lors de l'interaction d'un faisceau laser avec une cible, il est en effet possible de générer un faisceau d'ions ou d'électrons d'une large gamme énergétique dépendant de la puissance du laser et de la nature de la cible.Les physiciens qui étudient les interactions laser-matière montrent un grand intérêt à pouvoir réaliser des expériences avec une cible d'hydrogène pure de l'ordre d'une dizaine de micromètres d'épaisseur. Lors d'une telle interaction, un faisceau constitué uniquement de protons accélérés est produit. La protonthérapie est l'une des applications phares qui utilise les propriétés particulières des protons accélérés pour détruire des tumeurs cancéreuses. Cette technique, plus légère et moins coûteuse, pourrait remplacer dans les années à venir les gros accélérateurs de particules, situés en sous-sol des hôpitaux. Les travaux menés durant cette thèse ont permis de développer un moyen d'obtenir et de caractériser de telles cibles, et ce en utilisant un nouveau procédé d'extrusion.L'extrusion d'hydrogène solide requiert des fortes pressions (100 à 400 bar) et des basses températures (inférieures à 13 K). Les fortes pressions sont obtenues à l'aide des propriétés thermodynamiques du fluide. Dans un premier temps, de l'hydrogène est introduit puis solidifié dans la cellule expérimentale jusqu'à remplir celle-ci. La cellule est alors fermée et chauffée en partie haute afin de liquéfier l'hydrogène qui s'y trouve. La dilatation qui résulte du changement de phase, génère une pression sur l'hydrogène solide qui est situé sous le liquide. Cette pression permet d'obtenir la force nécessaire à l'extrusion qui est réalisée au travers d'une buse se situant à l'extrémité basse de la cellule. La principale différence avec un procédé classique d'extrusion est l'absence de parties mobiles.Des premiers rubans d'hydrogène d'une largeur de 1 mm et d'une épaisseur de 100 µm ont été obtenus et ont donné lieu à publication en mars 2014. Une évolution de la cellule et du cryostat a ensuite été réalisée dans le but d'atteindre des épaisseurs de rubans plus faibles (25 et 50 µm).Une buse cylindrique d'un diamètre de 140 µm a également permis d'obtenir de longs cylindres d'hydrogène solide et de comprendre le comportement de l'écoulement dans des géométries simples. En parallèle, de nombreuses simulations numériques ont été réalisées dans le but de caractériser ce comportement. Un modèle dédié a ainsi été établi, pour lequel les résultats expérimentaux et les simulations sont en bon accord.Un algorithme de mesure de vitesses d'écoulement, basé sur le suivi de défauts présents dans le film d'hydrogène a également été développé. Celui-ci est basé sur une technique d'inter-corrélation d'images. L'épaisseur du ruban est également obtenue par analyse d'images acquises. Ces résultats sont en adéquation avec la mesure du débit d'hydrogène pompé, réalisée en aval du cryostat.De nombreux laseristes ont alors manifesté leur intérêt autour de ce nouveau procédé et une collaboration a été mise en place avec l'équipe du laser PALS, à Prague, dans le but d'installer une nouvelle version du cryostat, capable de se fixer sur la chambre à vide de leur laser. Cette équipe, qui sera la première à tirer sur des cibles d'hydrogène solide courant novembre 2015, souhaite valider certaines théories et accélérer des protons en utilisant le principe de la TNSA (Target Normal Shealth Acceleration). Les laseristes du LULI (situés à Palaiseau, en France) sont également intéressés pour utiliser de telles cibles et une installation sur leur chambre laser a été planifiée au mois de janvier 2016. En parallèle, des physiciens de l'Institut Lumière Matière du CNRS de Lyon souhaitent également utiliser ces cibles pour générer des rayons X-UV. / The development of very high power lasers in the latest decade opened up new horizons in a various field, such as the production of accelerated ion beams. When a laser beam interacts with a target, the generated beam can contain energetic ions or electrons with a large energy spectrum (1–200 MeV). This energy distribution depends on the laser power and the nature of the target.Physicists studying the interaction between laser and materials are really interested in having very thin (10 µm) ribbons of solid hydrogen that could be used as a target. Indeed, during the interaction between a laser and such a target, a pure proton beam can be created. Protontherapy is one of the main potential applications which uses the special properties of accelerated protons to destroy cancerous tumor. This technique, lighter and cheaper, could replace in the next years huge particle accelerators situated underground the equipped hospitals. This PhD thesis was about developing a way to get and characterize such ribbons, using a new extrusion process.Extrusion of solid hydrogen requires a high pressure (10 MPa to 40 MPa) and a low temperature (below 13K). This is achieved by using the thermodynamic properties of the fluid. First, the cell is filled in with solid H2, then closed. Afterward, the upper part is heated to liquefy the solid. The expansion, resulting from the phase change creates a pressure on the solid hydrogen, located below the liquid. The extrusion is realized through a micron-sized hole at the bottom of the cell. The main difference with a classic extrusion process is the absence of moving parts.First solid hydrogen ribbons (1mm large and 100 microns of thickness) have been obtained in March 2014, leading to an article in a peer review (laser and particle beams (2014) 32,569-575, Continuous production of a thin ribbon of solid hydrogen). The use of a 50 micron nozzle was satisfying but it showed the limitation in the design of the cell, leading to an upgraded one, which will enable to extrude thinner ribbons.A cylindrical nozzle (140 microns diameter) has also been used to obtain long cylinders of solid hydrogen and to be able to understand the solid hydrogen flow in simple geometries. In parallel, several numerical simulations have been carried out to establish the flow behavior of solid hydrogen during the extrusion process. An “home made” model has been developed for which experimental results and numerical calculations fit quite well for different nozzles' geometries.Using small ribbon defaults as velocity tracers, cross-correlation algorithm has also been developed to measure the velocity during the extrusion process. The ribbon thickness is also extracted from image analysis. These results are also correlated by flowmeter measurements and appeared to be accurate.Several laser teams have shown a great interest for these results and a collaboration contract has been signed with the laser PALS team (Prague) to install an updated version of this cryostat, able to be plugged in their vacuum chamber. The team wants to shoot the solid hydrogen target to understand the laser/matter interaction and accelerate proton through the TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) principle. It will be the first time such target will be shot. The installation of the cryostat is scheduled by the end of august and the first experiments are planned during november 2015. LULI's laser team at Palaiseau in France is also interested in using these targets and is planning to shoot them in January 2016. In parallel, CNRS physicists of the ILM (Institut Lumière Matière de Lyon) would like to use these targets to generate X-UV radiation.

Les dimensions des satellites spatiaux tendent à croître fortement alors que le volume disponible dans la coiffe des lanceurs est limité. L'utilisation de structures déployables permet de résoudre cette contradiction. Afin de développer l'offre disponible, le département Recherche de Thales Alenia Space étudie les mètres rubans comme solution innovante de déploiement. La première structure envisagée est un télescope déployé par le déroulement de six mètres rubans assurant également le positionnement du miroir secondaire. D'autres structures déployables utilisant les propriétés des mètres rubans sont également en cours d'étude : mât, panneaux solaires, etc.Il convient alors de se doter d'outils de modélisation spécifiques pour modéliser les scénarios de déploiement et multiplier les configurations envisagées. Deux précédentes thèses ont conduit à l'élaboration de modèles énergétiques de poutre à section flexible, rendant compte du comportement plan des rubans ([Guinot2011]) puis de leur comportement tridimensionnel ([Picault2014]). Cette thèse présente différentes contributions autour de ces modèles de poutre à section flexible. Les hypothèses du modèle ont été améliorées. Le re-positionnement de la ligne de référence sur le barycentre des sections conduit à des résultats plus proches des scénarios physiques (apparition et disparition des plis sur le ruban). A ce jour, les hypothèses et les équations du modèle sont définitivement formalisées. Nous avons établi les équations locales 1D (équilibre, comportement) dans le cas des comportements tridimensionnels avec le souci de la plus grande généralité. Établir ensuite les équations dans des cas dérivés simplifiés (restriction aux comportements 2D, section faiblement courbée) nous a permis d'obtenir un certain nombre de solutions analytiques et les équations à implémenter dans l'outil métier.Nous avons développé sur le logiciel de continuation ManLab les premiers éléments d'un outil métier performant dédié à la modélisation des mètres rubans. Nous avons ainsi pu réaliser deux contributions principales :- Un outil généraliste, performant en temps de calcul, permettant d'étudier les systèmes différentiels 1D (BVP, Boundary Value Problems). Les équations locales des modèles de poutre à section flexible ont été implémentées dans cet outil, avec une discrétisation par interpolation polynomiale et collocation orthogonale.- Un élément fini spécifique pour les poutres à section flexible et son implémentation dans ManLab.Ces éléments ont permis de réaliser différentes simulations numériques conduisant à une meilleure compréhension du comportement des mètres rubans grâce aux diagrammes de bifurcation associés à plusieurs essais significatifs. / Dimensions of spatial satellites tend to grow bigger and bigger, whereas the volume in launchers remains very limited. Deployable structures must be used to meet this contradiction. To expand the offer of possible solutions, the Research Department of Thales Alenia Space is currently studying tape springs as an innovative deployment solution. The first structure to be considered is a telescope that is deployed by the uncoiling of six tape springs that also ensure the positioning of the secondary mirror. Other deployable structures that use the properties of tape springs are under investigation : mast, solar panels,...Specific modeling tools then appear compulsory to model deployment scenarios and multiply the tested configurations. Two previous PhD thesis lead to the development of energetic rod models with flexible cross-sections that account for planar ([Guinot2011])and three dimensional behavior of tape springs ([Picault2014]). This PhD thesis presents several contributions on these rod models with flexible cross-sections. The hypotheses of the model were improved. Re-positioning the reference rod line so that it passes through the sections' centroids leads to results that are closer to experimental scenarios (creation and disappearance of folds in the spring). The hypotheses and equations of the model are now definitively formalized.We have derived the 1D local equations in the three-dimensional behavior case in the most generalist way. Then, the derivation of the equations in simplified cases (restriction to 2D behavior, shallow cross-section) enabled us to obtain several analytic solutions and the equations to implement in the specific modeling tool.We have developed on the continuation software ManLab the first elements towards a home made, efficient modeling tool dedicated to the modeling of tape springs. Two main contributions can be listed :- A generalist tool, efficient in calculus times, to study 1D differential problems (BVP, Boundary Value Problems). The local equations of the rod models with flexible cross sections were implemented in this tool, with a discretization based on polynomial interpolation and orthogonal collocation.- A specific finite element for rods with flexible cross sections and its implementation in ManLab.These elements enabled us to perform several numerical simulations and have a better understanding of the behavior of tape springs thanks to full bifurcation diagrams obtained for significant tests.

Les sophorolipides, appartenant à la famille des glycolipides produits par voie microbienne à l'échelle industrielle, possèdent un groupement COOH sensible au pH qui leur confèrent des propriétés d'auto-assemblage uniques. Dans ce travail, nous avons étudié deux variantes de cette molécules, une avec une chaîne alkyle saturée (C18:0 SL) et une avec des groupes acétyles sur la partie sucrée (C18:1a SL). Le C18:0 forme des rubans chiraux à pH < 7.5 que nous avons caractérisés avec des techniques de cryo microscopie, diffusion de la lumière, des neutrons et des rayons-X et de la RMN solide. Le composé mono-insaturé C18:1cis, étudié dans la littérature, s'auto-organise en micelles et ellipsoïdes sous les mêmes conditions que le C18:0 forme des rubans. A pH basique, la charge négative sur le COOH conduit à la formation de plaquettes pour les deux SL, C18:0 et C18:1cis. La molécule acétylée, C18:1a, ressemble dans son comportement au C18:1cis et forme des ellipsoïdes dont la longueur peut être modifiée avec le pH. Finalement, nous avons étudié l'effet du C18:0 sur la prolifération de cellules fibroblastes, pour une éventuelle application dans la cicatrisation de la peau. / Sophorolipids (SL), a family of industrially-scaled bolaform microbial glycolipids, possess a pH-sensitive COOH group and are expected to exhibit a unique self-assembly behavior. In this work, we have studied 2 different types of this molecule, whose chemical structure has been modified on the alkyl chain (leading to the saturated C18:0 SL) and on the sophorose moiety (leading to the acetylated C18:1a SL). The C18:0 SL forms chiral nanofibers only at pH below 7.5 and we have characterized them with powerful techniques such as cryo-TEM, light, neutron and X-Ray scattering and solid state NMR. Interestingly, the mono-unsaturated compound (C18:1cis) self-organizes into micelles and ellipsoids under the same conditions (pH < 7.5), as reported in the literature. At basic pH, the negative charge on the COOH group drives the self-assembly towards platelet-like objects for both, C18:0 and C18:1cis SL. The acetylated compound C18:1a resembles the C18:1cis SL and forms ellipsoids, whose length can be triggered with the pH. Finally, we have investigated cell viability tests of C18:0 SL to human cells (fibroblasts) in vitro for potential wound healing applications of this biosurfactant.

En 1984 Jones découvrit son invariant polynomial, qui ne ressemblait à aucun concept connu auparavant. En quelques années cette découverte a provoqué l'invention de nombreux autres invariants polynomiaux et des invariants dits quantiques ou de type fini, issus des représentations du groupe des tresses et souvent inspirés par des analogies avec la physique théorique. Malgré leurs mérites pour la théorie des nœuds et des 3-variétés, ces invariants restent peu compris du coté de la topologie algébrique, et parfois de la topologie tout court. Ce mémoire présente et discute quelques éléments de réponse.

La caractérisation des propriétés structurale et magnétique des alliages Fe-Zr-Nb-B amorphes doux et nanocristallins sous la forme de rubans et de films minces est présentée et discutée dans ce travail. L'étude détaillée des rubans de Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 dans leur phase amorphe et nanocristalline a été faite au moyen de mesures par scan calorimétrique différentiel (Differential Scanning Calorimetry – DSC), analyse thermo-gravimétrique (Thermal Gravimetric Analysis – TGA), diffraction de rayon X (X Ray Diffraction – XRD) et spectroscopie Mössbauer. La détermination expérimentale de la distribution de champ d'anisotropie pour des rubans nanocristallins de Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 est aussi présentée et discutée dans le but d'avoir une meilleure idée de l'anisotropie effective du système. Les propriétés de magnéto transport de ces rubans ont été étudiées en conduisant des mesures de magneto impédance géante. Egalement discutée est la possible limitation de l'applicabilité du modèle d'anisotropie aléatoire des matériaux magnétiques doux de cristallisation optimale par présentation de la dépendance du champ coercitif appliqué en fonction de la taille de grain et de la fraction volumique dans la cas d'un alliage Fe-Co. Des échantillons de films minces ont été préparés en utilisant des méthodes de sputtering par faisceau d'ions et de sputtering par radio fréquences avec des rubans de Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 comme matériau cible. Des informations complémentaires sur les propriétés structurelles des films minces amorphes et nanocristallin ont été obtenues en usant de la réflexivité des rayons X (X ray reflectivity – XRR), analyse par diffraction de rayons X en incidence rasante (Grazing Incidence X rays) et microscope à force atomique (Atomic Force Microscopy – AFM). Les propriétés magnétiques des rubans et films minces étudiés furent caractérisées grâce aux mesures d'hystérésis standard, magnétomètre à échantillon vibrant (Vibrating Sample Magnetometer – VSM) et magnétomètre à gradient de champ alternatif. Les ix études de résonance ferromagnétique faites sur des échantillons de films minces déposés tel quel sont aussi discutées. L'interdépendance des propriétés structurales et magnétiques pour à la fois les rubans et les films minces est discutée.

Nous commençons par développer la notion de groupe fondamental d'un champ algébrique, à l'aide de sa catégorie de revêtements étales. Cette définition coïncide avec celle, en termes de schémas simpliciaux, de T. Oda. Nous montrons aussi qu'elle permet de retrouver le groupe fondamental profini de l'orbifold analytique associé puis établissons une suite exacte reliant groupe fondamental géométrique et algébrique d'un champ algébrique sur un corps. Dans un deuxième chapitre, après avoir défini les notions d'espace tangent et de diviseur à croisements normaux dans le cadre des champs algébriques, nous généralisons celle de point base tangentiel, bien connue pour les schémas de carcatéristique nulle, aux champs algébriques en caractéristique quelconque. Dans un troisième chapitre, nous montrons que les strates ouvertes de la stratification de l'espace de modules de courbes stables de genre $g$ à $n$ points marqués peuvent se décrire à l'aide des espaces de modules de courbes lisses de dimension inférieure. Nous expliquons aussi comment un graphe en rubans permet de décrire un point-base tangenciel sur ces espaces de modules. Dans un dernier chapitre, nous détaillons certains liens entre la tour des groupoïdes fondamentaux des espaces de modules de courbes lisses relatifs aux points-bases tangenciels précédemment construits et le groupoïde de Lyubashenko, en y construisant certains chemins (torsion, tressage) et en établissant certaines relations entre ces chemins. Dans deux appendices, nous détaillons les notions de champ algébrique et de 2-catégorie.

Des matériaux ayant des propriétés émissives spécifiques peuvent être obtenus par l'organisation contrôlée de fluorophores aux échelles moléculaire, nano- et micro-métrique. Dans ce travail, l'émission de lumière bleue polarisée est obtenue par l'auto-assemblage hautement anisotrope de n-acènes alcoxylés en nano-rubans. Des techniques de microscopie de fluorescence ont été utilisées pour déterminer le mécanisme de leur croissance et ont été combinées à la cristallographie aux rayons X pour déterminer l'empilement moléculaire dans les nano-objets. L'étude a révélé que la formation des nano-rubans est induite non seulement par le mécanisme de maturation d'Ostwald très commun, mais aussi par une croissance par attachement orienté rarement démontré dans des systèmes organiques. En plus des techniques plus courantes, la microscopie en polarisation de fluorescence de molécules uniques a contribué à caraxctériser l'emplilement moléculaire, bien que les nano-objets à haute densité en chromophore constituent des échantillons très difficiles à étudier. Dans ce travail, les propriétés des nano-rubans ont été contrôlées au niveau microscopique par les conditions de croissance, ainsi que par l'addition de dopants. Ainsi, en combinant différentes molécules et une réaction photochimique sous microscopie, des rubans à motifs colorés sub-micrométriques ont été obtenus. Par ailleurs, l'assemblage orthogonal a été exploité pour développer des réseaux interpénétrés. Ces derniers se distinguent par une émission à double couleur, un transfert d'énergie entre objets et une électroluminescence aux jonctions. / Materials with specific emissive properties can be obtained by the controlled organization of fluorophores at the molecular, nano- and microscales. In this work, polarized blue light emission is achieved by the highly anisotropic self-assembly of alkoxylated n-acenes into nano-ribbons. Fluorescence microscopy techniques were used to determine the growth mechanism and were combined to X-ray crystallography to determine the molecular packing in the nano-objects. The study revealed that the formation of the nano-ribbons is induced not only by the very common Ostwald ripening mechanism but also by an oriented attachnment growth, rarely observed with such evidence in organic systems. Besides more common techniques, single molecule fluorescence polarization microscopy contributed to characterize the molecular packing, although the nano-objects with high chromophore density represent very challenging samples. In this work, the properties of the nano-ribbons have been controlled at the microscopic level by the growth conditions, as well as by the addition of dopants Thereby, combining different molecules and photochemistry at the sub-micrometer scale under the microscope, colorful patterned ribbons could be obtained. In addition, orthogonal assembly was exploited to grow interpenetrated networks. The latter demonstrated dual color-emission, as well as inter-object energy transfer and electroluminescence at junctions.

Les mètres rubans sont utilisés comme dispositif de déploiement car ils sont légers, compacts, se déploient de manière autonome et ont une capacité d'auto-blocage en position déployée. Ces structures élancées de forme cylindrique présentent un comportement complexe avec formation de plis localisés. Leur modélisation est donc difficile : bien que des modèles de poutre à section flexible (RFleXS) aient été développés. Les travaux réalisés consistent à développer des outils numériques d'aide au dimensionnement de structures déployées par des rubans. Un modèle RFleXS adimensionné dédié aux rubans peu profonds est introduit et analysé, mettant en évidence des liens avec le modèle de barre d'Ericksen régularisé. Ces liens expliquent la formation de plis et caractérisent les trois zones constitutives d'un pli. On détermine de façon analytique le nombre et la position des points de bifurcation des branches de solution obtenues pour un essai de flexion pure d'un ruban. Un enrichissement de la cinématique de section est intégré dans les modèles RFleXS. Les simulations de flexion de ruban montrent alors une bonne corrélation avec les modèles de coque. Une nouvelle formulation des modèles RFleXS est implémentée et conduisant au développement de deux outils numériques : un code de calcul par éléments finis complet et un élément à deux noeuds intégré dans un code commercial. Des essais de flexion réalisés sur des rubans composites viennent compléter ces travaux afin de confronter les simulations numériques à des essais réels. Bien que des écarts soient observés, le comportement global du ruban est bien retranscrit par les modèles de poutre à section flexible. / Due to their lightness, compactness, their autonomous deployment and their ability to self-locking while deployed, tape-springs are considered to deploy structures. These slender and cylindrical structures highlight a complex behaviour because of the formation of localised folds. Tape-springs are then difficult to model but a rod model with flexible cross-section (RFleXS) has been developed in order to characterise the tape-spring behaviour.The purpose of this PhD was to develop numerical tools dedicated to design structures deployed by tape-spings. A dimensionless form of the RFleXS model dedicated to shallow tape spring has been developed and links with a regularised Ericksen's bar have been made. These links help to explain folds creation and to determine characteristics of the three constitutive areas of a fold. Analysis of the dimensionless model leads to determine the finite number and the position of bifurcation points for the pure bending of a tape-spring. The cross-section kinematic is enriched; simulations of bending tests then show a good correlation with shell models. A new implementation of RFleXS models is introduced, leading to the creation of two numerical tools: a full finite element software and a one-dimensional element with two nodes incorporated in Abaqus. Some bending experiments have been performed in order to compare simulations with measured data. Even if discrepancies are observed, these comparisons show that the tape-spring overall behaviour is well predicted by rod models with flexible cross-section.