Dans le contexte actuel, où la préservation des ressources et le développement durable sont devenus des enjeux importants de ce siècle, la production de matériaux tant performants que respectueux de l’environnement est devenue indispensable. Ainsi, ce travail de thèse porte sur l’élaboration de matrices poreuses de biopolymères en utilisant la technologie CO2 supercritique (CO2-SC). L’utilisation du PLA permet de produire des matrices 100% biosourcées et biodégradables, alors que l’utilisation de CO2-SC permet de diminuer l’impact écologique des procédés de mise en forme. Dans un premier temps une étude paramétrique de la mise en forme de matrice de PLA par une méthode de séparation de phase thermique (TIPS) couplée à un séchage par CO2 a été réalisée. Elle a permis de produire des matrices microcellulaires de faible densité (entre 60 et 320 kg/m3) et aux propriétés structurales mécaniques modulables. L’ensemble du procédé a fait l’objet d’une analyse de cycle de vie et il a été démontré que l’utilisation du CO2-SC en remplacement de la lyophilisation a réduit d’entre 50 et 90% l’impact environnemental. Dans un second temps une étude in-situ de la séparation de phase par tomographie-X en rayonnement synchrotron a permis de mieux comprendre la mécanistique de notre procédé. Enfin, la dernière partie de ce travail a été consacré à la mise en forme de matrice de PLA sans solvant, en utilisant le CO2-SC comme agent gonflant. Les résultats obtenus ont servi à réaliser une étude comparative des deux procédés développés. / In the present context, where the preservation of resources and sustainable development became the main issues of this century, the production of more efficient and environmentally friendly materials is essential. Thus, this work deals with thedevelopment of biobased polymeric porous matrix using SC-CO2. The use of PLA makes it possible to produce 100% biosourced and biodegradable matrices, while the use of CO2-SC reduces the ecological impact of the shaping processes. In a first step, a parametric study of PLA matrix shaping by a thermal induced phase separation (TIPS) method coupled to CO2 drying was performed. Low density microcellular matrices were obtained with tunable structural and mechanical properties. The whole process was analyze by life cycle assessment and the results showed that SC-CO2 replacing freeze drying has reduced the environmental impact between 50 and 90%. Secondly, a phase separation in situ study by tomography-X synchrotron radiation tomography allowed us to better understand the mechanics of our process. Finally, the last part of this work was devoted to the implementation of a solvent free process, using SC-CO2 as a blowing agent. The results obtained were used to carry out a comparative study of the two processes developed.

Cette thèse s’intéresse à la fabrication de jonctions magnétiques à effet tunnel organiques. Les MTJ organiques remplacent la barrière par une molécule. Il a fallu d’abord vaincre les problèmes liés à la fabrication de ces MTJ. En effet, ce type de jonction est très fragile du point de vue de sa fabrication, car incompatible avec les solvants. Un nouveau procédé de fabrication a été mis au point. Ce procédé fait appel à de petites « billes » nanométriques dispersées à la surface d’un échantillon. Ce procédé a été utilisé avec succès. Nous avons obtenu une réponse magnétique des échantillons. Des mesures XAS et de magnéto-transport ont été menées sur des jonctions MgO. Une approche in operando innovante a été utilisée. Ces mesures ont démontré que la présence d’oxyde de fer aux interfaces limite la TMR. Pour finir, des mesures SR-PES ont été menées dans le but d’étudier la polarisation d’interface de Cu/MnPc dans le système Cu(100)//Co/Cu/MnPc. Ces mesures ont révélé que cette interface est très fortement polarisée en spin. Les structures qui apparaissent dans les spectres ne peuvent être expliquées par une simple atténuation du signal du cobalt due à la couverture de molécules. / This thesis concerns the fabrication of organic magnetics tunnel junctions. Organic MTJs replace the barrier with a molecule. First, we had to overcome the problems of MTJ manufacturing. Indeed, this type of junction is very fragile from the point of view of its manufacturing because they are incompatible with solvents. A new manufacturing process has been developed. This process uses small nanometric "beads" scattered on the surface of a sample. This method has been used successfully and we obtained a magnetic response of the samples. XAS and magneto-transport measurements were conducted on MgO junctions. An innovative in operando approach was used. These measurements revealed that the presence of oxide at the interfaces limits the TMR. Finally, SR-PES measurements were carried out in order to study the Cu/MnPc interface polarization in the Cu (100)//Co/Cu/MnPc system. These measurements revealed that this interface is strongly spin polarized. Structures appearing in the spectra cannot be explained by a simple attenuation of the cobalt signal due to molecule coverage.

Ce travail de thèse présente une combinaison unique d'imagerie X par contraste de phase avec la fluorescence X pour des échantillons biologiques étudiés par nanosonde par fluorescence X excitée par le rayonnement synchrotron. Les récents développements dans ce domaine ouvrent la possibilité d'une imagerie chimique quantitative à l'échelle sub-cellulaire. Ceci a été rendu possible par l'utilisation d'un outil unique qui est la station de nanoimagerie X ID22NI de l'ESRF qui permet de délivrer un faisceau sub-100 nm avec un très haut flux à haute énergie entrainant une sensibilité très haute, de l'ordre de quelques centaines d'atomes pour différents éléments (Fe, Cu, Zn…). Le couplage des informations issues de l'imagerie X par contraste de phase (masse surfacique de la cellule) et de la fluorescence X (masse surfacique des éléments chimiques) a pu être obtenu pour la première fois donnant accès à une cartographie des éléments chimiques constituant les cellules et de leurs fractions massiques absolues associées. Dans l'immédiat, il n'a été possible d'étudier des cellules qui ont été congelées rapidement puis lyophilisées, cependant, une nouvelle ligne de nanoimagerie, NINA, en construction à l'ESRF, fonctionnera comme un cryomicroscope et permettra l'analyse 2D/3D d'échantillons biologiques ou non congelés hydratés. L'extension de l'imagerie chimique 2D présentée dans ce travail à une imagerie 3D représente une importante avancée pour bon nombre de problématiques scientifiques en biologie. Une des limitations de ce type d'analyse est celle des dommages radio-induits à la suite de l'irradiation de l'échantillon par un haut flux de particules ionisantes. Il existe que peu ou pas d'étude sur les effets de la nanoanalyse par fluorescence X sur les cellules lyophilisées. Nous avons combiné l'imagerie de phase à l'imagerie par fluorescence X ce qui nous permis de conclure à une rétractation des structures cellulaires accompagnée d'une volatilisation des éléments du fait de l'irradiation lors de l'analyse par fluorescence X. Ces aspects ont été confortés par des analyses utilisant une technique complémentaire non-synchrotron de microscopie ionique en transmission et à balayage (STIM). Plus important encore, nous apportons ainsi un outil rapide et non-destructif pour la cellule (imagerie X de phase) qui permet de corriger la perte de masse due à la volatilisation d'éléments légers (C, H, O, N) de la matrice cellulaire. Cette démarche permet de fiabiliser l'analyse quantitative de la composition chimique cellulaire. Cette approche sera précieuse pour corriger ces effets de perte de masse lors de futures analyses tomographiques de cellules entières congelées hydratées. Nous avons également contribué à l'étude de distribution intracellulaire de nouvelles nanoparticules d'or ou de platine fonctionnalisées. Nous avons pu exploiter les données issues de la fluorescence X pour estimer le nombre de nanoparticules et la taille des clusters internalisés au sein des cellules. Toutefois, des expériences dédiées pour des analyses sur un plus grand nombre de cellules auxquelles l'imagerie X par contraste de phase serait menée en parallèle permettraient surement de préciser plus finement ces aspects quantitatifs sur le nombre de nanoparticules intracellulaires. Dans l'ensemble ce travail ouvre la possibilité d'une imagerie chimique quantitative absolue sub-cellulaire en 2D ou 3D avec la perspective d'imagerie corrélative avec de nombreuses techniques complémentaires notamment la microscopie électronique à transmission pour l'ultrastructure, la microscopie de fluorescence pour la localisation de proteines d'intérêts et d'autres techniques d'analyses chimiques telles le NanoSIMS ou le nano-PIXE. / This work presents some recent developments in the field of hard X-ray imaging appliedto biomedical research. As the discipline is evolving quickly, new questions appear andthe list of needs becomes bigger. Some of them are dealt with in this manuscript.It has been shown that the ID22NI beamline of the ESRF can serve as a proper experimentalsetup to investigate diverse aspects of cellular research. Together with its highspatial resolution, high flux and high energy range the experimental setup providesbigger field of view, is less sensitive to radiation damages (while taking phase contrastimages) and suits well chemical analysis with emphasis on endegeneous metals (Zn, Fe,Mn) but also with a possibility for for exogoneous one’s like these found in nanoparticles(Au, Pt, Ag) study.Two synchrotron-based imaging techniques, fluorescence and phase contrast imagingwere used in this research project. They were correlated with each other on a numberof biological cases, from bacteria E.coli to various cells (HEK 293, PC12, MRC5VA,red blood cells).The explorations made in the chapter 5 allowed preparation of more establishedand detailed analysis, described in the next chapter where both techniques, X-ray fluorescenceand phase contrast imaging, were exploited in order to access absolute metalprojected mass fraction in a whole cell. The final image presents for the first timetrue quantitative information at the sub-cellular level, not biased by the cell thickness.Thus for the first time a fluorescence map serves as a complete quantitative image of acell without any risk of misinterpretation. Once both maps are divided by each otherpixel by pixel (fluorescence map divided by the phase map) they present a completeand final result of the metal (Zn in this work) projected mass fraction in ppm of dryweight. For the purpose of this calculation the analysis was extended to calibration(non-biological) samples. Polystyrene spheres of a known diameter and known densityworked very well here and allowed validation of the presented method. Different images(phase map, AFM, STIM) and profiles were compared and statement on the high accuracyof phase contrast imaging for the thickness/structures determination was made.The result on true metal projected mass fraction represents a first step to an absolutesub-cellular analysis and certainly can be improved to even closer reflect on reality.All the measurements were taken on freeze-dried cells. Thus the result is in ppm ofdry weight. In fact the measurement would have even deeper meaning if it was madeon hydrated cells. For the moment this is not possible with the existing setup of theID22NI beamline but will be possible in the future with a new beamline devoted tonano science - NINA (Nano-Imaging and Nano-Analysis). The new beamline will befurnished with a cryostage and X-ray imaging will be made on frozen-hydrated samples.Nevertheless the analysis presented in this manuscript is of undeniable importance toboth the biomedical community and to the ESRF team engaged in the NINA development.To answer the problems of cell irradiation both imaging techniques were exploitedagain. Repeating the phase contrast imaging after the fluorescence scanning allowedto show the changes induced by radiation damage during X-ray fluorescence scan. Thechanges were not only clearly visible but could be as well quantified. Together with thenumerical evaluation of damages, the dose delivered to a cell during the experiment was calculated as well. To complete the picture, a different non synchrotron-basedimaging technique, STIM, was used and compared. It is the first time that phase contrastimaging is used to monitor radiation damage effects during X-ray fluorescencemicroscopy experiments.

Les sources de rayonnement synchrotron sont en constante évolution afin de fournir aux scientifiques, un faisceau de rayons-X plus intense et plus cohérent. Ces évolutions requièrent une augmentation du champ fournit par les structures multipolaires utilisés dans la maille de l'accélérateur pour focaliser le faisceau d'électrons. Ceci conduit à un intérêt grandissant pour la technologie à aimants permanent car elle permettrait d'obtenir des structures multipolaires plus performantes et plus compactes. De plus cette solution est attractive car elle ne consomme pas d'énergie électrique contrairement à la technologie résistive conventionnelle. Néanmoins la réalisation des structures à aimant permanent est plus complexe lorsqu'une bonne qualité de champ est nécessaire à cause des erreurs d'assemblage de la structure.Une structure innovante d'un quadripôle à aimant permanent à été développé pour la future machine de l'ESRF. Cette structure est composée de pièces ferromagnétiques et d'aimants permanents. Malgré sa simplicité et sa compacité, celle-ci est très performante car elle fournit une composante multipolaire intense ainsi qu'une qualité de champ conforme aux spécifications rigoureuses. Un logiciel de calcul magnétostatique à permis d'optimiser la structure et un prototype à été construit et caractérisé par notre équipe. L'impact des erreurs d'assemblage sur la qualité du champ à été corrigé grâce à des pièces ferromagnétiques permettant de modifier localement le champ du prototype. Les résultats obtenus en accord avec les prévisions du modèle démontrent la faisabilité d'une telle structure pour les futures sources de lumière synchrotron. / Storage ring light sources are in constant improvement in order to increase the intensity and the coherence of the X-rays beams. These improvements require stronger multipoles magnet in the accelerator lattice. To reach such strength, the magnets apertures are significantly reduced. The reduction of magnet apertures makes the permanent magnet technology very attractive for some magnets provided that they are limited field tuning. Indeed, introduction of PMs structures may lead to better performances for a more compact design. Furthermore, with this technology running cost can be very low.A simple PM based high gradient quadrupole prototype has been built and magnetically characterized. This magnetic structure results from a compromise between performance and technological complexity. It includes simple soft iron parts and PMs blocks. A suitable field quality was obtained with an optimized pole shape. Mechanicals errors during assembly are corrected with shims to reach the required field quality.

Ce travail porte sur l'étude des étapes initiales du dépôt de couches atomiques de ZnO (ALD) sur une surface (100) de In0,57Ga0,43As, par l'utilisation de techniques de caractérisation in situ (rayonnement synchrotron). En raison de la grande mobilité des électrons, le semi-conducteur III-V InGaAs est un matériau potentiel pour remplacer le canal de Silicium dans les transistors à effet de champ (MOSFET). Afin de diminuer la hauteur de la barrière Schottky et la résistance de contact, une couche ultra-mince (tunnel) de ZnO peut être insérée entre le métal et le semiconducteur InGaAs. Au cours de ces dernières années, la technique ALD, compatible avec les spécifications de l'industrie et basée sur des réactions chimiques de surface auto-limitantes, est utilisée pour la fabrication de films minces conformes et homogènes avec un contrôle sub-nanométrique de l’épaisseur. Cependant, le comportement au cours de la croissance diffère fortement en fonction de la surface du substrat. Ainsi, l'étude des premières étapes ALD est particulièrement intéressante afin d’améliorer la compréhension des mécanismes de croissance en vue de la création de films ultra-minces.Pour ce faire, nous avons développé et mis à niveau un réacteur thermique ALD (MOON) dédié. Il peut être installé sur des lignes de lumière synchrotron afin d’étudier la croissance des matériaux in situ avec des techniques telles que la fluorescence X, l’absorption X, la spectroscopie des rayons X ainsi que la diffraction X en incidence rasante. De plus, des techniques optiques de caractérisation in situ peuvent être utilisées en laboratoire ou couplées en milieu synchrotron. Les expériences au synchrotron ont été réalisées sur les lignes de lumière SIRIUS (SOLEIL, Saint-Aubin (France)) et ID3 (ESRF, Grenoble (France)).Nous montrons que dans sa phase initiale, la croissance ALD de ZnO est inhibée par le substrat (100) InGaAs, ce qui conduit à un régime transitoire avant le régime de croissance ALD stable. La première phase du régime transitoire conduit à la formation d’une couche d’oxyde de Zinc, ultra-mince (~1 nm d'épaisseur), fabriquée avec un taux de croissance très faible. L'absorption X et la diffusion X en incidence rasante montrent qu’à ce stade le matériau ZnO est désordonné (non cristallisé) et présente un ordre à courte distance caractérisé par une structure wurtzite embryonnaire. Ensuite, le régime transitoire entre dans une deuxième phase (croissance 3D), le taux de croissance par cycle (GPC) augmente, atteint un maximum puis diminue jusqu'à une valeur constante (croissance ALD stable). Afin de mieux comprendre le mode de croissance 3D nous avons développé un modèle géométrique qui schématise la croissance d’îlots hémisphériques par ALD. Ce modèle permet d'obtenir des paramètres quantitatifs de croissance.En modifiant le débit d’eau (H2O) utilisée comme réactif pendant le processus ALD, il est possible de contrôler le délai (ou le nombre de cycles) avant le début de la croissance 3D. Cet effet est très probablement lié à la variation de la densité des groupes hydroxyle à la surface de l'InGaAs. Par ailleurs, nous avons caractérisé la croissance ALD de ZnO pour différentes températures du substrat InGaAs (dans et hors fenêtre ALD). Les cartes de diffusion des RX réalisées en cours de dépôt, montrent l’apparition d’une phase cristallisée à longue distance en lien avec le démarrage de la croissance 3D. À température élevée, hors de la fenêtre ALD, nous observons une texturation de la couche ZnO lorsque son épaisseur augmente. Aucune relation d’épitaxie n’est observée.Enfin, nous rendons compte de l'utilisation de couches ZnO ultraminces sur InGaAs pour les contacts électriques. La résistance de contact des échantillons de métal/ZnO/InGaAs a été mesurée à l'aide de la méthode Transfert Length Method (TLM). Nous montrons que la résistivité de contact spécifique des tampons Al/p-InGaAs est réduite par l’insertion d’une couche tunnel ZnO entre l'Al et l'InGaAs dopé p. / This work focuses on the study of the initial stages of ZnO atomic layer deposition (ALD) on atomically flat (100) In0.57Ga0.43As surface, notably by using in situ synchrotron techniques. Due to high electron mobility, III-V InGaAs semiconductor has been recognized as a promising material to replace Silicon channel in the metal-oxide-semiconductor-field-effect transistors (MOSFET). Ultrathin ZnO layer on InGaAs can be used as a passivation layer at the interface with the gate transistor dielectric, as well as tunneling layer inserted in between metal/InGaAs contact to decrease the Schottky barrier height and the contact resistance. In the recent years, ALD technique based on self-limiting surface chemical reactions has received world-wide attention for manufacturing highly conformal and homogeneous thin films with sub-nanometer thickness control at low temperatures compatible with industry specifications. However, the growth behavior strongly differs depending on the substrate surfaces. Thus for the creation of few monolayers thick films, the study of ALD in the initial stages of growth is of particular interest for improving the understanding of the growth mechanisms.For that purpose, we have developed and upgraded a thermal ALD reactor (MOON:MOCVD/ALD growth of Oxide Nanostructures) dedicated to monitor the growth of materials by in situ characterization techniques. The MOON reactor can be moved to synchrotron centers for monitoring material growth in situ by using X-ray based techniques, notably X-ray fluorescence, X-ray absorption, XRR, and grazing incidence diffraction. Also, optical in situ techniques can be used in the laboratory. In this work, we show the results of experiments obtained at two synchrotron beamlines, i.e. SIRIUS (SOLEIL, Saint-Aubin (France)) and ID3 (ESRF, Grenoble (France)).We show that ZnO growth in the initial stages is inhibited by the (100) InGaAs substrate, leading to a transient regime prior to the steady ALD is achieved. We report a detailed investigation of this transient regime and find that an ultra-thin (~1-nm-thick) 2D layer is indeed fabricated but with a growth rate so low that one may believe that nothing has been deposited on the surface. We identify the structural and chemical properties of that ultra-thin layer. Only afterward does the substrate inhibited of type 2 growth mode begins: as the cycle number increases, the growth per cycle (GPC) increases, then reaches a maximum and level down to a constant value (steady growth). For a better understanding of the 3D growth mode by reproducing the experimental growth per cycle curves we have developed a geometric model that schematizes the growth of hemispheroid islands by ALD. We show that this model allows obtaining quantitative growth parameters.When water is used as a reactant, we showed that by changing the water flow during the ALD process, it is possible to control the time delay (or cycle number) prior to 3D growth begins. It is very likely that the water flow controls the density of hydroxyl groups on the InGaAs surface. We also demonstrated ZnO ALD for different InGaAs substrate temperatures. By combining in situ X-ray absorption and grazing incidence scattering techniques, we identified a short-range-order atomic structure of the ZnO material, with an embryonic ZnO wurtzite, prior to 3D growth, then a long-range-order structure is detected both by X-ray absorption and X-ray diffraction, together with the appearance of a microstructure. At higher growth temperature, outside of the ALD window, we observed the well-known ZnO texturing when the layer thickness increases.At last, we report on the use of ultrathin ZnO layers on InGaAs in the electrical contact structure. The contact resistance of metal/ZnO/InGaAs samples was measured using Transfer Length Method (TLM). We show that specific contact resistivity of Al/p-InGaAs pads is reduced by inserting a ZnO tunnel layer in between Al and p-doped InGaAs.

La microdiffraction Laue permet l'estimation des déformations élastiques à l'échelle du micron. La procédure d'analyse standard, bien établie, utilisée pour extraire les déformations élastiques des images de Laue est limitée par deux sources d'erreurs : la détermination de la positions des taches de Laue sur le détecteur, et la sensibilité aux paramètres de calibration du montage. Pour améliorer la procédure, nous avons développé une procédure appelée Laue-DIC qui utilise la très bonne résolution de la technique de corrélation d'images numériques (DIC). Cette méthode utilise, pour la détermination de l'incrément de déformation élastique et de rotation, le déplacement des pics entre deux configurations mécaniques, estimé par DIC, au lieu de leur position. Nous montrons que cette méthode donne un profil de contrainte en meilleur accord avec les solutions analytiques et numériques, pour des échantillons monocristallins déformés en flexion 4-points. Nous proposons également une méthode Laue-DIC améliorée, dans laquelle les paramètres de calibration sont estimés à chaque point de mesure, simultanément à la déformation élastique.En parallèle à la formulation de la méthode Laue-DIC (améliorée), nos efforts ont porté sur l'estimation de l'incertitude obtenue sur les déformations élastiques. Nous avons développé un modèle de bruit pour les images de Laue mesurées en rayonnement synchrotron, qui a été validé sur des séries de données, et qui nous a permis d'estimer les erreurs statistiques de la DIC, à partir d'images de Laue synthétiques. Ces erreurs ont ensuite été propagées dans la méthode Laue-DIC afin d'estimer les incertitudes sur les déformations élastiques, que l'on trouve en bon accord avec la fluctuation des contraintes locales estimées. / Laue microdiffraction is a powerful technique to characterize the intragranular elastic strain field at the scale of micrometer. Although a standard procedure extracting elastic strain and crystal orientation from Laue image has been well-established, it can suffer from two sources of uncertainties: the determination of peaks' positions and the sensitivity to calibration parameters. In light of the high accuracy of digital image correlation (DIC), we developed the so-called Laue-DIC method which used the peaks' displacements measured by DIC instead of peaks' positions to determine the elastic strain increment and rotation between two mechanical configurations. This method has been proved more efficient than the standard procedure in terms of stress profiles of bended beam. We also developed the enhanced version of Laue-DIC. By using the term “enhanced”, we mean that we attempt to obtain both lattice matrices and calibration parameters of two configurations rather than solely the elastic strain increment and rotation from peaks' displacements.Aside from the formulation of Laue-DIC, we also developed a procedure of statistically estimating the errors of elastic strain/stress resulted from DIC errors and calibration accuracy. We have first validated a classical noise model, Poissonian-Gaussian model, from diffraction images acquired at synchrotron radiation facility. With the noise model, we could statistically estimate the DIC errors by synthesizing artificial spots. The estimated DIC errors were further transmitted into the errors of Laue-DIC through statistical tests.

La connaissance du comportement mécanique à l’échelle du micron est déterminante pour arriver à prédire la dégradation des matériaux. Dans le cas des polycristaux, les lois de plasticité cristalline sont généralement utilisées pour décrire le comportement d’un grain. Ces lois possèdent de nombreux paramètres qui doivent être ajustés à l’état métallurgique et mécanique du matériau.Le travail rapporté ici explore une manière originale d’identifier ces paramètres à partir du comportement observé expérimentalement à l’échelle microscopique, sans recourir à un maillage éléments finis. Cette observation est réalisée en couplant (i) une évaluation du champ de contrainte locale par les techniques de microdiffraction Laue et d’EBSD à haute résolution angulaire et (ii) la mesure du champ de déformation total par corrélation d’images numériques.Afin de garantir la fiabilité des résultats, la justesse des mesures par microdiffraction Laue (Laue-DIC) et HR-EBSD est évaluée, pour la première fois, dans un matériau plastifié à moins de 0,5% de déformation. Les champs de déformation et de contrainte sont ensuite déterminés simultanément en surface d’une éprouvette monocristalline, sollicitée in-situ en flexion quatre points. Le comportement local est ainsi mesuré puis utilisé pour identifier deux paramètres d’une loi de plasticité cristalline, dans un acier austénitique monocristallin de type 316L. / The prediction of damage occurring in metallic materials is dependent on the knowledge of the mechanical behavior at a micron scale. Crystal plasticity laws are often used to describe the behavior of a single grain in polycrystals. Such laws include many parameters which should be tuned according to the metallurgical and mechanical state of the material.An original way to identify theses parameters is presented in this work. The local constitutive behavior is measured at the local scale. It is used to adjust the parameters’ value on a single point calculation without the need for a finite element mesh. To observe the local behavior two types of full filed measurements are carried out: (i) stress measurements using diffraction-based Laue microdiffraction and high angular resolution EBSD – HR-EBSD – and (ii) strain measurements by digital image correlation.To ensure trustworthy results, the accuracy of Laue microdiffraction (Laue-DIC) and HR-EBSD measurements are determined for the first time in a plastically deformed material. Then, stress and strain fields are monitored at the surface of a single crystal bent in-situ in the low deformation regime (0.5%). The local behavior is determined and used to identify two parameters of a crystal plasticity law, in a 316L stainless steel single crystal.

En conditions saines, le tissu osseux est constamment remodelé pour s’adapter aux différentes contraintes mécaniques, réparer les microfissures et maintenir l’homéostasie minérale. Ce remodelage est effectué par les ostéoblastes et les ostéoclastes, responsables de la formation et de la résorption du tissu osseux. Leurs activités sont orchestrées par les ostéocytes, cellules osseuses les plus abondantes, via la mechanotransduction. Dans cette thèse, nous avons utilisé la microtomographie par rayonnement synchrotron afin d’étudier la morphologie du réseau lacuno-canaliculaire (LCN), ainsi que la distribution 3D de la densité massique des tissus osseux minéralisés, sur des sujets sains ou atteints d’ostéonécrose de la mâchoire suite à un traitement par bisphosphonates (BP). Les BP sont utilisés pour le traitement de l’ostéoporose et des métastases osseuses, limitant la résorption osseuse par les ostéoclastes. Nous avons supposé que les patients ainsi traités présentaient un volume de lacunes ostéocytaires plus grand, dû à la résorption du tissu péri-lacunaire par ostéolyse ostéocytaire. Le sujet affecté par un manque de minéraux induit par la réduction du remodelage ostéoclastique, maintiendrait ainsi son homéostasie minérale. Cette hypothèse n’a pas été confirmée, mais nous avons toutefois remarqué que les lacunes larges étaient plus abondantes dans la mâchoire que dans le tibia et le fémur. Cela s’expliquerait par l’accumulation préférentielle des BP dans la mâchoire, au taux de remodelage élevé. De plus, si ces BP sont déposés dans les lacunes ostéocytaires pendant le processus de minéralisation, des concentrations toxiques pourraient être atteintes en cas d’infection, conduisant alors à une diminution du pH, et à la dissolution des minéraux. Nous avons également utilisé la nanotomographie par rayonnement synchrotron avec reconstruction de phase pour analyser la morphologie du LCN et les propriétés du tissu avoisinant, sur mâchoires de sujets sains et traités par BP. Nous supposons qu’une minéralisation secondaire a lieu via la diffusion des minéraux à travers l’interface fluide-matrice, à la surface des lacunaire et des canalicules. Cela devrait conduire à une variation de la densité massique en fonction de la distance par rapport au bord des porosités, que nous avons effectivement observé. Ainsi, l’échange minéral entre le fluide extracellulaire et la matrice minéralisée s’effectue à la frontière des lacunes et des canalicules. Nos données suggèrent que la capacité d’échange de minéraux entre le réseau poreux et la matrice osseuse augmenterait d’un ordre de grandeur si la surface canaliculaire était prise en compte. Le modèle de diffusion résultant de nos études devrait contribuer à une meilleure compréhension puis optimisation du traitement. Toutefois, des études complémentaires sur les modifications des propriétés du tissu pendant la minéralisation secondaire et les fluctuations des concentrations du minéral dans le sang sont nécessaires. / Under healthy conditions, human bone undergoes permanent remodeling to adjust to mechanical demands, to repair micro-cracks and to maintain mineral homeostasis. This process of remodeling is performed by osteoblasts and osteoclasts: bone-forming and bone-resorbing cells. The activity of osteoclasts and osteoblasts is triggered by osteocytes, the most frequently occurring type of bone cell, via mechanosensation processes. Bisphosphonates (BP) prescribed during treatment for osteoporosis or bone metastasis inhibit osteoclast activity and thus decrease the bone turnover. In this work, the distribution and morphology of osteocyte lacunae of human cortical jaw bone was investigated in 3D, and a comparison between healthy and BP-treated donors was performed using synchrotron radiation (SR) µCT. In a second approach, we used SR nano-CT with phase contrast to investigate the morphology of the canalicular network and the bone tissue properties in the vicinity of the lacuna-canalicular network of human jaw bone, originating from both healthy subjects and patients treated with BPs. We hypothesized that secondary mineralization takes place via a diffusion process through the fluid-matrix interface at both the lacunar and the canalicular surfaces. This should result in mass density gradients with respect to the distance to the pore boundary. Such mass density gradients were indeed observed at both lacunar and canalicular interfaces. We concluded that mineral exchange between extracellular fluid and mineralized matrix occurs at all bone surfaces, including the canaliculi. Our data suggested that the capacity of the pore network to exchange mineral with the bone matrix would increase by one order of magnitude if the canalicular surface is taken into account. However, more studies should be performed, targeting not only the changes of tissue properties during secondary mineralization, but also during fluctuations of mineral concentration in periods of high mineral demand.

Le transfert de spin est un moyen de retourner l’aimantation d’une couche dans une jonction tunnel magnétique. Le courant nécessaire à cette tâche dépend des matériaux et dans le contexte actuel consommer moins est devenu un enjeu important. Une solution consiste à utiliser des matériaux ayant une forte polarisation en spin et un faible amortissement magnétique. Ces matériaux sont appelés demi-métaux ferromagnétiques. Du fait de l’existence d’un gap de spin chez les spins minoritaires au niveau de Fermi, ces composés possèdent une polarisation en spin de 100% et un faible amortissement magnétique. En théorie, certains Heusler, tels que Co1.5Fe1.5Ge et Co2MnSi, possèdent ces propriétés s’ils cristallisent dans la bonne phase cristallographique. En pratique, des mesures indirectes semblent confirmer ce comportement mais pourtant aucune preuve directe de cette demi-métallicité n’a été observée jusqu’à présent. C’est dans ce cadre que cette thèse s’inscrit. Après avoir déterminé les conditions de croissance de Co1.5Fe1.5Ge, à l’aide d’une série de mesure et notamment à l’aide de la diffraction anomale, nous avons déterminé l’ordre chimique complet de cet alliage qui est bien celui recherché. Les mesures des propriétés magnétiques donnent des résultats en accord avec la théorie. Mais l’utilisation de ce composé dans des jonctions tunnel magnétiques montre une faible magnétorésistance tunnel. La spectroscopie de photoémission résolue en spin nous a permis d’expliquer ces résultats. Dans le même esprit, nous nous sommes tournés vers le Co2MnSi, un composé qui semble plus prometteur où le gap de spin et de faibles valeurs d’amortissement magnétiques ont été mesurés / Spin transfer is one way of switching the magnetization of a layer in a magnetic tunnel junction. The current needed at this task depends on the materials and in the current context, consume less became an important issue. Materials with a high spin polarization and a low magnetic damping are one solution of this problem. They are called half metal ferromagnets. Because of the existence of a pseudo-gap in the minority spin channel at the Fermi energy, these compounds show a 100% spin polarization and an extremely low magnetic damping. In theory, some Heusler, such as Co1.5Fe1.5Ge and Co2MnSi, possess theses properties if they crystallize in the good crystallographic phase. In practice, there is strong indication of this behavior by mean of indirect techniques. However, no direct evidence of this pseudo-gap has been observed. It is in this context that this thesis is. After having determined growth conditions of Co1.5Fe1.5Ge, by mean of several techniques and especially by anomalous diffraction, we determined the complete chemical order which is the one we were looking for. Magnetic properties measurements show results in agreement with the theory. But the use of this compound in magnetic tunnel junctions shows low tunnel magnetoresistance. Spin resolved photoemission spectroscopy measurements explain very well these results. In the same spirit, we started to study Co2MnSi which seems more promising as this pseudo-gap and low magnetic damping have been observed

Cette étude a été dédiée au développement d’une nouvelle approche de modélisation de la phytodisponibilité des éléments traces. Cette approche a été employée pour prédire l’adsorption du cuivre (Cu) sur des racines de blé et de tomate. Plusieurs techniques analytiques (titrages acido-basiques, résonance magnétique nucléaire, spectroscopie d’absorption X) ont été employées et croisées avec des résultats de modélisation. Dans un premier temps, la réactivité des racines a été caractérisée. Les racines étant constituées de parois apoplasmiques et de membranes plasmiques, la contribution respective de ces deux compartiments végétaux aux propriétés de complexation des racines a été évaluée. L’étude a ensuite été focalisée sur la complexation du Cu au sein des racines et sur l’évolution de cette complexation en fonction des conditions physico-chimiques du milieu. Grâce aux résultats obtenus sur la caractérisation des racines et à l’acquisition d’un jeu varié de données expérimentales sur la complexation du Cu, le modèle a pu être paramétré. Il a été montré que les propriétés de complexation des racines de blé et de tomate proviennent conjointement des membranes plasmiques et des parois apoplasmiques. La spéciation du Cu au sein des racines était partagée entre les composés pectiques des parois apoplasmiques et les protéines enchâssées à la fois dans les parois apoplasmiques et les membranes plasmiques. Un modèle propre aux racines a pu être développé sur la base d’un modèle existant dédié à la réactivité des substances humiques. Le modèle WHAM-THP, présenté dans cette étude, est un premier pas vers un nouvel outil d’évaluation de la phytodisponibilité des éléments traces. / This study has been dedicated to the development of a new modeling approach of trace element phytoavailability, focusing on binding reactions between trace element and plant roots. This approach was used to predict copper (Cu) adsorption on wheat and tomato roots. Several analytical techniques (acid-base titrations, nuclear magnetic resonance of carbon 13, X-ray absorption spectroscopy) were used and crossed with modeling results. At first, plant root reactivity was characterized. Because plant roots are consist of cell walls and plasma membranes, the relative contribution of these two compartments in root binding properties was evaluated. The study was then focused on Cu binding reactions on roots and the effects of physico-chemical conditions (pH, ionic strength, presence of cations) on copper binding. The model has been set thanks to results on root characterization obtained and the acquisition of a set of experimental data on Cu binding. It has been shown that binding properties of wheat and tomato roots came from both cell walls and plasma membranes. Copper speciation in roots was shared, almost evenly, between cell wall pectic compounds and proteins embedded in cell walls and plasma membranes. A model, specific to plant roots, has been developed on the basis of a current model dedicated to the humic substances reactivity. The WHAM-Terrestrial Higher Plants model presented in this study is a first step towards a new tool for assessing the availability of trace elements for plants.