Dissertations / Theses on the topic 'Films liquides (physique) – Propriétés thermiques'

La structuration des liquides près d'interfaces est liée aux forces d'interactions liquides/interface à des distances de quelques dimensions moléculaires. Cet effet universel joue un rôle primordial dans divers domaines tels que le transport de chaleur, le transport de particules à travers les membranes biologiques, la nanofluidique, la microbiologie et la nanorhéologie.Le but principal de cette thèse est de réaliser l'échographie par laser de liquides nanostructurés près d'une interface, afin de mieux comprendre les propriétés physiques de liquides confinés à des échelles moléculaires. La méthode utilisée est la technique d'acoustique picoseconde, qui est une technique tout optique impliquant des lasers impulsionnels pour la génération et la détection d'ultrasons picosecondes. Nous avons adapté la technique pour étudier les propriétés acoustiques longitudinales à haute fréquence des liquides ultra-minces. Les résultats de la diffusion de Brillouin dans le domaine temporel sont utilisés pour déterminer le profil de distribution de la température dans le volume de liquide étudié qui peut être extrapolé aux dimensions nanométriques. Les résultats sur le changement de la fréquence de Brillouin aussi bien que sur l’atténuation acoustique en fonction de la puissance du laser donnent un aperçu de la relation entre les propriétés thermiques et mécaniques des liquides. L'analyse de Fourier des résultats pour différentes épaisseurs de liquide donnent l'information sur la vitesse du son et de l’atténuation aux fréquences GHz. Ce nouveau schéma expérimental est une première étape vers la compréhension des liquides confinés mesuré par l'échographie d'ultrasons aux fréquences GHz
The phenomenon of liquid structuring near interfaces is related to the liquid/interface interaction forces at distances of some molecular dimensions. Despite the fact that this universal structuring effect plays a key role in various fields such as heat transport, particle transport through biological membranes, nanofluidics, microbiology and nanorheology, the experimental investigation of liquid structuring remainschallenging.The aim of this PhD thesis is the experimental study of the structuring/ordering of liquids at nanoscale distances from their interfaces with solids. In this context, we have adapted the experimental technique of picosecond laser ultrasonics to investigate high-frequency longitudinal acoustic properties of ultrathin liquids confined between solid surfaces of different types. At first, we will present results of time-domain Brillouin scattering (TDBS) used to determine the temperature distribution profile in the investigated liquid volume which can be extrapolated to nanometer dimensions. Results for the evolution of the extracted Brillouin scattering frequencies and attenuation rates recorded at different laser powers give insight to the intrinsic relationship between thermal and mechanical properties of liquids. Second, we will describe our results for the measurements of mechanical properties of ultrathin liquids with a nanometric resolution. Fourier analysis of the recorded TDBS signals for different liquid thicknesses yield the value of the longitudinal speed of sound and attenuation at GHz frequencies. This novel TDBS experimental scheme is a first step towards the understanding of confined liquids measured by GHz ultrasonic probing

La dynamique des fluctuations thermiques d'un milieu révèle les propriétés de ce milieu, sans qu'il soit nécessaire de le solliciter. Afin d'exploiter ce principe, nous avons mis au point une technique optique destinée à mesurer des fluctuations spontanées de hauteur de surfaces libres, basée sur la mesure de la déflexion d'un laser réfléchi à la surface. Nous montrons que l'on peut ainsi mesurer les fluctuations de surface de milieux très variés, allant des liquides peu visqueux aux solides viscoélastiques. Les propriétés viscoélastiques du milieu sondé peuvent être déterminées à partir du spectre expérimental des fluctuations. On compare les valeurs obtenues avec des mesures rhéométriques conventionnelles, la technique s'avère être un moyen fiable pour caractériser les propriétés rhéologiques dans une gamme de fréquences allant de 0,1 Hz à quelques dizaines de kHz. Par ailleurs, on s'intéresse à l'influence du confinement sur les fluctuations de surface d'un liquide newtonien. On étudie l'effet du confinement en utilisant des substrats de différentes natures : solide plan, solide en relief et liquide. On montre que les fluctuations de surface dépendent fortement du substrat utilisé. On étudie en particulier le cas où le film liquide est déposé sur une surface solide plane. En créant un effet Marangoni induit par un gradient de température à la surface libre du liquide, on parvient à contrôler l'épaisseur du film sondé. On mesure ainsi les fluctuations de surface de films dont l'épaisseur varie entre 30 nanomètres et quelques micromètres. Les spectres mesurés sont sensibles à la condition hydrodynamique à l'interface liquide-solide et permettent d'évaluer une éventuelle longueur de glissement.

Le premier objectif de ce travail concerne l'optimisation de la géométrie de la surface d'échange en vue d'améliorer les transferts thermiques lors de l'ébullition nucléée en vase de fluides frigorigènes autour de cylindres horizontaux. Après une étude bibliographique, nous décrivons le dispositif expérimental développé et en particulier l'instrumentation de l'élément chauffant élaborée pour déterminer de façon rigoureuse la température de surface. Différentes géométries d'élément chauffant ont été testées : cylindres lisse, fileté, rainuré, avec ou sans fils de diamètres variables. Les essais ont été conduits avec les fréons R113 et R123 sous des pressions proches de l'atmosphère. Enfin, on a pu déterminer les densités de flux et les coefficients d'échange, en considérant les surfaces d'échange équivalentes et réelles. Les résultats obtenus permettent tout d'abord une mise en évidence et une analyse succinte du phénomène d'hystérésis particulièrement remarquable pour ces deux fluides. L'analyse des évolutions de la densité de flux et du coefficient d'échange global en fonction de la température de surchauffe ?Tsat, permet de dégager certaines conclusions quant à l'efficacité des échanges thermiques selon les différentes surfacesd 'échange. Par ailleurs, les résultats expérimentaux sont comparés à différentes corrélations numériques : les corrélations de Rohsenow (1952), de Cornwell et Houston (1994) et du type h=C. Qn. La seconde partie de ce travail a consisté à développer une technique d'investigation non intrusive permettant de visualiser, en associant les techniques de tomographie laser et de fluorescence induite par laser, la section d'un film liquide ruisselant dans une rainure, et d'en déduire, par analyse de l'image, les principales caractéristiquesgéométriquesdu ménisque. On montre qu'il est possible de déterminer l'influence de divers paramètres sur la forme du ménisque et de suivre l'évolution de ce dernier le long de la rainure.

Ce mémoire de thèse porte sur l'exploitation de l'effet Seebeck pour la caractérisation thermo-physique des matériaux thermoélectriques (TE) solides et liquides. Lors de travaux récents au sein du laboratoire, la technique photothermoélectrique (PTE) a été développée pour la caractérisation thermique de matériaux TE solides de faibles conductivités électriques. Dans ce travail, l'utilisation de cette technique a été généralisée à tous les matériaux TE solides (de faibles ou de hautes conductivités électriques). Cela est rendu possible par la prise en compte de la nature gaussienne de l'excitation thermique modulée à laquelle le matériau est soumis ainsi que par la compréhension des effets de couplage des mécanismes de transport thermique et électrique dans les matériaux TE. Dans cette thèse, plusieurs matériaux thermoélectriques solides ont été étudiés : le trisulfure de titane (TiS₃), les oxydes types Bi₂Ca₂Co₁,₇Oₓ, le séléniure du tellurure de bismuth (Bi₂Te₂,₄Se₀,₆). La tension auto-induite par effet Seebeck a été aussi exploitée pour la détection des transitions de phases que présentent certains matériaux thermoélectriques, ici le cas du séléniure de cuivre a été étudié. Une nouvelle procédure qui permet de déterminer l'évolution de la diffusivité thermique d'un matériau TE en fonction de la température est présentée. En plus des matériaux TE solides, la technique PTE a été étendue à l'étude des matériaux thermoélectriques liquides (LTE). Un modèle théorique qui décrit le signal délivré par un matériau LTE soumis à une excitation thermique périodique a été développé. Ensuite, une étude de l'évolution des propriétés thermiques d'un matériau LTE en fonction de la concentration d'un soluté a été réalisée. Enfin, l'approche dite de cavité résonnante d'ondes thermiques (TWRC) a été utilisée pour investiguer thermiquement des matériaux LTE. À notre connaissance, c'est la première fois que l'approche TWRC est utilisée pour l'analyse du signal généré par un liquide thermoélectrique. L'utilisation des LTE comme capteurs thermiques a été aussi abordée dans ce travail
The use of the self-induced Seebeck effect in thermophysical characterization of solid and liquid thermoelectric (TE) materials is described in this manuscript. In previous works, the photothermoelectric technique (PTE) has been developed in our laboratory for the thermal characterization of solid TE materials having low electrical conductivities. In this work, we first generalized the use of the PTE technique to all solid thermoelectric materials (with high or low electrical conductivities). This is achieved by taking into account the Gaussian shape of the thermal source exciting the material as well as by the understanding of the coupling effects between thermal and electrical transport mechanisms when a TE material is submitted to a modulated thermal excitation. In this thesis, several solid thermoelectric materials were studied : Titanium trisulfide (TiS₃),Bi₂Ca₂Co₁,₇Oₓ oxydes and Bismuth Selenido-telluride (Bi₂Te₂,₄Se₀,₆). Then, the self-induced Seebeck voltage was used for the detection of phase transitions exhibited by certain thermoelectric materials. The case of the copper selenide (Cu₂Se) was studied. A new procedure allowing to follow the temperature dependance of the thermal diffusivity of solid TE materials is also presented. In this work, the PTE technique was extended to liquid thermoelectric (LTE) materials. Indeed, a theoretical model describing the signal delivered by a LTE material subject to a periodic thermal excitation has been developed. Then, a study of the evolution of the thermal properties of an electrolyte as function of a solute concentration was performed. Finally, the thermal-wave resonator cavity (TWRC) approach was used to characterize thermally LTE materials. As far as we know, this is the first method proposing a TWRC approach applied directly to the sensor itself. The use of LTE such as heat sensors was also addressed here

Le Laboratoire des Procédés Avancés de Décontamination (CEA) développe des procédés pour l’assainissement ou le démantèlement d’équipements nucléaires. Notre étude s’inscrit dans une démarche de compréhension des mécanismes de stabilisation des mousses aqueuses générées à partir d’une formulation brevetée par le laboratoire, stabilisée par le Glucopon® 215 Cs (mélange commercial de tensioactifs non-ioniques de la famille des alkyl polyglucosides) et un viscosant (gomme de xanthane). Notre travail s’articule autour des relations entre les trois échelles caractéristiques des mousses : les solutions (micelles, tension et viscoélasticité de surface), les films liquides interbulles (viscoélasticité de surface d’une bulle, réflectivité RX), les bords de Plateau et la mousse (moussabilité, fraction liquide, film liquide en paroi). Une étude exploratoire de la caractérisation simultanée des trois ordres de grandeur des mousses en diffusion de neutrons aux petits angles est également présentée
The LPAD (French Atomic Energy Commission) develops innovative processes in the frame of the future dismantling of nuclear facilities. Formulations were developed using high viscosified foams stabilized by biodegradable nonionic surfactants : alkyl polyglucosides and viscosifiers (xanthan gum), which allow us to increase the foam lifetime and thus contact time of chemical reactants with the facility walls. We have considered the relationships between physicochemical properties and foam stability through the exploration of the foam at three different scales: from the molecular range (micelles, surface tension and viscoelasticity), to the film and Plateau border range (XR reflectivity, surface shear viscosity) and to macroscopic range, meaning the whole foam (foaminess, liquid fraction and wall film thickness evolution). Finally, exploratory study is presented concerning simultaneous foam three scales characterisation by small angle neutron scattering

Ce travail est une étude théorique et numérique du comportement thermique des solutions nanocolloïdales (encore appelées « nanofluides ») en présence et en l’absence d’un champ de force externe oscillant. Les nanofluides sont étudiés à l’aide de la technique de la dynamique moléculaire hors équilibre depuis l’échelle macroscopique jusqu’à l’échelle mésoscopique qui caractérise les nanoparticules et les transferts entre des nanoparticules proches au sein du nanofluide. Dans un premier temps, après avoir décrit les modèles numériques utilisés tout au long de ce travail nous examinons la possibilité d’augmenter de façon active la conductivité thermique des nanofluides par l’intermédiaire d’un champ de force oscillant appliqué sur les nanoparticules. Les mécanismes physiques induits par ce champ et leurs conséquences sur l’exaltation de la conductivité thermique des nanofluides sont étudiés pour des fréquences d’excitation allant du domaine radio fréquence jusqu’au domaine micro-ondes. L’impact des effets hydrodynamique, induits par le mouvement des nanoparticules sous l’action d’un champ de force et pendant le mouvement Brownien de ces dernières, sur le transfert de la chaleur dans le nanofluide est ensuite étudié en détail. La conductance d’échange « nanoconvectif » entre deux nanoparticules est calculé pour différents niveaux de charge en particule. Enfin, une étude du comportement thermique d’un fluide confiné entre deux parois planes et soumis à un cisaillement est réalisée pour décrire le comportement du fluide situé entre deux nanoparticules en régime de forte concentration. De nouveaux comportements thermiques sont prédits pour des fluides « métastables» et les limites de validité d’approche continue (mécanique des fluides classiques) sont précisées. .

Nous avons mis au point dans cette thèse un système de mesure (capteur + outil type logiciel) qui permet, via une série de 19 mesures d'une propriété électrique du milieu agité, d'obtenir des images dynamiques des champs de température et ainsi de montrer l'existence de gradients thermiques au cours de la cuisson de milieux polyphasiques en cuve mécaniquement agitée. Un dispositif expérimental composé de 8 électrodes carrées disposées régulièrement sur la paroi interne de la cuve de façon non intrusive a été réalisé. L'outil développé permet également d'apprécier l'hétérogénéité de structure du milieu agité via un algorithme de détection basé sur le calcul du rapport de vraisemblance logarithmique et appliqué à la dérivée première du signal de conductivité électrique. Des essais expérimentaux ont été réalisés avec deux produits modèles simulant le comportement des fluides réels alimentaires texturants étudiés dans ce travail
In this work, a system that allows obtaining dynamic images of temperature fields from a set of 19 electrical property measurements of the agitated fluid via a number of electrodes which are mounted non-intrusively on the vessel boundary has been developped. Using this system, it was shown the existence of thermal gradients within the vessel. In the same time, the developed tool permits to appreciate structural heterogeneity of texturing foods during cooking from a detection algorithm based on the log-likelihood ratio and applied on the first derivative of the delivered electrical signal. Experimental studies were performed with model fluids, simulating the behavior of real food fluids. That was necessary in order to be freed from the seasonal variations of real foods and to be able to discuss the physical phenomena observed during cooking of such fluids

Ce manuscrit porte sur l’étude de cuprates de basse dimensionnalité, les systèmes à chaînes de spins SrCuO₂ et Sr₂CuO₃. Un des intérêts de ces deux composés est qu’ils présentent des conductions thermiques fortement anisotropes. Celles-ci comportent une contribution magnétique due au transport de la chaleur via les excitations de spinons qui se manifeste uniquement dans la direction des chaînes de spins. Notre étude a pour objectif la mise en évidence des mécanismes qui gouvernent ces propriétés de transport, notamment à travers l’étude des interactions entre les spinons, les phonons et les défauts. Les interactions spinons (phonons)-défauts ont été sondées par l’introduction intentionnelle de dopants (1-2%) non-magnétiques sur le site du cuivre : Mg²⁺, Zn²⁺, Pd²⁺ ou Ni²⁺, ou encore par l’introduction d’éléments possédant des degrés d’oxydation différents sur le site du strontium : La³⁺ ou K⁺. Les composés ont été synthétisés sous leur forme monocristalline par la méthode de fusion de la zone solvante. Des caractérisations structurales, magnétiques et thermiques des composés purs et dopés ont été réalisées. Les spectres d’excitations magnétiques de ces cuprates ont été déterminés par diffusion inélastique de neutrons, spectroscopie RMN et spectroscopie de photoémission résolue en angle afin de révéler l’impact de la substitution. L’étude des spectres de phonons a également été réalisée par diffusion inélastique de neutrons. Les résultats de ces mesures sont corrélés aux propriétés de conduction thermique des composés purs et dopés
This manuscript deals with the study of low dimensional cuprates, namely, the spin chains systems SrCuO₂ and Sr₂CuO₃. These two compounds exhibit highly anisotropic thermal conduction properties along the spin-chains direction, where magnetic thermal conduction contributes to the heat transport process via spinon excitations. Our study aims to highlight the mechanisms that govern the heat transport properties, particularly through the study of the scattering channels involving spinon, phonon and defects. The spinon (phonon)–defect scattering was probed by the intentional introduction of nonmagnetic dopants (1-2%) on the copper site, by: Mg²⁺, Zn²⁺, Pd²⁺ or Ni²⁺, or by the introduction of elements carrying different oxidation level on the strontium site, by: La³⁺ or K⁺. Single crystals of the pure and doped materials have been grown by the travelling solvent floating zone method. The structural, magnetic and thermal characterizations of the pure and doped compounds were performed. The magnetic excitation spectra of the compounds were determined by inelastic neutron scattering, NMR spectroscopy, and angle resolved photoemission spectroscopy to reveal the impact of the substitution on the spin dynamics of the doped compounds. The study of phonon spectra has also been performed by inelastic neutron scattering. Results from inelastic neutron scattering have been correlated to the heat transport properties of the pristine and substituted materials

La variation de plusieurs proprietes physiques d'un liquide pur, la quinoline, en fonction de la temperature, est examinee ici afin d'obtenir des renseignements sur le mouvement et l'organisation moleculaire en phase liquide. La quinoline est une molecule plane, sans degre de liberte interne ou changement de conformation. Ce travail met en evidence une variation de la pente de la chaleur specifique autour de 290 k. On retrouve le meme comportement a la meme temperature pour les temps de relaxation spin reseau t1 des #1#3c de la molecule, spin spin t2 de #1#4n et dans la viscosite representes en echelle logarithmique en fonction de 1/t. Cet effet ne disparait pas, dans un melange de quinoline et d'un solvant ne presentant pas ce comportement, proportionnellement au nombre de molecules de quinoline. La variation observee doit donc etre attribuee aux interactions entre les molecules dans le liquide. Une etude des mouvements moleculaires a ete effectuee en calculant les coefficients de diffusion rotationnelle de la molecule a partir des temps de relaxation mesures. Cette etude met en evidence le fait que les rotations de la molecule sont isotropes dans la gamme de temperature exploree (280k-323k) et qu'en-dessous de 290k la barriere d'energie s'opposant a ces rotations est plus importante (e=25. 4kj. Mole##1) qu'a plus haute temperature (e=19. 2kj. Mole##1)

Les recherches que nous présentons dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de l’analyse des phénomènes de transport fondamentaux impliqués lors du processus d’évaporation d’un film liquide mince. Outre les mécanismes macroscopiques (résistance thermique du solide, capillarité, thermocapillarité, …) qui influencent le comportement de tels films, des développements fondamentaux et expérimentaux ont mis en évidence le rôle significatif d’effets microscopiques, comme les forces de van der Waals [11,96,117]. L’objectif de cette thèse est double. Il s’agit tout d’abord de caractériser les phénomènes locaux qui influencent le processus d’évaporation et ensuite, d’étendre notre étude à une échelle globale “macroscopique”. Ce manuscrit est divisé en deux parties qui correspondent à ces deux objectifs.

L’étude décrite dans la première partie propose une contribution originale à la modélisation de l’évaporation des films minces, y compris au voisinage des lignes de contact. De manière générale, nous cherchons à mettre en évidence l’influence de phénomènes qui se déroulent aux petites échelles sur le transfert thermique d’un film mince déposé sur une paroi plane et chauffée. Dans le cadre de l’hypothèse de lubrification, deux modèles sont dès lors développés. Le premier modèle décrit l’évaporation d’un film liquide mince dans sa vapeur pure tandis que le second modèle porte sur l’évaporation d’un film liquide mince dans un gaz inerte. Les diverses recherches menées sont principalement orientées vers la quantification, d’une part, des angles de contact apparents générés par l’évaporation, malgré le caractère parfaitement mouillant du couple liquide-solide utilisé et, d’autre part, des flux de chaleur et de matière interfaciaux. Une particularité du premier modèle est qu’il généralise divers modèles existants [15,25,86,117] en regroupant un ensemble de phénomènes spécifiques et complexes tels que le saut de température à l’interface liquide-vapeur, la résistance thermique de la vapeur et celle du solide ou la variation locale de la température de saturation à l’interface liquide-vapeur suite à la courbure interfaciale et aux forces de van der Waals. En plus de ces effets, d’autres mécanismes plus classiques sont inclus dans le modèle :la tension superficielle, la thermocapillarité, la pression de disjonction, l’évaporation et le recul de vapeur. Des analyses de stabilité linéaires et des études paramétriques ont été réalisées afin de quantifier l’influence de ces phénomènes sur la stabilité d’un film liquide mince, sur son évaporation et sur le transfert de chaleur associé. Au travers des chapitres 3 et 4, nous mettons notamment en évidence

• comment les forces de van der Waals compensent l’évaporation du film liquide mince de façon à créer un film stationnaire stable,

• pourquoi le recul de la vapeur et la thermocapillarité sont deux phénomènes qui peuvent être négligés dans les conditions étudiées dans ce travail,

• des lois analytiques qui décrivent certaines variables du problème, plus particulièrement l’angle de contact et le maximum du flux de chaleur, en fonction de la surchauffe de la paroi solide.

Faisant suite aux travaux proposés par Haut et Colinet [59], nous avons ensuite développé un second modèle afin de caractériser l’évaporation dans une faible quantité de gaz inerte d’un film liquide mince déposé sur une paroi plate et chauffée. Tout comme dans le cadre de l’étude précédente, notre analyse s’articule autour d’une étude de stabilité linéaire ainsi que d’études paramétriques réalisées sur des nombres caractéristiques du problème. Alors que les conclusions sur la stabilité du film sont indépendantes de la quantité de gaz inerte contenue dans la phase vapeur, il n’en est pas de même pour les transferts de matière et de chaleur interfaciaux comme montré au chapitre 5.

Dans la seconde partie du travail, nous utilisons les conclusions auxquelles nous sommes arrivés dans la première partie dans le cadre d’une application industrielle. En collaboration avec le Centre d’Excellence en Recherche Aéronautique (CENAERO) et la société Euro Heat Pipes (EHP), une stratégie a été élaborée afin de simuler les transferts thermiques radiaux dans une rainure d’un caloduc au niveau de l’évaporateur. Les résultats numériques, obtenus sur base d’un modèle multi-échelle développé à l’ULB et implémenté numériquement lors d’un stage chez CENAERO, montrent que ces transferts sont influencés par la valeur de l’angle de contact. Celui-ci dépendant des phénomènes microscopiques, il s’avère par conséquent nécessaire de les inclure dans le modèle thermique. En effet, si nous ne considérons que les aspects macroscopiques du problème, qui se résument à la conduction dans le solide et dans le liquide, le coefficient d’échange global au niveau de la rainure est surestimé.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la cavitation acoustique dans l'eau et quelques autres liquides. Le 1er chapitre est consacré à une présentation des transitions de phase du premier ordre dans le régime métastable. Le 2e chapitre présente la théorie de nucléation classique, ainsi que le théorème de nucléation d'Oxtoby qui nous permet d'évaluer le volume de la bulle critique dans nos expériences. Puis un bilan expérimental de quelques méthodes pour étudier la cavitation est dressé. Nous présentons les singularités de l'eau par rapport aux autres liquides et montrons en quoi une étude de la limite de cavitation permettrait de les comprendre. Dans le 3e, nous présentons notre dispositif acoustique ainsi que la méthode de pression statique qui permet de déterminer la pression de cavitation. Nous présentons en détail l'hydrophone à fibre optique construit pour cette thèse sur le modèle de celui d'Eisenmenger, qui permet de mesurer la densité au seuil de cavitation. Les résultats et leur analyse sont présentés, pour l'eau, dans le 4e, pour le D2O, l'éthanol, l'heptane et le DMSO, dans le 5e chapitre. De l'étude de l'eau, il ressort que l'on est très loin de la théorie, et d'un type d'expérience. En revanche une modification par un facteur constant en température, de la tension de surface de l'eau permet de prédire nos résultats en pression, mais pas les volumes critiques de nucléation. Par ailleurs, l'étude dans les autres liquides montre que nous pouvons, par notre méthode, arriver à des résultats proches de la théorie, d'autant plus que la tension de surface du liquide étudié est faible.

Nous nous sommes interesses a l'elaboration et a l'etude de films minces de siliciures de fer ou de rhenium semiconducteurs sur un substrat de silicium monocristallin. Un certain nombre de caracterisations physico-chimiques, structurales et optiques ont ete effectuees pour s'assurer de la qualite, de la composition et de la nature semiconductrice des echantillons. Au moyen de mesures photoelectriques, nous avons etudie des phenomenes de photo-emission interne dans des heterojonctions siliciure-silicium. Cette etude a permis d'analyser les mecanismes de transport mis en jeu et de proposer des diagrammes de bandes pour quelques heterojonctions siliciure-silicium. Nous avons essaye d'optimiser les conditions d'elaboration de facon a diminuer le dopage residuel et a augmenter la mobilite des porteurs. Nous avons obtenu des siliciures en couches minces sur silicium dont les caracteristiques sont a la hauteur de celles des meilleurs monocristaux, eux-memes assez rares et generalement de dimensions millimetriques

Ce travail est consacre a l'elaboration, la caracterisation structurale et microstructurale, ainsi qu'a l'etude de la conductivite electrique de couches minces de l'alliage quasicristallin alcufe. Les echantillons ont ete fabriques par evaporation sequentielle des elements constitutifs de l'alliage, puis traitement thermique. Nous avons etudie les chemins reactionnels conduisant a la phase quasicristalline par diffraction des rayons x lors du traitement thermique de tricouches metalliques. La phase quasicristalline peut etre obtenue quelle que soit la sequence d'empilement du tricouche. Nous montrons que la premiere phase qui cristallise est al#2cu y compris lorsque la couche de fer est placee entre celles de al et cu. Dans ce cas on observe la formation d'alliages binaires al, cu de part et d'autre de la couche de fe, indiquant une diffusion croisee des deux elements al et cu a travers celle-ci. A plus haute temperature le fer participe aux reactions, s'alliant d'abord avec l'aluminium, avant que des phases ternaires n'apparaissent, qui conduisent ensuite au quasicristal. Nous nous sommes ensuite concentre sur l'elaboration de couches tres minces (jusqu'a 125 angstroms). Nous avons pu fabriquer des couches quasicristallines tres minces compactes et d'epaisseur homogene. Ainsi nous avons pu etudier la conductivite electrique des echantillons en fonction de leur epaisseur. A basse temperature, les dependances en temperature et en champ magnetique de la conductivite font apparaitre une transition vers un regime bidimensionnel, qui est une signature de la presence d'effets d'interferences quantiques. Cette etude confirme leur importance dans la conductivite des quasicristaux, et permet de preciser les valeurs des parametres microscopiques qui la regissent.

Les proprietes structurales, electroniques et magnetiques de couches minces epitaxiees de cerium ont ete etudiees avec l'objectif de mieux connaitre l'element ce lui meme, ainsi que d'effectuer une premiere etude d'un systeme de basse dimensionnalite presentant des proprietes de type reseau kondo. Les couches ont ete preparees sous ultra-vide par depot laser pulse sur une couche tampon de w(110) ou de wnb(110), elle meme initialement epitaxiee sur un substrat d'al#2o#3(1120). Une nouvelle methode originale de croissance des couches tampon a ete developpee, qui permet une croissance parfaitement bidimensionnelle des les plus faibles epaisseurs. Les couches de ce croissent dans la phase gamma (cfc) selon les plans (111), avec une relation d'epitaxie de type nichiyama-wassermann. Aucune deformation n'a pu etre etablie dans toute la gamme d'epaisseur etudiee. Une etude de diffraction x en geometrie planaire a montre que la phase gamma est conservee a basse temperature. La conservation de la phase gamma a ouvert la voie a l'etude approfondie des proprietes physiques de cette phase dans des couches minces. Les proprietes magnetiques et de structure electronique ont ete estimees a partir de mesures de spectroscopie d'absorptions des rayons x (xas) en lumiere polarisee circulairement (xmcd) aux seuils m#4#,#5dece. Les dependances thermiques de l'ensemble des grandeurs physiques correspondantes revelent la presence d'un effet de type impurete kondo couple a des effets de champ cristallin, l'intensite de ce champ differant a l'interface et dans le massif. Les mesures de resistivite magnetique amenent aux memes conclusions mais elles revelent en plus des effets specifiques associes a la presence d'un reseau kondo-anderson. Aux bassees epaisseurs une augmentation importante de la resistivite magnetique est observee, induite par des phenomenes d'interference entre, d'une part, l'effet kondo et, d'autre part, les interactions entre les electrons et la localisation faible.

This work is dedicated to present and validate a new and generalized macroscopic nonlocal theory of sound propagation in rigid-framed porous media saturated with a viscothermal fluid. This theory allows to go beyond the limits of the classical local theory and within the limits of linear theory, to take not only temporal dispersion, but also spatial dispersion into account. In the framework of the new approach, a homogenization procedure is proposed to upscale the dynamics of sound propagation from Navier-Stokes-Fourier scale to the volume-average scale, through solving two independent microscopic action-response problems. Contrary to the classical method of homogenization, there is no length-constraint to be considered alongside of the development of the new method, thus, there is no frequency limit for the medium effective properties to be valid. In absence of solid matrix, this procedure leads to Kirchhoff-Langevin's dispersion equation for sound propagation in viscothermal fluids. The new theory and upscaling procedure are validated in three cases corresponding to three different periodic microgeometries of the porous structure. Employing a semi-analytical method in the simple case of cylindrical circular tubes filled with a viscothermal fluid, it is found that the wavenumbers and impedances predicted by nonlocal theory match with those of the long-known Kirchhoff's exact solution, while the results by local theory (Zwikker and Kosten's) yield only the wavenumber of the least attenuated mode, in addition, with a small discrepancy compared to Kirchhoff's. In the case where the porous medium is made of a 2D square network of cylindrical solid inclusions, the frequency-dependent phase velocities of the least attenuated mode are computed based on the local and nonlocal approaches, by using direct Finite Element numerical simulations. The phase velocity of the least attenuated Bloch wave computed through a completely different quasi-exact multiple scattering method taking into account the viscothermal effects, shows a remarkable agreement with those obtained by the nonlocal theory in a wide frequency range. When the microgeometry is in the form of daisy chained Helmholtz resonators, using the upscaling procedure in nonlocal theory and a plane wave modelling lead to two effective density and bulk modulus functions in Fourier space. In the framework of the new upscaling procedure, Zwikker and Kosten's equations governing the pressure and velocity fields' dynamics averaged over the crosssections of the different parts of Helmholtz resonators, are employed in order to coarse-grain them to the scale of a periodic cell containing one resonator. The least attenuated wavenumber of the medium is obtained through a dispersion equation established via nonlocal theory, while an analytical modelling is performed, independently, to obtain the least attenuated Bloch mode propagating in the medium, in a frequency range where the resonance phenomena can be observed. The results corresponding to these two different methods show that not only the Bloch wave modelling, but also, especially, the modelling based on the new theory can describe the resonance phenomena originating from the spatial dispersion effects present in the macroscopic dynamics of the matarial.

Après une importante bibliographie concernant les phases lyotropes et les techniques cryogéniques en microscopie électronique, l'auteur expose les résultats de ses observations en cryofracture sur les systèmes du titre. Description de la transition lamellaire-nématique et comparaison aux modèles présentés par d'autres auteurs. Discussion de la validité de la technique de cryofracture pour ce type de systèmes

Cette thèse présente une étude des propriétés électroniques de systèmes de basse dimension à base de métaux et de semiconducteurs. La première partie de l'étude traite le confinement de l'état de Shockley dans des nanostructures tridimensionnelles d'Ag(111), par des mesures STM/STS à très basse température (5 K). Nous avons d'abord analysé en détail la structure en énergie et la distribution spatiale des modes confinés. Nous avons ensuite mis à profit la nature discrète du spectre en énergie pour étudier le temps de vie des quasiparticules. Un comportement typique de liquide de Fermi est mis en évidence, et nous montrons que le mécanisme de diffusion dominant est associé au couplage électron-phonon. La contribution extrinsèque provenant du confinement partiel de l'onde électronique a également été obtenue. Une loi d'échelle est observée avec la taille des nanostructures, ce qui permet d'extraire un coefficient de réflexion plus important que dans de simples ilôts monoatomiques. La seconde partie de l'étude est consacrée aux couches ultra-minces semiconductrices obtenues par dépôts d'alcalins (K, Rb, Cs) sur la surface Si(111):B-[racine]3. Ce travail résout la controverse concernant la nature de l'état fondamental de ce système, et notamment l'origine de la reconstruction 2[racine]3 obtenue à la saturation du taux de couverture. La compréhension en amont de la structure cristallographique permet d'élucider les propriétés électroniques. Nous montrons qu'une approche à un électron, conduisant à un isolant de bandes, décrit le système de manière convaincante, malgré l'indication de forts effets polaroniques. Ce résultat est le fruit d'une étude approfondie combinant des techniques diverses et complémentaires (LEED, ARPES, XPS, STM/STS et calcul DFT)
This thesis is devoted to the electronic properties of low-dimensional systems based on metal and semiconducting materials. The first part deals with the Shockley state confinement in Ag(111) nanostructures, by means of very-low temperature (5 K) STM/STS measurements. We study the electronic structure and spatial distribution of the confined modes. Then the discrete nature of the electronic spectrum allows one to yield the quasiparticule lifetime. A Fermi-liquid behaviour is evidenced and we show that the dominant decay mechanism is attributed to the electron-phonon coupling. The extrinsic contribution arising from the partial confinement of the electronic wave is obtained as well. A scaling law with the nanostructure width is demonstrated, from which we deduce a higher reflection amplitude than in monoatomic islands. In the second part of the thesis, we study semiconducting ultra-thin films produced by alkali (K, Rb, Cs) deposition on the Si(111):B-[root of]3 surface. This work solves the controversy concerning the ground state of this system, and especially the nature of the 2[root of]3 surface recontruction obtained at saturation coverage. Prior understanding of the crystallographic structure allows to elucidate the electronic properties. We show that a one-electron picture, leading to a band insulator scenario, gives a good description of the system, in spite of strong polaronic effects. This conclusion results from an in-depth, combined study of complementary techniques (LEED, ARPES, XPS, STM/STS and DFT calculations)