Cette thèse porte sur le développement d’une méthode de caractérisation mécanique des matériaux métalliques à partir d’une courbe d’indentation reliant force et enfoncement d’un indenteur quasi sphérique. Une première étude expérimentale a permis d’établir le protocole d’essai le plus adapté aux matériaux industriels. Les simulations avec un indenteur sphérique rigide a ensuite permis de constituer une base de données numérique limitée mais rapide à générer. Une méthode originale de transformation des courbes a été développée pour passer d’un indenteur rigide à un indenteur déformable non sphérique. Validée numériquement, elle permet de constituer rapidement une base d’indentation pour un indenteur monobloc déformable de rayon proche de 0,5 mm, utilisé ensuite pour la caractérisation. La méthode de caractérisation proposée combine analyse inverse via un algorithme simplexe et exploitation de cette base numérique. Pour renforcer la robustesse face au bruit expérimental, des déformations représentatives sont extraites : calculées à différents niveaux d’enfoncement à partir de la matrice hessienne des résidus, les contraintes associées sont déduites de la loi de Hollomon, générant plusieurs points représentatifs. Par ailleurs, diverses stratégies de recalage entre courbes expérimentales et numériques permettent d’accroître le nombre de points sur la loi d’écrouissage. Enfin, une validation numérique et expérimentale montre une bonne corrélation entre les paramètres mécaniques issus de l’indentation et ceux des essais de traction, avec une précision particulièrement élevée sur la résistance à la traction.

Ces dernières années, un intérêt scientifique croissant s'est manifesté pour le développement de circuits photoniques intégrés dans la gamme du visible et proche ultraviolet (UV) pour adresser des applications telles que la détection sous-marine, l’optogénétique ou encore celle liées à la quantique. Elles nécessitent également des sources lasers monomodes compactes à faible largeur de raie pouvant être obtenues en exploitant le principe de la contre-réaction optique. La conception de fonctions de filtrage intégrées est donc nécessaire pour développer ce type de sources compactes. Ces fonctions doivent être fabriquées à partir de matériaux transparents dans la gamme d’étude. L’oxyde d’aluminium présente un grand potentiel pour la conception de tels circuits grâce notamment à sa large fenêtre de transparence allant du proche ultraviolet au moyen infrarouge. Ce travail est dédié au développement de fonctions optiques intégrées pour le bleu et le proche-UV à partir d’oxyde d’aluminium. Les circuits optiques intégrés sont d’abord conçus par simulation, fabriqués par un intervenant extérieur dans le cadre d’une collaboration, puis caractérisés grâce à un banc optique adapté pour la gamme spectrale d’étude. Des composants tels que des interféromètres multimodes ou des micro-résonateurs en anneau sont présentés. Le développement d’un système de contre-réaction basé sur une diode intégrée et un réseau de Bragg fibré est également étudié et a permis d’affiner spectralement le mode principal de la diode.

Ce projet de thèse porte sur les boissons texturées dans le cadre de la prise en charge de la dysphagie. Il vise à déterminer l'influence de la structure des gels sur leurs propriétés rhéologiques et la perception sensorielle de la texture, permettant le développement de nouveaux produits. En pratique, dix gels ont été étudiés, formulés à partir de polysaccharides de différentes sources naturelles. Ces gels sont situés au seuil du niveau 4 de la classification IDDSI, correspondant au niveau le plus épais pour les liquides. La structure micro et nanométrique a été déterminée par microscopie électronique à balayage et diffusion des rayons X aux petits angles. Afin de caractériser pleinement les mécanismes de gélification et leurs propriétés viscoélastiques, de glissement, d'écoulement, de rupture, de lubrification et de vieillissement, divers essais rhéologiques de cisaillement, de compression et de tribologie ont été réalisés. Ces expérimentations incluent le régime non-linéaire afin de s’approcher des conditions retrouvées lors de la déglutition. Ces dix gels représentent une large gamme de propriétés rhéologiques. En parallèle, une analyse descriptive a été menée à l'aide d'un panel entraîné. Ces dix gels représentent une vaste gamme sensorielle. Indépendamment de la formulation, des corrélations entre les mesures rhéologiques et l'évaluation sensorielle ont été identifiées. Ces corrélations montrent des effets synergiques marqués et non triviaux entre les différents ingrédients. De plus, des boissons gélifiées dopées aux omega-3 ont été formulées et caractérisées, ouvrant la voie à un enrichissement nutritionnel.

Le verre présente des avantages environnementaux, et son utilisation structurelle est en pleine expansion. Cependant, son poids propre limite ses applications, et une utilisation inefficace des matériaux suscite des préoccupations liées aux émissions de CO₂. Cette recherche doctorale a développé et appliqué l’optimisation topologique (OT) pour concevoir des structures en verre légères en 2D et 3D. Un algorithme d’OT basé sur la méthode de densité a été proposé, intégrant des contraintes de déformation et de contrainte principale maximale (CPM), ainsi que la prise en compte du poids propre. L’algorithme a démontré sa robustesse dans les deux cas de conception. Des structures 2D optimisées, fabriquées par découpe au jet d’eau, ont été validées par des essais de flexion et de mesure des contraintes, montrant une amélioration des performances mécaniques et une réduction des contraintes locales de traction. Pour les structures 3D, la faisabilité a été démontrée par deux méthodes : le moulage et une nouvelle méthode par l’assemblage de couches découpées par jet d’eau. Les validations numériques et expérimentales ont confirmé que ces deux méthodes préservent l’intégrité structurelle et la fidélité géométrique. La méthode par l’assemblage de couches, combinée au collage par fusion du verre, offre une voie prometteuse pour la fabrication de composants en verre optimisés par l'OT. Dans l’ensemble, cette recherche établit une bases pour des structures en verre à haute performance et favorise des applications plus larges dans la construction durable.

Ce manuscrit porte sur la dynamique de gouttes pancake en microfluidique et sur l’effet de la solubilité des tensioactifs, dont l’influence est critique sur la mobilité des gouttes. Suite à l’observation expérimentale d’une mobilité décroissante avec le rayon pour certains tensioactifs, à l’inverse des modèles classiques, nous avons conduit une étude systématique sur des tensioactifs dont la solubilité varie avec la longueur de la chaîne carbonée. Grâce à un dispositif expérimental combinant mesures de vitesse et d’épaisseur de film par interférométrie, nous avons observé deux régimes : pour des chaînes < 12 carbones (solubles), la mobilité croît avec le rayon, en accord avec la littérature. Pour ≥ 12 carbones (peu solubles), elle décroît. Nous avons proposé un modèle considérant un écoulement interfacial de type chenille de tank, basé sur la conservation du flux de tensioactifs à l’interface, expliquant les résultats et bornant la mobilité entre deux limites sans paramètre d’ajustement : interface incompressible et stress−free. Une seconde étude sur le profil d’épaisseur du film de lubrification confirme ce modèle pour les tensioactifs peu solubles. Pour les tensioactifs solubles, un épaississement local à l’arrière, dû à une accumulation de tensioactifs, est observé. Un modèle de transport interfacial 2D a alors été développé, en accord avec les observations. Ces travaux ouvrent des perspectives sur le rôle de la phase dispersée (viscosité, solubilisation du tensioactif). Des études complémentaires avec des huiles de viscosités variées et différents tensioactifs permettraient d’isoler ces effets.

Les matériaux quantiques corrélés présentent des transitions de phase complexes où interagissent fortement degrés électroniques et structuraux. L’excitation optique ultrarapide permet d’accéder à ces dynamiques fondamentales et de tester de nouveaux leviers de contrôle. Cette thèse explore deux axes principaux : l’effet de la pression et celui de la dimensionnalité. Dans V₂O₃, prototype d’isolant de Mott, des expériences pompe-sonde sous pression révèlent la génération de phonons cohérents dont fréquence et temps de vie évoluent fortement à travers la transition métal–isolant. Ces oscillations structurales constituent des traceurs sensibles de l’état électronique et confirment l’importance du couplage électron-réseau. Dans un second axe, des hétérostructures constituées de nanotubes de carbone (CNT) et de nitrure de bore (BNNT) ont été étudiées par spectroscopie ultrarapide et diffraction électronique femtoseconde. Les résultats mettent en évidence un transfert de charge inter-couche ultrarapide, suivi d’une relaxation structurale marquée par une expansion inter-tubes, révélant le rôle clé de la dimensionnalité et du couplage électron– phonon. Enfin, des travaux exploratoires sur EDO-TTF, un système organique présentant des transitions structurales complexes, complètent l’étude et ouvrent des perspectives sur la diversité des matériaux corrélés accessibles par ces approches. L’ensemble de ces résultats démontre que la combinaison de pression, de confinement dimensionnel et de sondes ultrarapides constitue une voie efficace pour comprendre et contrôler les dynamiques hors équilibre dans les matériaux corrélés.

On s’intéresse aux milieux poreux humides salés. Sous l’effet du séchage, le sel peut migrer à la surface, donnant une efflorescence ou une croûte saline. En pratique, ce phénomène peut altérer le support - béton ou pierre - et conduire à la dégradation d’éventuelles peintures ou fresques le recouvrant. Les études antérieures concernent principalement les situations où le milieu poreux est saturé ou bien alimenté en continu par de l’eau salé. Cette thèse s’intéresse au cas où le milieu est initialement insaturé et elle cherche à comprendre et à déterminer les principaux mécanismes de transfert de sel qui résultent de nombreux phénomènes couplés : capillarité, écoulement de liquide visqueux, transfert thermique, cristallisation. . . La saturation initiale apparaı̂t, par le biais d’expériences simples qui ont été réalisées par nos soins, un paramètre important déclenchant ou non la remontée du sel par le mouvement de la phase liquide. À cet égard, la présence de chemins liquides continus s’avère être également un élément indispensable pour caractériser cette remontée. L’étude numérique de ce phénomène a été conduite par l’utilisation des réseaux de pores (Pore Network Model) permettant de prendre en compte potentiellement tous les mécanismes cités ci-dessus. Un soin particulier a été apporté aux conditions initiales, définies par deux paramètres : la saturation globale et la répartition spatiale de l’eau salée. Deux régimes de séchage distincts sont observés : l’un conduisant à la cristallisation du sel sur place, l’autre conduisant à une migration vers la surface. Bien que nos simulations aient été limitées au cas isotherme, le logiciel mis au point a été conçu pour inclure facilement de nombreux autres phénomènes physiques.

Des tuyères planaires supersoniques innovantes sont conçues, développées et caractérisées pour générer des conditions thermodynamiques adaptées à l'analyse spectroscopique d'espèces moléculaires présentes dans divers environnements astrophysiques. 1) Une tuyère en fente de largeur réglable permet de modifier le nombre de Mach à volonté afin d'atteindre une température de rotation très basse (5-60 K). Les jets supersoniques ont été caractérisés par sonde Pitot et par une nouvelle approche de cartographie spectroscopique basée sur la technique ultrasensible CRDS. Le jet supersonique fortement sous-détendu révèle en particulier une transition entre un choc de Mach et une intersection régulière. Des spectres à haute résolution de l'éthylène ont été enregistrés à 6/8 K dans la gamme spectrale 1,6 µm, révélant de nouvelles bandes vibrationnelles qui viennent améliorer le modèle ab initio TheoReTS et enrichir les bases de données spectroscopiques. 2) Une tuyère de Laval hypersonique planaire est conçue et intégrée à un dispositif de chauffage (1000 K) pour sublimer des molécules complexes (C60), en phase solide dans les conditions standard. La géométrie de la tuyère est calculée pour produire un jet hypersonique haute densité pour une relaxation vibrationnelle efficace des molécules par le biais de collisions à deux corps. 3) un jet plasma RF est caractérisé finement par CRDS. Un spectre d'absorption à haute résolution de N2 a été enregistré dans le proche IR : le jet plasma est associé à une température vibrationnelle élevée (>> 1000 K) et à une température rotationnelle basse (< 150 K), ce qui est idéal pour l'étude spectroscopique des niveaux d'énergie vibrationnels excités.

Cette thèse explore la déformation de matériaux granulaires à l'aide d'un test biaxial appliqué sur des échantillons de micro-billes de verre. Une méthode d’interférométrie optique permet d’observer la déformation locale dans le matériau. Les expériences montrent que la déformation prend la forme d'évènements plastiques discrets qui sont distribués de façon homogène avant la rupture. Lors de la rupture, la déformation se concentre dans des bandes de cisaillement constituées de ces évènements, reproduisant des phénomènes similaires aux tremblements de terre, comme une distribution de taille en loi de puissance et la présence de répliques.

Le manque de compréhension sur la stabilité et les mécanismes de dissociation des polyplexes à base d'acides nucléiques, permettant la libération d'ADN, constitue actuellement une limitation majeure dans la délivrance de gènes à partir de vecteurs non viraux. Bien que de nombreux progrès aient été réalisés dans ce domaine, l'efficacité de ces systèmes synthétiques reste bien inférieure à celle obtenue par les systèmes viraux, avec seulement 0,01 à 2% des acides nucléiques initialement chargés capables d'exercer leur fonction biologique au sein de la cellule. La poly(éthylènimine) (PEI) est l'un des polycations les plus utilisés pour la délivrance de gènes en raison de son efficacité de transfection élevée prouvée, ce qui en fait un modèle intéressant d'agent complexant de l'ADN pour ce travail. Les recherches effectuées et présentées dans cette thèse de doctorat visent à réduire le manque de connaissances sur la stabilité et la dissociation des polyplexes PEI/ADN en présence de milieux biologiques et de biomacromolécules anioniques, ainsi que sur l'impact des propriétés physicochimiques des polyplexes PEI/ADN sur le trafic intracellulaire et l'efficacité de transfection. Pour atteindre ces objectifs, la complexation d'un ADN plasmidique (peGFP-C3) a été réalisée avec quatre échantillons de PEI différents, ayant des masses molaires et des structures différents (ramifiés ou linéaires), et à différents rapports de charge. La stabilité des polyplexes PEI/peGFP-C3 a été étudiée en termes de la taille des particules et de la libération de l'ADN plasmidique dans des environnements ayant différentes forces ioniques, ainsi qu'en présence de macromolécules biologiques telles que les glycosaminoglycanes (GAG). Il a été constaté que la densité de charge élevée de l'héparine par rapport aux autres GAGs et polyanions, ainsi que les fortes interactions entre l'héparine et le PEI, déterminées à partir d'études thermodynamiques, sont les paramètres cruciaux qui déterminent la force de complexation avec le PEI et facilitent ensuite la libération d'ADN des polyplexes. Des mesures de dichroïsme circulaire ont révélé que le plasmide conserve sa conformation de type B après complexation avec le PEI et après libération ultérieure avec l'héparine. De plus, des corrélations entre les données d'expression des protéines rapporteuses transfectées dans des cellules HEK293T3 et les caractéristiques moléculaires du PEI, ainsi que les caractéristiques physicochimiques des polyplexes, ont permis de révéler que la PEI ramifiée avec une masse molaire de 25 kg/mol est celle qui favorise à la fois une internalisation cellulaire et une expression de GFP plus élevées sur les cellules HEK293T. À long terme, les résultats de ce travail permettront de proposer des lignes directrices pour aider à concevoir des vecteurs de gènes non viraux plus efficaces et moins cytotoxiques avec un grand potentiel pour des nouvelles applications thérapeutiques.