Ces dernières décennies, les xénolites de péridotites provenant des kimberlites et des basaltes ont contribué de manière déterminante à la compréhension de l'état physico-chimique du manteau supérieur de la Terre dont dépend la modélisation directe de déformation telle que le rebond post-glaciaire. Une telle approche requiert a priori la détermination des conditions physiques P, T et σ dont témoignent la chimie minérale et la texture de ces roches. Un protocole original d'inversion thermodynamique de données expérimentales pour des pyroxènes en équilibre mutuel, a d'abord été développé dans le but d'obtenir un géothermobaromètre fiable. D'autre part, l'étude menée par spectroscopie IRTF de pyroxènes montre que ces minéraux nominalement anhydres (NAMs) contiennent en fait de l'eau sous forme dissoute, de 38 à 450 ppm pour les cpx, et de 19 à 184 ppm pour les opx.Par son rôle perturbateur du réseau cristallin, cette eau affecte directement les propriétés physico-chimiques du manteau terrestre (viscosité, diagrammes de phase, conductivité électrique). La dissolution de cette eau est correlée à fO2, P et T, et seulement indirectement à la chimie des minéraux. Des analyses 1H, 27Al et 29Si MAS RMN sur ces phases contenant des teneurs non négligeables en fer, ainsi que sur des mélanges kaolinite+magnétite, permettent, entre autres, d'authentifier les signatures spectrales de ces pyroxènes naturels mais aussi de quantifier les espèces Al en termes de sites d'occupation. La complémentarité de ces outils, appliqués ici avec succès, ouvre de nouvelles perspectives de compréhension et modélisation des processus profonds.

Ce travail de doctorat concerne le stockage des déchets radioactifs à vie longue et haute activité en site géologique profond. Dans le concept actuellement retenu par l'Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs), c'est une enveloppe en acier non allié, appelée " surconteneur ", qui sera au contact de l'environnement. Dans les conditions anoxiques où se retrouvera l'acier après une période initiale relativement courte, des vitesses de corrosion très faibles sont attendues, ce qui garantirait l'intégrité du surconteneur pour des millénaires. Cependant, il n'est pas exclu que des bactéries sulfurogènes puissent se développer à proximité ou au contact du surconteneur et modifier localement la cinétique de la corrosion via les espèces sulfures produites par leur métabolisme. L'objectif de cette thèse consistait à améliorer notre compréhension du système de corrosion constitué de l'acier, de sa couche de rouille essentiellement composée de sidérite FeCO3 et d'un électrolyte sulfuré.Pour ce faire, il a été nécessaire dans un premier temps de caractériser par microspectroscopie Raman les sulfures de fer impliqués dans les processus de corrosion et d'étudier les mécanismes de leur formation et de leur transformation dans différentes conditions de concentration en Fe(II) et S(-II), de pH, de température et d'oxygénation. Il a pu être démontré que le spectre Raman de la mackinawite FeS, composé qui précipite à partir de Fe(II) et S(-II) dissous dans toutes les conditions considérées ici, évoluait avec la cristallinité et l'oxydation du composé. Par ailleurs, les mécanismes de l'oxydation à 80°C en milieu acide anoxique de la mackinawite en greigite Fe3S4 ont pu être décrits. Cette étude a permis de démontrer que les sulfures de fer souvent présents sur les objets archéologiques ferreuxissus de milieux anoxiques sont soit de la mackinawite, soit étroitement apparentés à la mackinawite.Dans un deuxième temps, nous avons étudié la formation de produits de corrosion carbonatés par polarisation anodique d'électrodes d'acier à température ambiante dans des électrolytes désaérés à base de NaHCO3. Les conditions expérimentales permettant d'obtenir la sidérite ont été re précisées et utilisées pour synthétiser des couches modèles de FeCO3 sur acier. Par ailleurs, il a été observé que la rouille verte carbonatée était le principal produit se formant aux faibles concentrations en espèces carbonates (0,003 et 0,1 mol L-1 par exemple),la sidérite se formant aux fortes concentrations (0,5 et 1 mol L-1). Les conditions permettant la formation de la chukanovite, l'hydroxycarbonate de Fe(II) de formule Fe2(OH)2CO3, n'ont pas pu être explicitées, même si cette phase a été obtenue dans un électrolyte contenant à la fois des ions SO42- et HCO3- à la concentration de 0,03 mol L-1.Enfin, les interactions entre sulfures et produits de corrosion ont été étudiées. La sidérite, la lépidocrocite et la goethite sont toutes réactives vis-à-vis des sulfures. Ainsi, il apparaît clairement que les espèces sulfures produites par les BSR devraient interagir avec la couche de produits de corrosion avant d'interagir avec le métal sous-jacent. Les tests effectués sur des analogues archéologiques du 16ème siècle, immergés deux mois dans des solutions sulfurées en conditions anoxiques ont permis de le démontrer. Le principal effet de cette immersion a été la formation de sulfures de fer à l'interface entre la couche dense de produits de corrosion, essentiellement constituée de sidérite, et le milieu transformé, zone où s'entremêlent les minéraux propres au sol et ceux produits par la corrosion du fer. Les espèces sulfures n'ont pas été détectées au voisinage immédiat de la surface du métal.

Ce travail de thèse s'intéresse aux propriétés optiques de deux types de structures photoniques: les cavités de cristal photonique planaire et les opales, qui sont des cristaux photoniques à trois dimensions. Dans une première partie, les propriétés de résonances de cavités de type L3 sont étudiées à l'aide d'un dispositif original de spectroscopie de diffusion, qui permet une analyse des modes de cavité en polarisation et en longueur d'onde., ainsi que la détermination de leur facteur de qualité. Les résultats expérimentaux sont comparés à des calculs de FDTD 3D, avec un bon accord. Cette nouvelle méthode est appliquée à l'étude de l'influence de la géométrie de la cavité sur les modes, et met en évidence les paramètres à varier intéressants pour une ingénierie efficace de leurs propriétés. Dans une seconde partie, les propriétés de la bande interdite d'une opale sont étudiées par goniométrie optique. Les caractéristiques structurelles de l'échantillon sont déterminées par une méthode originale fondée sur l'étude du diagramme de bandes de l'opale. Ainsi, l'indice effectif de l'opale est déterminé par centrage de l'anticroisement expérimental au point K de la zone de Brillouin. L'accord avec les mesures ellipsométriques est satisfaisant.. Cette valeur de l'indice est capitalisée par l'interprétation de deux phénomènes mal compris dans la littérature jusqu'à présent: l'observation du pic de réflexion secondaire aux angles de détection spéculaire, et l'annulation du pic de réflexion de polarisation p aux angles proches de l'angle de Brewster.

Les travaux effectués au cours de cette thèse au sein du groupe de structure nucléaire de l'IPN d'Orsay s'articulent autour de la production, en vue d'une étude par spectroscopie gamma, de noyaux exotiques riches en neutron de la couche fp. Dans ce cadre, nous avons mis en place, auprès de l'accélérateur Tandem d'Orsay, un multi-détecteur au germanium baptisé ORGAM, destiné à la spectroscopie gamma à haute résolution. Au cours de l'année 2008-2009, les détecteurs amenés à composer ORGAM ont été testés, ainsi que le dispositif annexe de réjection-Compton, en coopération avec la division instrumentation du laboratoire. Parallèlement, le système d'alimentation automatique en azote liquide, destiné au maintien des détecteurs à basse température, a été amélioré et fiabilisé. L'ensemble du dispositif a été mis en place sur une ligne de faisceau de l'accélérateur tandem avec le concours du personnel technique de l'accélérateur. La première expérience utilisant le dispositif ORGAM a été réalisée en juillet 2009. Cette expérience, dont les données ont été analysées dans le cadre de ce travail, visait à étudier les collisions profondément inélastiques entre un faisceau de 36S accéléré à 154 MeV, et une cible de 70Zn. Un dispositif permettant la détection des particules chargées émises à grand angle a été utilisé afin d'identifier les fragments de ces collisions. Il n'a pas été possible, du fait du fond important induit par la diffusion élastique du faisceau dans la cible, d'identifier directement ces fragments. L'étude des coïncidences gamma-gamma avec le détecteur ORGAM a cependant permis de mettre en évidence un certain nombre de cascades de photons désexcitant des noyaux potentiellement produits par le mécanisme de réaction d'intérêt. Les données recueillies au cours d'une autre expérience, réalisée auprès du tandem d'Orsay en 2005, ont également été analysées dans le cadre de ce travail. Cette expérience, visant à produire par fusion évaporation entre un faisceau de 14C à 25 MeV et une cible de 48Ca, les noyaux de 59Mn et de 57Cr, a permis d'établir une partie du spectre en énergie d'excitation de ces noyaux, jusqu'à une énergie d'excitation supérieure à 3 MeV. Une étude théorique des noyaux de chrome impairs de la couche fp a été tentée à l'aide d'un modèle phénoménologique de couplage intermédiaire. Ce modèle reproduit de manière satisfaisante le spectre en énergie d'excitation du 53Cr, qui possède un cœur semi-magique + 1 neutron. Les prédictions du modèle, qui ne prend pas en compte l'interaction entre nucléons de valence, s'avèrent en revanche moins bonnes dans le cas des noyaux de 55Cr et 57Cr.

Ce travail tend à l'amélioration de la détection et de la quantification des minéraux argileux, et plus particulièrement des minéraux argileux " gonflants ", dans la partie superficielle des sols. Cette étude est menée à l'échelle locale et à l'échelle globale pour accompagner la démarche des régions pour la prévention du risque de retrait-gonflement des argiles. La première partie présente les principes généraux de la spectrométrie infrarouge et la base de données utilisés dans la thèse. Nous confrontons ensuite deux approches classiquement utilisées dans les sciences du sol : Les méthodes statistiques (PLSR et ACP) et l'étude des figures d'absorption caractéristiques des minéraux argileux. Elles montrent principalement la quantification de la kaolinite dans un mélange multiphasé et dans un sol. Les limites de ces méthodes pour la quantification de la smectite amènent au développement d'une nouvelle méthode basée sur la transformée en ondelettes continue et la corrélation croisée en ondelette. Cette méthode apparaît être la plus prometteuse pour la quantification fine de la teneur en smectite des sols, à l'échelle locale comme à l'échelle globale, dans les études de prévention des risques de retrait et de gonflement des sols.

Cette étude a pour objet les décharges haute-tension nanoseconde dans l'air à des pressions supérieures ou égale à la pression atmosphérique, en géométrie pointe-plan, et leur application au déclenchement de combustion en mélange air/propane. Ces décharges fortement hors-équilibres sont susceptibles de former une concentration significative d'espèces réactives et nous analysons leur capacité à allumer un mélange combustible. Le générateur conçu est capable de fournir une impulsion de tension carrée de 40 à 80 kV avec un front de montée raide de 3 ns. A la pression atmosphérique, nous observons un type de décharge peu commun dans les précédentes études expérimentales de décharges couronnes : la décharge diffuse. On retrouve une décharge de type filamentaire en augmentant la distance pointe-plan ou en augmentant la pression, toutes choses égales par ailleurs. Nous mettons en avant par imagerie CCD rapide deux phases de développement de ces décharges, également analysées à l'aide de simulations COMSOL. Pour une pression de 1 bar, l'application de ces décharges à un mélange combustible air/propane provoque un allumage à la pointe, avec une énergie minimale de décharge de 8±2 mJ. L'inflammation est obtenue pour une impulsion de tension unique, et la richesse minimum pour l'obtenir est 0,7. La question de la contribution de l'apport radicalaire en comparaison de l'apport thermique à l'apparition du noyau de flamme se pose. L'analyse paramétrique basée sur l'effet de l'atome d'oxygène sur les délais d'inflammation montre qu'il est nécessaire de convertir entre 0,5 et 0,8% d'oxygène moléculaire pour pouvoir allumer à délai équivalent et avec 100 K de moins par rapport à une auto-inflammation. Par ailleurs, la température du gaz à 1 mm de la pointe a été mesurée par spectroscopie Raman spontanée, en collaboration avec le laboratoire CORIA (Rouen) : cette température reste proche de l'ambiante pour une énergie de 30 mJ et une concentration de propane de 1,7 %. Ainsi les radicaux jouent probablement un rôle non négligeable dans le déclenchement de combustion par décharge nanoseconde mono-impulsionnelle.

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont centrés sur l'analyse diélectrique de deux familles de matériaux diélectriques en couche mince et à forte permittivité : la première concerne des pérovskites de type SrTiO3 et la seconde est un nanocomposite constitué d'une matrice de carbone amorphe contenant des particules métalliques de nickel. Concernant les couches SrTiO3, élaborées par IBS (Ion Beam sputtering) au CEA-Leti à Grenoble, les propriétés diélectriques (constante diélectrique ', pertes '' et facteur de dissipation tan) sont analysées en fonction de la fréquence, de la température de fonctionnement, de la température de recuit des couches et de l'épaisseur des couches. Les changements diélectriques observés sont discutés en fonction de la cristallinité du matériau, de mécanismes de relaxation interfaciale, de contrainte mécanique, de la migration de lacunes d'oxygène, de l'existence d'une couche interfaciale de permittivité modérée. Concernant les couches composites nickel/carbone amorphe, élaborées au LEMD dans un réacteur plasma microonde de type DECR (distributed electron cyclotron resonance), les analyses diélectriques ont permis de mettre en évidence un fort mécanisme de polarisation interfaciale dans ces composites. Les résultats sont discutés en fonction du taux de nickel incorporé dans la matrice. Ce manuscrit se termine par une présentation de perspectives intéressantes d'étude de propriétés diélectriques concernant des matériaux (i) à faible permittivité, (ii) à forte permittivité et (iii) nanocomposites... Ainsi sont présentés des travaux préliminaires menés sur des films de parylène (polymère utilisé entre autres dans des lentilles liquides), une suggestion de continuité d'études sur les couches de type SrTiO3, des travaux sur des oxydes à forte permittivité Ta2O5 (intégration high  dans des circuits intégrés) et enfin plusieurs études concernant des nanocomposites (métal/carbone amorphe, silice/silicone, résine époxy/nanotubes de carbone, composites polymères/particules non linéaires).

La découverte des nanotubes de carbone, il y a maintenant une vingtaine d'années, a été un des moteurs de la recherche des nanotechnologies. Ces particules illustrent l'amalgame entre le monde macroscopique et le monde appelé nano. Cette discipline a également relancée la recherche sur le graphite et le carbone en général, qui atteint un nouveau sommet avec la découverte du graphène, une monocouche de graphite. Rapidement la physique des nanotubes et du graphène ont suscité l'intérêt d'être étudié sous champ magnétique avec la découverte de l'effet Aharonov-Bohm dans les nanotubes ou l'effet hall quantique dans le graphène. Cette thèse a pour but d'approfondir la connaissance des propriétés optiques des nanotubes, du graphène et du graphite sous champ magnétique intense. Pour cela nous nous interesserons dans un premier temps à la problématique des excitons sombres. Nous étudierons ensuite les propriétés magnétiques et dynamiques des tubes. La famille métallique est paramagnétique le long de son axe et diamagnétique perpendiculaire à celui-ci. La famille semiconductrice est diamagnétique par rapport à ces deux orientations mais la valeur perpendiculaire est plus élevée. De ce fait tous les nanotubes vont s'aligner parallèlement à un champ magnétique appliqué. Nous utiliserons des méthodes de spectroscopie optique pour étudier ce phénomène. La deuxième partie de la thèse consistera à examiner les propriétés optiques du graphène et du graphite et plus précisément les transitions entre niveaux de Landau sous champs intenses. La particularité du graphène est que ses porteurs de charge se comportent comme des particules relativistes avec une masse nulle. Les niveaux de Landau se trouvent modifiés avec une dépendance en racine du champ magnétique, par rapport aux systèmes deux dimensionels classiques, où l'on retrouve une dépendance linéaire comme pour l'électron libre par exemple. Ceci nous entrainera également à reéxaminer les propriétés du graphite et d'approfondir les connaissances, notamment à champ très élevé, sur ce matériau à priori bien connu et étudié dans le passé.

Les multiferroïques sont des matériaux qui présentent la rare propriété de posséder simultanément un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique qui interagissent via le couplage magnétoélectrique. Un tel couplage est un enjeu considérable dans l'électronique de spin et le stockage de l'information car il offre l'opportunité de contrôler les spins via un champ électrique et vice versa. Les multiferroïques se séparent en deux grandes familles. Les types I comme BiFeO3 qui présentent une coexistence des ordres magnétique et ferroélectrique et les types II comme TbMnO3 où la ferroélectricité est induite par la structure de spin. Dans BiFeO3 la coexistence et l'interaction des ordres offrent l'opportunité de contrôler les spins via un champ électrique. En développant un dispositif transistor pour l'application du champ électrique sur les monocristaux de BiFeO3 à température ambiante, nous avons montré que la fréquence des ondes de spin peut être modifiée électriquement de 30%. Ces résultats ont montré que BiFeO3 est un matériau très prometteur pour la génération et le contrôle d'onde de spin dans les futurs dispositifs magnoniques. Dans TbMnO3 la filiation des ordres donne naissance à des excitations hybrides : des électromagnons, excitations d'onde de spin possédant un dipôle électrique. Nous avons mis en évidence par diffusion Raman l'existence de cette onde de spin polaire ainsi que la deshybridation de ces excitations lors de l'application d'un champ magnétique. Ce champ fait transiter TbMnO3 d'un état ferroélectrique à un état paraélectrique permettant de dévoilé les composantes magnétique et électrique élémentaires à l'origine des électromagnons.

L'étude de la réaction 238U + 64Ni 'a 6,6 MeV par nucléon nous a permis d'identifier des rayons X caractéristiques de l'élément Z = 120. Ces X caractéristiques ont été trouvés en coïncidence avec des fragments de fission des noyaux composés de 120 protons formés au cours de la réaction. La multiplicité de ces rayonnements rend possible l'extraction des informations sur la probabilité de formation par fusion dans la réaction étudiée du noyau de Z = 120 ainsi que sur le temps de fission de ce noyau.