Human dental tissues are fascinating nano-structured hierarchical materials that combine organic and mineral phases in an intricate and ingenious way to obtain remarkable combinations of mechanical strength, thermal endurance, wear resistance and chemical stability. Attempts to imitate and emulate this performance have been made since time immemorial, in order to provide replacement (e.g. in dental prosthodontics) or to develop artificial materials with similar characteristics (e.g. light armour). The key objectives of the present project are to understand the structure-property relationships that underlie the integrity of natural materials, human dental tissues in particular, and the multi-scale architecture of mineralized tissues and its evolution under thermal treatment and mechanical loading. The final objective is to derive ideas for designing and manufacturing novel artificial materials serving biomimetic purposes. The objectives are achieved using the combination of a range of characterization techniques, with particular attention paid to the synchrotron X-ray scattering (Small- and Wide-Angle X-ray Scattering, SAXS and WAXS) and imaging techniques (Micro Computed Tomography), as well as microscopy techniques such as Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). Mechanical properties were characterized by nanoindentation and photoelasticity; and thermal analysis was carried out via thermogravimetric analysis (TGA). Experimental observations were critically examined and matched by advanced numerical simulation of the tissue under thermal-mechanical loading. SAXS and WAXS provided the initial basis for elucidating the structure-property relationships in human dentine and enamel through in situ experimentation. Four principal types of experiment were used to examine the thermal and mechanical behaviour of the hierarchical structure of human dental tissue and contributed to the Chapters of this thesis: (i) In situ elastic strain evolution under loading within the hydroxyapatite (HAp) in both dentine and enamel. An improved multi-scale Eshelby inclusion model was proposed taking into account the two-level hierarchical structure, and was validated against the experimental strain evaluation data. The achieved agreement indicates that the multi-scale model accurately reflects the structural arrangement of human dental tissue and its response to applied forces. (ii) The morphology of the dentine-enamel junction (DEJ) was examined by a range of techniques, including X-ray imaging and diffraction. The transition of mechanical properties across the DEJ was evaluated by the high resolution mapping and in situ compression measurement, followed by a brief description of the thermal behaviour of DEJ. The results show that DEJ is a narrow band of material with graded structure and mechanical properties, rather than a discrete interface. (iii) Further investigation regarding the thermo-mechanical structure-property relationships in human dental tissues was carried out by nanoindentation mapping of the nano-mechanical properties in ex situ thermally treated dental tissues. (iv) In order to understand the details of the thermal behaviour, in situ heat treatment was carried out on both human dental tissues and synthetic HAp crystallites. For the first time the in situ ultrastructural alteration of natural and synthetic HAp crystallites was captured in these experiments. The results presented in this thesis contribute to the fundamental understanding of the structure-property integrity mechanisms of natural materials, human dental tissues in particular. These results were reported in several first author publications in peer-reviewed journals, conference proceedings, and a book chapter.

Les piles à combustible Solid Oxide Fuel Cell sont des systèmes de production d’électricité. Une cellule élémentaire est un multicouche constitué de matériaux céramiques et de métal. Elles sont très sensibles aux contraintes mécaniques générées lors des cycles thermiques et d’oxydo-réduction, limitant leur durée de vie.Ce travail a porté sur la détermination expérimentale des contraintes résiduelles dans des cellules SOFC à anode support en fonction des sollicitations du système. Parallèlement à des mesures in-situ en température, une approche multi-échelles a été développée pour évaluer les hétérogénéités de contraintes dans l’électrolyte liées à la forte anisotropie élastique de la zircone yttriée qui le constitue. Différentes techniques ont été mise en œuvre afin de couvrir les 3 ordres de contraintes. Les mesures à l’échelle macroscopique ont été effectuées par diffraction de rayons X de laboratoire (méthode des sin²(Ψ)). La microdiffraction de rayonnement synchrotron en mode faisceau blanc et monochromatique a permis, après un important travail d’amélioration du protocole de mesure et d’analyse, de déterminer les tenseurs complets de contraintes et déformations grain à grain dans l’électrolyte. Les déformations intra-granulaires ont été évaluées par une technique d’EBSD.Les résultats obtenus ont permis d’analyser les mécanismes principaux qui régissent les évolutions de contraintes dans l’électrolyte. Des hétérogénéités de contraintes entre grains liées à leurs orientations cristallographiques ont été mises en évidence. Au-delà du problème des SOFC, les techniques mises en œuvre ouvrent la voie aux validations expérimentales des modèles mécaniques poly-cristallins. / The Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) are high-performance electrochemical devices for energy conversion. A single cell is composed of layers made of different ceramic materials and metal. The mechanical integrity of the cell is a major issue during its lifetime. Damage of the cells is mainly due to the high operating temperature, the “redox” behavior of the anode and the brittleness of the involved materials. In this work, residual stresses in the electrolyte of a planar anode-supported SOFC have been experimentally measured for different treatments of the cell. In situ analysis at various temperatures has been performed. A multi-scale approach has been developed to study the expected strain-stress heterogeneities in the electrolyte due to the strong elastic anisotropy of the involved material (yttria-stabilized zirconia). Different techniques have been used to determinate stresses at the 3 different orders. Macroscopic stresses were studied using the Sin2 method on a laboratory X-ray goniometer. The complete strain and stress tensors of individual grains in the electrolyte have been determinate, after various improvements in the technique, by combining the diffraction of white and monochromatic micro beams produced by synchrotron source. Strain variation into grains has been evaluated using EBSD.This study has identified the main phenomena that control the stresses variation in the electrolyte layer. Stresses heterogeneities from grain to grain have been found and linked to the crystallographic orientation. Beyond SOFC’s considerations, the techniques that have been developed should permit an experimental validation of mechanical modeling to polycrystalline materials.

Le poly(éthylène téréphtalate) (PET) est largement utilisé pour le conditionnement des eaux. L’évaluation de l’inertie des matières plastiques au contact de denrées alimentaires est régie par le règlement européen N°10/2011 qui permet d’assurer la sécurité sanitaire des matériaux. Cependant, plusieurs études ont rapporté des effets cyto/génotoxiques et/ou œstrogéniques des eaux embouteillées en PET. Ces réponses ont été attribuées à des mélanges de composés provenant du matériau polymère. L’objectif de ce travail de recherche a été d’apprécier les phénomènes de migration de monomères, catalyseurs, d’additifs et de néoformés du PET vers l’eau. Conformément aux formulations déclarées pour la fabrication des bouteilles en PET, aucune présence de phtalates, d’antioxydants et de stabilisants UV a été détectée dans l’eau. Cependant, la présence de formaldéhyde, d’acétaldéhyde, du 2,4-di-tert-butylphénol et d’antimoine dans l’eau embouteillée en PET a été confirmée. Il a été mis en évidence que la température influence la migration de ces molécules due à une perte d’orientation de la phase amorphe sur la partie semi-cristalline de la bouteille PET. Cela entraine une augmentation de la mobilité des chaînes polymériques. Ainsi, il a été montré que l’exposition solaire n’influence que la migration du formaldéhyde. En effet, aucune oxydation des chaînes polymériques n’a été détectée en surface de bouteilles après irradiation naturelle. L’étude toxicologique in vitro sur des modèles cellulaires humains (cellules HepG2 et MDA-MB453-kb2) n’a pas mis en évidence de cytotoxicité, de génotoxicité et d’activité de type œstrogénique et (anti)-androgénique dans l’eau embouteillée en PET / Polyethylene terephthalate (PET) is widely used for the manufacture of packaging for drinking water. The chemical safety of plastic materials intended to come into contact with food is strictly regulated by the European regulation No. 10/201, which establishes a positive list of authorized compounds for the production of plastic packaging. Despite this, cyto-/genotoxic and estrogenic activity of PET-bottled water has been reported. Chemical mixtures migrating from PET into bottled water may explain the reported positive results. The aim of this study was to assess the migration of monomers, catalysts, additives, and degradation byproducts from PET into bottled water. In accordance with the chemical formulations reported for PET, no phtalates, antioxidants, and UV stabilizers were detected into bottled water. However, formaldehyde, acetaldehyde, 2,4-di-tert-butylphenol and antimony were found in PET bottled water. It was shown that temperature influences the migration of these compounds, due to orientation loss of the amorphous phase of the semi-crystalline part of PET bottles. This phenomenon increases the mobility of polymer chains and consequently, the compounds’ diffusion. Thus, it was found that sunlight exposure influences only the migration of formaldehyde. Indeed, no oxidation of the polymer chains was detected on the surface of PET bottles after exposure. The in vitro toxicological bioassays with human cell models (HepG2 and MDA-MB453-KB2 cells) did not show any cytotoxicity, genotoxicity or estrogenic- and (anti)-androgenic-like activity for PET bottled water

Les propriétés exceptionnelles des sources de rayonnement synchrotron ont été et sont de plus en plus exploités dans des disciplines très différentes, allant de l'archéologie à la chimie, de la science des matièraux a la biologie, de la médecine à la physique. Parmi ces propriétés, il est important de mentionner la haute brillance, le spectre continu, le haut degré de polarisation, la structure temporelle, la petite taille de la source et la petite divergence du faisceau. Ces dernières propriètèes entraînant une forte cohérence transversale du rayonnement produit. La cohérence du faisceau a permis le développement des nouvelles techniques comme par exemple, l'imagerie à contraste de phase, la spectroscopie à corrélation des photons et l'imagerie par diffraction des photons cohérents. Par conséquent, il est de première importance que les éléments optiques puissent préserver cette propriété, perturbant le moins possible la front d'onde. Ce travail de thèse se constitue de trois parties. Dans la premiere partie, je vais présenter le travail effectué au sein du groupe optique de l'ESRF dans la caractérisation des cristaux de diamant synthétique de haute qualité prévus pour des applications aux optiques pour les rayons X. Cet caractérisation a été effectué en utilisant différentes techniques rayons X complémentaires, telles que la diffractométrie à haute résolution, la topographie, la diffraction en incidence rasante, la réflectométrie et des mesures de préservation de cohérence en utilisant l'effet Talbot. Dans la deuxième partie, je expose les résultats obtenu dans l'étude du comportement à haute température des domaines ferroélectriques dans un cristal périodiquement polarisé. Dans cet type d'étude, basé sur la diffraction de Bragg-Fresnel, est nécessaire un haute cohérence du faisceau. Dans la troisième partie, je présents des résultats obtenu dans la caractérisation des diamants prévus pour des applications autres que les optique rayons X. / The exceptional properties of synchrotron light sources have been and increasingly are exploited in very different disciplines, from archaeology to chemistry, from material science to biology, from medicine to physics. Among these properties it is important to mention the high brilliance, continuum spectrum, high degree of polarization, time structure, small source size and divergence of the beam, the last resulting in a high transversal coherence of the produced radiation. This high transversal coherence of the synchrotron sources has permitted the development of new techniques, e.g. phase contrast imaging, X-ray photon correlation spectroscopy and coherent X-ray diffraction imaging (CXDI). The thesis work will consist essentially of three parts. In the first part it will be presented the work done as a member of the X-ray Optics Group of ESRF in the characterization of high quality diamond crystals foreseen as X-ray optical elements. The characterization has been done using different complementary X-ray techniques, such as high resolution diffraction, topography, grazing incidence diffraction, reflectivity and measurements of the coherence preservation using the Talbot effect. In the second part, I will show the result obtained in the study of the temperature behaviours of the domain in periodically poled ferroelectrics crystals. This type of measurements, based on Bragg-Fresnel diffraction, are possible only thanks to the high degree of coherence of the beam In the third part, I will present the results obtained in the characterization of diamonds foreseen for applications other than X-ray optical elements.

Les pathologies cardiovasculaires restent un des problèmes majeurs de santé publique qui justifie les recherches menées pour améliorer notre compréhension de la fonction cardiaque. Celles-ci nécessitent une bonne connaissance de la microarcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture myocardique afin de mieux comprendre les relations entre les fonctions mécanique, hémodynamique et les changements structuraux induits par les maladies cardiaques. Pour ce faire il est nécessaire d’accéder à une connaissance précise de l’arrangement spatial des composants du tissu. Cependant, notre compréhension de l’arcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture du coeur est limitée par le manque de description 3D de l’organisation des structures à l’échelle microscopique. Nous proposons d’explorer la structure 3D du tissu cardiaque en utilisant l’imagerie X synchrotron par contraste de phase disponible à l’ESRF. Pour la première fois, 9 échantillons de tissu de la paroi du ventricule gauche (VG) humain sont imagés à la résolution isotrope de 3,5 μm et analysés. Cette thèse est centrée sur la description 3D d’un des constituants principal du tissu: la matrice extracellulaire (MEC). La MEC inclue: l’endomysium qui entoure et sépare les myocytes et les capillaires de façon individuelle, le perimysium qui entoure et sépare des groupes de myocytes et l’épimysium qui enveloppe le muscle cardiaque dans son ensemble. Chaque échantillon reconstruit fait environ 30 Gb, ce qui représente une quantité importante de données à traiter et à visualiser. Pour ce faire, nous avons développé un algorithme automatique de traitement d’image pour binariser chaque échantillon et isoler la MEC. Ensuite, nous avons extrait des parametres statistiques relatifs à la microarcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture de l’ECM, principalement l’épaisseur des plans de clivage (PC) et les distances inter-PC. Les résultats montrent que l’arrangement local des PC diffère selon l’emplacement au sein du VG (postérieur, antérieur, septal) et de leur distance à l’apex (plus complexe). L’épaisseur des PC extraite de tous les échantillons va approximativement de 24 μm à 59 μm et la distance inter-PC de 70 μm à 280 μm avec une variation locale significative de la déviation standard. Ce sont de nouveaux marqueurs quantitatifs de la MEC du tissu cardiaque humain qui sont d’un intérêt majeur pour une meilleure compréhension de la fonction cardiaque. / Cardiovascular diseases remain one of the most serious health problems, motivating research to deepen our understanding of the myocardial function. To succeed, there is a need to get detailed information about the spatial arrangement of the cardiac tissue components. Currently, our understanding of the cardiac microarcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture is limited by the lack of 3D descriptions of the cardiac tissue at the microscopic scale. This thesis investigates the 3D cardiac tissue microstructure using X-Ray µ-CT phase contrast imaging available at the ESRF. For the first time, 9 human cardiac left ventricle (LV) wall samples are imaged at an isotropic resolution (3.5 µm) and analysed. We focus on the description of the cardiac extracellular matrix (CEM) that is one of the main components of the tissue. The CEM includes: the endomysium that surrounds and separates individual myocytes and capillaries, the perimysium that surrounds groups of myocytes and the epimysium that surrounds the entire heart muscle. Each reconstructed sample is about 30 Gb which represents a large amount of data to process and display. To succeed, we developed an automatic image processing algorithm to binarise each sample by selecting the CEM. We extract statistical features of the ECM, mainly the thickness of the cleavage planes (CP) and the inter-CP distances. The results show that the local 3D arrangement of the CP differs according to their location in the LV (posterior, anterior, septal) and their distance from the apex (more complex). The thickness of the CP extracted from all the samples roughly ranges from 24 µm to 59 µm and the inter-CP distances from 70 µm to 280 µm with significant local variations of the standard deviation. Those new quantitative markers of the ECM of the human cardiac are of main interest for a better understanding of the heart function.

Les otolithes, croissances aragonitiques de l'oreille interne des poissons téléostéens, peuvent être utilisés comme traceurs des variations de l’environnement rencontrées par un individu au cours de sa vie. Un ensemble d’otolithes de Sciaenidae et d’Ariidae archéologiques et modernes a été étudié dans le but d'améliorer les méthodes de reconstruction paléo-environnementale utilisant les otolithes et les autres biominéraux carbonatés stratifiés. L'incorporation du strontium, l'élément lié à l'environnement le plus facilement accessible, a été étudiée par analyses ponctuelles et par cartographie de spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS). Une approche multivariée de cartographie rapide de l'environnement chimique a été mise en place pour déterminer le mode d’incorporation du Sr sur une superficie de 0,25 mm² avec une résolution micrométrique. Ces résultats démontrent pour la première fois avec une résolution latérale micrométrique sur des distances millimétriques que le Sr se substitue aléatoirement au calcium dans le réseau de l'aragonite, indépendamment de la concentration en Sr, de l’âge de l’individu ou de la période géologique. D’autre part, des cartes élémentaires sur des zones atteignant 2,6 mm² ont été collectées à des résolutions latérales micrométriques avec plusieurs techniques d'émission de rayons X (émissions provoquées par les particules des rayons X (PIXE) et fluorescence des rayons X par rayonnement synchrotron (SR-µXRF)). Ces cartes permettent l'examen détaillé de l'histoire de la vie d'un individu et de la taphonomie de l'échantillon avec une haute résolution temporelle, tout en identifiant les défauts ou les éléments abiogéniques. Enfin, la diffraction des rayons X par rayonnement synchrotron (SR-XRD) a été utilisée pour cartographier la texture cristalline sur des sections complètes d'otolithes afin d’approfondir notre connaissance de la structure interne et de la croissance des otolithes. Ces développements fournissent des outils précieux pour de futures études des biominéraux, mais plus généralement pour les sciences des matériaux. La sélection et la mise en œuvre de ces méthodes ont été réalisées dans le but d’exploiter au maximum leur fort potentiel pour l'étude des biocarbonates stratifiés, tout en tenant compte des approches existantes et en cherchant à en améliorer certains aspects tels que la profondeur d'information, la résolution latérale, la sensibilité, et les dégâts d’irradiation provoqués par les faisceau. Ce travail démontre la stabilité et l'homogénéité de l'incorporation du Sr par substitution aléatoire au Ca dans l’aragonite biogénique des otolithes modernes et archéologiques. Des cartes multi-élémentaires ont été collectées à l'aide de la SR-µXRF dans un temps raisonnable de quelques heures, et permettent de distinguer une contamination ou des défauts dans l'échantillon, mais également de corréler les cartes obtenues à des observations microscopiques des sections pour fournir une résolution temporelle. Les orientations préférentielles des cristallites composant les sections d'otolithes ont été analysées par la méthode d’acquisition rapide « flyscan », permettant de réduire le temps de mesure à quelques minutes au lieu des quelques heures nécessaires auparavant. / Otoliths, aragonitic growths in the inner ear of teleost fishes, can be used as proxies for the water conditions experienced by an individual over its lifetime. A set of archaeological Sciaenidae and Ariidae otoliths and modern counterparts was studied with the objective of improving palaeoenvironmental reconstruction methodologies using otoliths and other incremental carbonate biominerals. The incorporation of strontium, the most accessible environment-related element, was studied by X-ray absorption spectroscopy (XAS) point analyses and mapping. A fast multivariate chemical environment mapping approach was implemented to determine the mode of Sr incorporation over an area of 0.25 mm² with micrometric resolution. XAS results demonstrate for the first time with a micrometric lateral resolution over millimetric distances that strontium randomly substitutes for calcium in the aragonite lattice, independent of strontium concentration, or individual or geological age. Elemental maps on areas up to 2.6 mm² were produced with micrometric lateral resolution X-ray emission techniques (Particle-induced X-ray emission (PIXE) and synchrotron X-ray fluorescence (SR-µXRF)). These maps permit the detailed examination of an individual’s life history and sample taphonomy with a high temporal resolution while also identifying defects or abiogenic elements. Synchrotron X-ray diffraction (SR-XRD) was used to map the crystal texture on complete otolith sections and may deepen understanding of otolith internal structure and growth processes, as well as providing a valuable tool for future studies of biominerals and advanced materials. The selection and implementation of methods were carried out with a view to maximise the potential contribution to the study of stratified biocarbonates, considering and seeking to complement existing approaches in aspects including information depth, lateral resolution, sensitivity, and beam damage. This work demonstrates the stability and homogeneity of Sr incorporation by random substitution for Ca in biogenic aragonite in both modern and archaeological otoliths. Multielemental maps were collected using SR-µXRF in a reasonable time scale of a few to several hours, with the ability to distinguish contamination and defects in the sample, as well as to correlate the maps to microscopic observations of the sections to provide temporal resolution. The preferential orientations of crystallites composing the otolith sections were analysed using the rapid acquisition ‘flyscan’ method, which reduces measurement time to minutes rather than hours.

Dans le cadre de ses recherches menées sur la fusion par confinement inertiel, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives met en œuvre un spectromètre X large bande étalonné en absolu et résolu en temps, appelé Diagnostic de Mesure du rayonnement X. Ce diagnostic, composé de 20 voies de mesure, permet de mesurer l’émissivité spectrale d’un plasma créé par laser entre 50 eV et 20 keV. Nous avons développé des voies de mesure complémentaires aux voies existantes, afin d’obtenir une redondance et une amélioration de la précision de la mesure. Le principe de ces nouvelles voies de mesure repose sur un concept original permettant d’obtenir des fonctions de transfert spectrales bornées et constantes. Deux voies ont été développées pour les gammes spectrales 2 – 4 keV et 4 – 6 keV, utilisant des miroirs multicouches apériodiques réalisés au Laboratoire Charles Fabry en Cr/Sc et Ni/W/SiC/W, respectivement. Ces miroirs ont ensuite été caractérisés sur synchrotrons puis intégrés dans le spectromètre. Les nouvelles voies ont été utilisées durant des campagnes d’expériences laser-Plasma sur l’installation laser OMEGA à Rochester (États-Unis). Elles ont permis de déterminer la puissance rayonnée directement avec une seule voie de mesure par bande spectrale et avec une meilleure précision qu’avec celles utilisées habituellement. Les résultats, en bon accord avec les voies de mesure classiques, permettent de valider l’utilisation des miroirs multicouches apériodiques pour la spectrométrie X large bande. / Within the framework of the research on inertial confinement fusion, the “Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives” has studied and implemented an absolute calibrated time-Resolved broadband soft x-Ray spectrometer, called “Diagnostic de Mesure du rayonnement X”. This diagnostic, composed of 20 measurement channels, measures the emitted radiant power from a laser created plasma in the range from 50 eV to 20 keV. We have developed additional measurement channels to obtain redundancy and an improvement in measurement accuracy. The principle of these new channels is based on an original concept to obtain spectral bounded flat-Responses. Two channels have been developed for the 2 – 4 keV and 4 – 6 keV spectral ranges, using aperiodic multilayer mirrors made at the “Laboratoire Charles Fabry” with Cr/Sc and Ni/W/SiC/W layers respectively. These mirrors were characterized at synchrotron radiation facilities and integrated into the spectrometer. The two new channels were used during laser-Plasma experimental campaigns at the OMEGA laser facility in Rochester (USA). This allowed us to determine directly the radiant power with only one measurement within a certain spectral band, and with a better precision when compared with using standard channels. The results, in good agreement with the standard measurement channels, allowed us to validate the use of aperiodic multilayer mirrors for X-Ray broadband spectrometry.

Mn5Ge3 suscite de l'intérêt pour des applications dans le domaine de l'électronique de spin car il a une température de Curie élevée (≈300 K) et il peut croître épitaxialement sur des substrats Ge(111) permettant ainsi d'injecter directement dans le semi-conducteur Ge un courant polarisé en spin.Nous avons étudié par photoémission résolue en angle et en spin (ARPES, SARPES), utilisant le rayonnement synchrotron, des films minces de Mn5Ge3(001), obtenus par croissance sur la surface reconstruites Ge(111)-c(2x8).Les résultats ARPES, obtenus dans les plans GALM et GAHK, sont en accord avec des simulations faites sur la base de calculs de structure de bandes faisant appel à la théorie de la fonctionnelle de la densité.Les mesures SARPES faites en plusieurs points du plan GALM sont aussi bien reproduites par ces simulations.D'une façon globale, nos résultats apportent une validation remarquable de la description des propriétés électroniques de Mn5Ge3 par le modèle de bandes. Seule l'intensité spectrale au niveau de Fermi n'est pas bien expliquée par la simulation. Cette différence est attribuée à la nature tridimensionnelle de l'échantillon et à des effets de corrélation. / Mn5Ge3 attracts strong interest for spintronics applications because it has a high Curie-temperature (≈300 K) and it can be grown epitaxially on Ge(111) substrates, permitting direct injection of a spin-polarized current into the Ge semiconductor.Mn5Ge3(001) thin films grown on Ge(111)-c(2x8) reconstructed surface were studied by angle- and spin- resolved photoemission (ARPES, SARPES) using synchrotron radiation. ARPES results, obtained in the GALM and GAHK planes, are in agreement with simulations done with the help of band structure calculations based on the density functional theory, taking into account lifetime broadening and broadening caused by correlation effects.SARPES measurements done at several k-points of the GALM plane are also well acounted for by these simulations.Overall our results provide a remarkable validation of the band structure model for a proper description of the electronic properties of Mn5Ge3. Only the spectral intensity at the Fermi level is not well explained by the simulation. This departure is attributed to the 3D nature of the sample and to correlation effects.

L'interaction d'un plasma avec une impulsion laser-intense suscite de plus en plus d'intérêt du fait des progrès en matière de technologie laser d'outils numériques. La réaction du rayonnement affecte la dynamique des électrons, celle du rayonnement synchrotron, ainsi que celle des ions via le champ de séparation de charge, pour des intensités laser supérieures à 10puissance22 W/CM2. les équations cinétiques régissant le transport de particules à ultra-haute intensité ont été obtenues. La réaction du rayonnement implique la contraction du volum de l'epace des phases des électrons A l'aide de simulations numériques nous avons démontré la forte rétro-action que les effets collectifs induisent sur le rayonnement synchrotron généré par les électons accélérés. L'importance des effets collectifs dépend fortement de la masse des ions et de l'épaisseur du plasma considéré. Ces effets pourraient être vérifiés expérimentalement avec des cibles cryogéniques d'hydrogène. / Résumé en anglais

Les artefacts en céramique ont une longue histoire et ont été récupérés dans presque toutes les régions du monde. La conservation n’est que rarement impactée par le milieu d’enfouissement. Donc, ils sont des matériaux idéaux pour comprendre l'histoire et la culture de homme. Les principales études archéologiques sur les céramiques anciennes concernent la provenance (datation, atelier, commerce), les matières premières (identification, origine), le processus de fabrication et l'utilisation (analyse des résidus de contenu). Mon travail porte plus précisément sur le processus de fabrication. Les principales étapes du processus de fabrication sont: la sélection des matières premières, la préparation, le façonnage, salle de bains, sur deux possibilités. Soit le vase est cuit avant l'étape de décoration, soit la décoration est appliquée sur le vase cru. Pour finir, l'ensemble est cuit. Mon objectif est d'obtenir des informations sur le procédé de fabrication en analysant la structure des céramiques anciennes, et en particulier, la structure des couches décoratives. La structure des céramiques anciennes est une structure complexe en couches avec des hétérogénéités à différentes échelles (mm à nm). Une céramique décorée est généralement composée d'une pâte et d'un revêtement, y compris de la décoration. Le revêtement peut contenir des natures différentes. L'épaisseur peut être variable de mm à nm. La couche décorative peut être une partie ou du tout la revêtement. La couche décorative peut être constitutive d'une phase vitrifiée amorphe et divers cristaux, tels que cristaux colorants, feldspath, quartz, etc., dont la taille varie de plusieurs microns à nanomètre. La description de cette structure nécessite l'analyse à haute résolution (nm) avec grande zone représentative (souvent plusieurs mm3). C’est difficile à réaliser. Dans mon travail, j'ai proposé une autre approche. L'approche est basée sur trois étapes. Premièrement, les analyses rapides (principalement microscopie optique) à faibles résolutions sont effectuées pour analyser et sélectionner la zone nécessitant une analyse à haute résolution. Ensuite, la zone sélectionnée est analysée à haute résolution par des techniques appropriées en tenant compte des informations recherchées. Troisièmement, on essaie de construire la structure de l'objet sur la base des données partielles, et d’en déduire le processus de fabrication. Je vais illustrer cette approche par trois exemples. La première concerne le pigment jaune de la terre sigillée marbrée romaine (chapitre III). Le second concerne le processus de cuisson des poteries attiques (chapitre III). Le troisième concerne les variations de couleur de la décoration bleue des porcelaines Qinghua (chapitre IV). / Ceramic artifacts have a long history and have been discovered worldwide. Their conservations are rarely impacted by the burial sites. Thus, they are ideal materials for understanding the human history and culture. The main archaeological studies concerning ancient ceramics contains provenance (dating, workshop, trade), raw materials (identification, origin), manufacturing process and utilization (analysis of content residues). For my work, I focused on the investigation of the manufacturing process. The main steps of fabrication process of ancient ceramics is composed of selection of raw materials, preparation (leaching, purification, body, glaze or slip, pigments), shaping (the plastic paste is shaped to the lathe or using the molds). Then, there are two possibilities: either the vase is fired before the decoration stage, or the decoration is applied to the raw vase. To finish, the whole is fired. My objective is to obtain information on the manufacturing process by analyzing the structure of ancient ceramics, and in particular the structure of decorative layers. The structure of ancient ceramics is complex with heterogeneities at different scales (mm to nm). A decorated ceramic generally is composed of a body and a coating, which including of the decoration. The coating could contain different natures. The thickness can be variable from mm to nm. The decorative layer can be a part of the coating or the whole coating. The decorative layer can be constituent of an amorphous vitrified phase and diverse crystals, such as colorant crystals, feldspar, quartz, etc., of which the size varies from several microns to nanometer. The description of such structure requires the analysis at high resolution (nm) with large representative zone (often, several mm3). It is difficult to realize. In my work, I proposed an alternative approach. The approach is based on three stages. Firstly, the rapid investigations (principally, optical microscopy) at low resolutions are effected to analyze and select the zone requiring analysis at high resolution. Secondly, the selected zone is analyzed at high resolution by appropriate techniques according to the information sought. Thirdly, I try to construct the structure of the object based on the partially data, and therefore deduce the manufacturing process. I will illustrate this approach through three examples. The first one concerns the yellow pigment of the Roman marbled terra sigillata (Chapter III). The second one is about the firing process of Attic potteries (Chapter III). The third one concerns the color variations of blue decoration of Qinghua porcelains (Chapter IV).