Dans la course à l’ordinateur quantique, le silicium est devenu ces dernières années un matériau de choix pour l'implémentation des qubits de spin. De tels dispositifs sont fabriqués au CEA en utilisant les technologies CMOS, afin de faciliter leur intégration à grande échelle. Cette thèse porte sur la modélisation de ces qubits, et en particulier sur la manipulation de l’état de spin par un champ électrique. Pour cela nous utilisons un ensemble de techniques numériques avancées pour calculer le potentiel et la structure électronique des qubits (notamment les méthodes de liaisons fortes et k.p), afin d’être le plus proche possible des dispositifs expérimentaux. Ces simulations nous ont permis d’étudier deux résultats expérimentaux d’importance : l’observation de la manipulation par champ électrique du spin d’un électron d’une part, et la caractérisation de l’anisotropie de la fréquence de Rabi d’un qubit de trou d’autre part. Le premier résultat était plutôt inattendu, étant donné; le très faible couplage spin-orbite dans la bande de conduction du silicium. Nous développons un modèle, validé par les simulations et certains résultats expérimentaux, qui met en évidence le rôle essentiel du couplage spin-orbite inter-vallée, exacerbé par la faible symétrie du système. Nous utilisons ces résultats pour proposer et tester numériquement un schéma de manipulation électrique consistant à passer réversiblement d’un qubit de spin à un qubit de vallée. Concernant les qubits de trous, le couplage spin-orbite relativement élevé autorise la manipulation du spin par champ électrique, toutefois les mesures expérimentales d’anisotropie donnent à voir une physique complexe, insuffisamment bien décrite par les modèles actuels. Nous développons donc un formalisme permettant de caractériser simplement la fréquence de Rabi en fonction du champ magnétique, et qui peut s’appliquer à d’autre type de qubit spin-orbite. Les simulations permettent de reproduire les résultats expérimentaux, et de souligner le rôle important de la contrainte. / In the race for quantum computing, these last years silicon has become a material of choice for the implementation of spin qubits. Such devices are fabricated in CEA using CMOS technologies, in order to facilitate their large-scale integration. This thesis covers the modeling of these qubits andin particular the manipulation of the spin state with an electric field. To that end, we use a set numerical tools to compute the potential and electronic structure in the qubits (in particular tightbinding and k.p methods), in order to be as close as possible to the experimental devices. These simulations allowed us to study two important experimental results: on one hand the observation of the electrical manipulation of an electron spin, and on the other hand the characterization of the anisotropy of the Rabi frequency of a hole spin qubit. The first one was rather unexpected, since the spin-orbit coupling is very low in the silicon conduction band. We develop a model, confirmed by thesimulations and some experimental results, that highlights the essential role of the intervalley spinorbit coupling, enhanced by the low symmetry of the system. We use these results to propose and test numerically a scheme for electrical manipulation which consists in switching reversibly betweena spin qubit and a valley qubit. Concerning the hole qubits, the relatively large spin-orbit coupling allows for electrical spin manipulation. However the experimental measurements of Rabi frequency anisotropy show a complex physics, insufficiently described by the usual models. Therefore we developa formalism which allows to characterize simply the Rabi frequency as a function of the magnetic field, and that can be applied to other types of spin-orbit qubits. The simulations reproduce the experimental features, underline the important role of strain.

Dans une société qui peine à renoncer à l'utilisation des énergies fossiles, la production d'hydrogène à partir d'eau par photocatalyse solaire est une alternative que les chimistes se doivent d'explorer. La mise en place de cette solution est conditionnée à la résolution de deux problèmes majeurs : augmenter l'efficacité de la conversion solaire par le développement de nouveaux semi-conducteurs, et améliorer la réactivité en surface par le développement de co-catalyseurs efficaces. Dans un premier temps, nous avons contribué à l'étude d'une nouvelle famille de semi-conducteurs par des calculs ab initio DFT. Différentes propriétés clés ont été calculées et comparées aux valeurs expérimentales. Nous avons montré que pour une même famille de matériaux, l'absorption peut être contrôlée par modification de la composition.Ensuite, nous nous sommes focalisés sur la réaction d'oxydation de l'eau (OER). Pour cette réaction les catalyseurs de type oxyhydroxydes et leurs dérivés sont très prometteurs car à la fois efficaces et contenant des éléments abondants sur Terre, mais la compréhension de son mécanisme reste limitée. Sur le composé modèle CoOOH, nous en avons réalisé une analyse approfondie par une étude exhaustive des intermédiaires ainsi que par modélisation explicite du potentiel électrochimique. Nos études ont montré la nécessite de prendre en compte plusieurs sites réactionnels dans la détermination des mécanismes d'oxydation de l'eau sur la surface de ces catalyseurs. Enfin, une étude préliminaire de l'utilisation de la biomasse a été menée, dans le but de combiner valorisation de la biomasse et production d'hydrogène. Le cas de l'oxydation du glycérol est envisagé. / In a society struggling to waive the use of fossil fuels, hydrogen production from water by solar photocatalysis is a alternative chemists have to consider. Setting up of this solutions asks to tackle two major issues : increase solar energy conversion by developing new semiconductors, and enhance the surface reactivity by developing efficient cocatalysts.First, DFT \emph{ab initio} calculations were carried out on a new family of semiconductor materials. Different key properties were computed and compared to experimental values. We showed that for a same material family, absorption can be controlled by changing the composition.Then, we focused on Oxygen Evolution Reaction (OER). For this reaction oxyhydroxides catalysts and their derivatives seem promising as both efficient and containing earth-abundant elements, but the understanding of its mechanism still remains unclear. On CoOOH model compound, we realised an extended analysis by a comprehensive study of intermediates and by explicit modelling of electrochemical potential. Our studies showed that taking into account several reactive sites is necessary to determine the OER mechanism on these catalysts' surface.Last, a preliminary study of biomass use was carried, in order to combine its valorization along with hydrogen production. The case of glycerol photoreforming is considered.

Cette thèse porte sur les pratiques d'enseignants en environnement technologique. Elle vise à contribuer à la dimension 'enseignant' des recherches sur l'intégration des technologies dans l'enseignement des mathématiques, dimension qui s'est développée récemment pour prendre en compte les difficultés que rencontre cette intégration.<br /><br />En nous appuyant sur des résultats de recherches antérieures, nous avons défini en deux axes notre champ d'étude : le premier est celui de la complexité pour l'enseignant des situations d'intégration d'outils informatiques. Le deuxième est celui de la variabilité des pratiques. En fonction de ces axes, nous somme partie de l'idée que la gestion de classe par les enseignants est profondément marquée par les contraintes et opportunités des outils technologiques. Nous avons considéré que les phénomènes qui en découlent mettent en jeu de façon imbriquée des facteurs relatifs à la situation et à l'enseignant et que les variations de ces facteurs déterminent la variabilité des pratiques.<br /><br />Pour nos observations, nous avons fait le choix d'observer des enseignants dans des conditions ordinaires durant l'enseignement des « suites » en classe de Première Littéraire. Dans cette classe, les textes officiels imposent l'utilisation d'outils informatiques, notamment un tableur et prennent en compte cette utilisation à l'évaluation (baccalauréat).<br /><br />Le tableur est d'abord présenté comme un outil d'enseignement au lycée à travers les recherches existantes, l'analyse des programmes officiels et des manuels scolaires, notamment en Première Littéraire. Une place importante est ensuite consacrée à l'analyse des pratiques des enseignants observés ainsi qu'à leurs pratiques d'évaluation, sujet très peu abordé dans les recherches sur la technologie. Une comparaison des pratiques des deux enseignantes à l'aide d'un modèle théorique (dit le modèle de Saxe) est enfin proposée. Il s'agit d'interpréter plus finement ces pratiques et de rendre compte de leur variabilité.

Ce travail porte sur la simulation numérique des structures magnétiques dans les matériaux ferromagnétiques. Nous nous sommes intéressés au mouvement de parois et de lignes de Bloch en utilisant une approche bidimensionnelle. Le problème initial, équations de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG), est tridimensionnel. Il fallait donc simplifier le problème et le formuler en dimension deux avant de faire la simulation. Dans un premier temps, nous avons résolu numériquement le modèle simplifié des équations de (LLG) donné par Slonczewski. Nous avons calculé le champ démagnétisant dans le cas d'une paroi sans structure. Des études locales des ingularités du champ au niveau de la paroi ont été menées. Une formule de quadrature pour approcher le champ est aussi proposée. L'étude est ensuite généralisée au cas d'une paroi avec structure. La discrétisation du modèle de Slonczewski nous a conduit à étudier entre autres l'évolution d'une courbe sous l'influence de sa courbure. Un schéma semi-implicite est proposé et une méthode d'approximation de la courbure pour une courbe définie par un nombre fini de points est détaillée et analysée. Nous avons également développé un algorithme pour la résolution d'une équation aux dérivées partielles posée sur une courbe en mouvement. Dans un second temps, nous avons proposé un nouveau modèle simplifié des équations de (LLG). Il est donné par deux équations couplant la vitesse normale d'une courbe (centre de la paroi) et l'angle azimutal. Contrairement à Slonczewski, nous avons tenu compte des interactions entre lignes de Bloch. Nous avons terminé l'exposé par la validation des différentes discrétisations et approximations, des résultats de la physique sont obtenus: domaines en labyrinthes, translation d'une bulle, annihilation de deux lignes déroulantes, déplacement de deux lignes enroulantes. La différence entre les deux modèles est aussi dégagée

Dans le domaine du stockage de l'énergie, et en particulier celui des batteries Li-ion, comprendre les mécanismes Redox liés à l'insertion de Li+ dans les matériaux d'électrode est un défi majeur. Les pnictogénures de métaux de transition représentent une nouvelle classe d'électrodes négatives offrant une alternative intéressante, en termes de sécurité et de performances, à l'électrode de graphite actuellement commercialisées. Ils réagissent avec le lithium par des réactions de conversion qui transforment l'électrode MPy en un composite M ̊/yLi3P. Grâce aux outils de la chimie théorique et à des analyses locales de la liaison chimique, une modélisation ab-initio (DFT/DFT+U) de ces électrodes a permis de (i) comprendre les phénomènes microscopiques à l'origine de leurs performances, (ii) caractériser les phases intermédiaires stabilisées au cours des charges/décharges de la batterie, et (iii) proposer une méthodologie d'analyse simple et efficace, transférable à tous les matériaux de conversion.

L'objet de cette thèse est de définir des méthodes d'analyse hiérarchique des réseaux de Petri (un formalisme de modélisation du contrôle des systèmes distribués). Premièrement, nous étudions la transformation de réseaux par remplacement de sous-réseaux ouverts: une notion d'équivalence est définie telle que si on remplace un sous-réseau ouvert par un réseau équivalent on obtient un réseau équivalent au réseau d'origine; puis nous définissons la classe des réseaux réentrants, pour laquelle la vérification de l'équivalence, complexe en général, devient simple. Deuxièmement, l'examen de la composition de réseaux par fusion de places conduit à deux résultats: la conservation d'espace d'accueil dans certaines conditions d'indépendance par rapport aux places partagées, et celle de l'absence d'interblocage lors de la composition des réseaux à ressources ordonnées (dans un sens différent de la solution classique). Enfin, un nouveau concept de norme pour la preuve de la propriété d'espace d'accueil est défini, muni d'opérations de composition permettant une vérification modulaire de cette propriété.

Ce travail présente l'étude théorique des propriétés magnétiques de composés à transition de spin du fer(II) en fonction de la nucléarité des complexes et de la nature des ligands environnants.<br />La corrélation entre la position des noyaux et les propriétés magnétiques des composés mononucléaires a été faite sur la base des calculs DFT du gap énergétique entre les différents états de spin. Ces études ont permis de tirer des nouvelles conclusions qualitatives quant au rôle du phénomène d'ordre-désordre dans les composés à transition de spin. Certaines paramètres thermodynamiques ont pu être évalué à travers les calculs des fréquences vibrationnelles.<br />L'étude de systèmes binucléaires présentant un couplage magnétique intramoléculaire a permis l'interprétation des différents comportements magnétiques de ces systèmes (pas de transition, transition en une seule étape ou deux étapes). L'application de l'approche DFT/broken symmetry a permit la quantification des constantes d'échange, difficile d'accès aux mesures magnétochimiques traditionnelles.

Les matériaux absorbants électromagnétiques, ou " Radar Absorbing Materials " (RAM), ont été créés à la fois aux USA et en Allemagne lors de la seconde guerre mondiale. Les applications des absorbants appartiennent principalement aux domaines de la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) et de la discrétion radar. Ces absorbants sont lourds et encombrants. Au travers de cette thèse, nous cherchons à développer une solution pour pallier à ces inconvénients grâce aux absorbants à métamatériaux. Les métamatériaux sont des composites artificiels présentant des propriétés électromagnétiques que l'on ne retrouve pas dans la nature. En utilisant ce type de matériaux, nous pouvons obtenir des absorbants ultras fins, et par l'optimisation et la conception couvrir des bandes larges en fréquence. Nous proposons donc plusieurs formes basiques d'absorbant à métamatériaux. De ces formes, nous présentons un modèle théorique et développons les techniques pour définir leur fréquence de fonctionnement et les paramètres nécessaires pour obtenir une absorption totale. Puis nous étudions plus en détail nos différents prototypes à travers des simulations et des mesures. Nous étudions aussi le couplage des absorbants à métamatériaux avec des absorbants traditionnels pour créer un type d'absorbant inédit.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la structure des noyaux radioactifs riches en protons. Il se compose de deux parties.<br /> La première partie est consacrée à l'étude de la décroissance Β- particules retardées de 22Al. L'expérience décrite dans cette partie a été réalisée au GANIL sur la ligne LISE3 et a permis de mesurer avec une meilleure précision par rapport aux expériences précédentes, l'énergie des transitions Β-p, Β-2p et Β-Α et leurs rapports d'embranchement ainsi que le temps de vie de 22Al. Pour la première fois les coïncidences entre les particules chargées et les rayonnements Γ ont été mesurées permettant de reconstituer le schéma de décroissance de ce noyau. La comparaison entre les résultats expérimentaux, les calculs de modèle en couches effectués avec le code OXBASH et le noyau miroir 22F a permis de déterminer le spin, la parité et la masse de l'état fondamental de 22Al ainsi que de nouveaux niveaux dans 22Mg. La force de Gamow-Teller déterminée expérimentalement et celle calculée par le modèle en couches en utilisant un opérateur effectif sont en parfait accord à basse énergie d'excitation.<br /> La deuxième partie est consacrée à l'étude de la méthode de la diffusion élastique en cinématique inverse comme outil pour la spectroscopie de noyaux exotiques. Plusieurs simulations ont été réalisées afin d'étudier la faisabilité d'une telle expérience et d'optimiser les paramètres expérimentaux pour obtenir la meilleure résolution en énergie. Des expériences réalisées au GANIL avec des faisceaux stables puis avec un faisceau radioactif ont montré que cette méthode est un outil puissant pour la spectroscopie des noyaux exotiques avec un faisceau radioactif dont les propriétés sont équivalentes à celles des faisceaux prochainement délivrés par SPIRAL.

Le travail de cette thèse porte sur l'étude des systèmes non liés très riches en neutrons 10,12Li et 13Be obtenus par réaction de cassure d'un faisceau de 15B à 35 MeV/nucléon. Les noyaux non liés produits ainsi ne peuvent être détectés en tant que tels, leur décroissance en fragment chargé et neutron intervenant en quelques 10−21 s. Seule une détection en coïncidence permet de reconstruire l'énergie de décroissance des systèmes. L'interprétation des spectres en énergie de décroissance a demandé le développement et l'utilisation d'un code de simulation tenant compte de l'eet du dispositif sur nos mesures et capable de générer les distributions théoriques des états s virtuels et résonants, ainsi que la construction d'un fond non corrélé. La combinaison de ces deux contributions a ensuite été comparée aux données. Cette démarche a été testée et validée pour le système bien connu d'7Heg.s.. Elle nous a, par la suite, permis de révéler la présence d'un état s virtuel de longueur de diffusion as = −10+6 −22 fm et d'un état résonant (`=1) à Er=0,5±0,15 MeV et de largeur ¡=0,25 MeV pour le 10Li, conrmant la poursuite de l'inversion des niveaux º1p1/2 et º2s1/2 déjà observée dans l'isotone moins riche en neutrons 11Be. Pour le système 12Li, la présence d'un état s virtuel de longueur de diffusion as · −3 fm a été postulée. Enn, le pic très étroit et très près du seuil dans le spectre en énergie de décroissance du 12Be+n a été identi é comme étant une conséquence du processus séquentiel 15B!14Be¤(2+)!12Be+n+n, contredisant l'existence d'un état s virtuel dans le 13Be.