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.

Cette thèse présente des spectres à haute résolution de l’éthylène entre 1.6 et 1.7 μm obtenus par spectroscopie par temps de déclin d’une cavité optique dans des expansions supersoniques. Ces conditions de refroidissement en jet conduisent à un régime fortement hors-équilibre, permettant de mesurer des spectres rotationnellement froids en affectant peu la température vibrationnelle initiale. Trois spectres en jet de l’éthylène ont d’abord été enregistrés depuis un réservoir à température ambiante, en utilisant une fente à ouverture réglable conçue au laboratoire. Ensuite, des jets hypersoniques ont été produits avec une tuyère de Laval en graphite couplée à une source haute enthalpie, portant la température de stagnation à 650 et 850 K, en conservant une basse température rotationnelle, pour détecter les bandes chaudes. Les spectres et ont été analysées en détail grâce aux prédictions TheoReTS et aux relations de combinaison de différence de l’état fondamental. Le modèle théorique a été amélioré itérativement pour augmenter le nombre d’identifications. A ce jour, 838 transitions ont été attribuées dans 23 bandes froides et 218 dans 5 bandes chaudes. L’analyse des spectres enregistrés avec les plus hautes températures rotationnelle et de stagnation devrait permettre d’attribuer davantage de transitions dans les bandes froides et chaudes de l’éthylène. Ce travail fournit des données spectroscopiques haute résolution pour l’éthylène à des températures pertinentes pour les atmosphères des Jupiters tièdes et chauds.

La connaissance des milieux astrophysiques provient principalement des spectres moléculaires capturés par les télescopes. Leur interprétation repose souvent sur les taux de collisions, qui font défaut pour de nombreuses molécules, limitant ainsi l’exploitation des observations. La chimie du soufre restant énigmatique, modéliser précisément les abondances des espèces soufrées peut apporter des pistes sur le problème du soufre manquant. Dans ce but, des taux de collisions pour CCS et ses isotopologues en collision avec He ont été calculés via une approche quantique, permettant de réviser leurs abondances dans le milieu interstellaire et d'apporter de nouvelles perspectives sur leur chimie. En parallèle, des taux de collisions pour CS en collision avec CO et H2O ont été calculés, permettant d'interpréter les spectres d'émission de CS dans les atmosphères cométaires à grandes et courtes distances héliocentriques. Une nouvelle approche statistique a été employée et s'est avérée prometteuse pour les futures études de systèmes collisionnels d'intérêt cométaire. L'interprétation de futures observations à l'aide des données calculées dans ce travail de thèse devrait offrir de nouvelles perspectives sur la chimie de ces molécules et, ainsi, sur le problème du soufre manquant.

De nombreux dispositifs spintroniques intègrent des couches magnétiques ultraminces où les effets d'interface deviennent prédominants. Ces couches peuvent présenter une rugosité importante à faible échelle (quelques nanomètres) qui peut avoir un impact significatif sur leurs propriétés magnétiques. Les méthodes classiques de simulations magnétiques (différences finies, éléments finis, atomistique) ne sont pas adaptées à la simulation de ces systèmes en raison de cette morphologie particulière. Nous proposons une approche multi-échelle basée sur le développement d'un code original de simulation magnétique. Cette approche consiste à modéliser le système rugueux comme un ensemble d'îlots, décrits comme des macrospins, reliés par des nanoconstrictions. Nous montrons que ces îlots sont couplés par une interaction d'échange de type Heisenberg pilotée par l'existence et la forme des nanoconstrictions reliant les îlots. Grâce à ce modèle, nous montrons et quantifions l'impact du caractère inhomogène de ces systèmes sur les propriétés magnétiques statiques et dynamiques. La fréquence de résonance ferromagnétique d'une couche de fer ultramince typique peut chuter d'un ordre de grandeur en raison de ces inhomogénéités. Notre étude a été réalisée à température non nulle avec une méthode Monte Carlo contraint pour déterminer les températures de transition ferromagnétique-paramagnétique et de réorientation de spin de couches ultraminces de fer pour différents paramètres morphologiques. La modélisation multi-échelle permet d'améliorer la description de certains dispositifs spintroniques en décrivant la morphologie de surface de façon réaliste.

Les capteurs optiques intégrés basés sur des dispositifs optiques guidés en matériaux poreux peuvent détecter efficacement et sélectivement des molécules polluantes présentes dans l’eau, l’air et l’environnement. La structure poreuse permet aux molécules à détecter de s’infiltrer dans les pores, ce qui permet une détection volumique. Cette caractéristique exalte la sensibilité d’un capteur optique intégré et offre aussi la possibilité de détecter une très faible quantité de molécules. Dans ce travail, deux matériaux transparents dans le moyen infrarouge (MIR) ont été étudiés pour le développement de guides d’onde optiques intégrés : le silicium poreux (SiP) et le germanium poreux (GeP). Le SiP est produit par anodisation électrochimique et peut être utilisé jusqu’à la longueur d’onde de 8 µm. Des guides d’onde plan et ridge en SiP ont été développés à partir de substrats de silicium de type P faiblement ou fortement dopés. L’effet de traitement thermique d’oxydation sur le guidage a été étudié. Un test de transduction sur la détection de CO₂ dans le MIR autour de la longueur d’onde de 4.3 µm a été réalisé. Le GeP, quant à lui, est produit par gravure électrochimique bipolaire et permet d’étendre la plage de détection jusqu’à la longueur d’onde de 14 µm. Ce matériau, utilisé pour le développement d’un capteur optique intégré, constitue ainsi un atout considérable étant donné que la plupart des molécules polluantes présentent une bande d’absorption dans le MIR. Des couches homogènes de faibles épaisseurs ont pu être réalisées. Un premier test d’élaboration d’un miroir de Bragg a aussi été effectué.

Les propriétés mécaniques du caoutchouc naturel (CN) dépendent fortement de la structure du réseau macromoléculaire (densité de chaînes actives et longueur des ponts) formée lors de la vulcanisation. Cependant, la relation entre structure et propriétés mécaniques demeure incomprise, en particulier en matière de comportement en fatigue. Dans cette étude, une large gamme de réseaux macromoléculaires, chargés et non-chargés de noir de carbone, a été définie. Chaque matériau est caractérisé en évaluant la densité de chaînes actives par la méthode de gonflement. Le comportement mécanique quasi-statique dépend de la densité de chaînes actives, des charges et de la longueur des ponts. Pour les CN chargés, l’effet Mullins est peu sensible aux variations de structure. Ce n’est pas le cas de leur réponse en fatigue. Pour les chargements relaxants, la réponse dépend de la densité de chaînes actives, de la longueur des ponts et du temps de vulcanisation. Pour les chargements non-relaxants, la densité de chaînes actives pilote à elle seule le renforcement de la durée de vie. L’analyse post mortem des faciès de rupture montre une corrélation entre les marqueurs de la cristallisation et le niveau de renforcement. Le lien entre formulation, densité de chaînes actives et propriétés en fatigue a ainsi pu être établi. Le rôle de la structure du réseau sur la cristallisation sous étirement, et par voie de conséquence sur la fatigue, a été clarifié.

Les lasers ytterbium sont très utilisés pour la génération d'impulsions courtes et en particulier pour la spectroscopie "dual-comb". Dans ces travaux de thèse, nous avons développé expérimentalement des architectures de lasers à solides dopés ytterbium dans différentes matrices cristallines telles que : Yb:YAG, Yb:Lu:YAG, Yb:Na:CNGG et Yb:CaF_2. Dans ces milieux actifs quasi-isotropes, deux états propres de polarisations orthogonales peuvent osciller simultanément et générer deux trains d'impulsions qui peuvent être synchrones ou asynchrones, selon le type d'architecture de cavité. Nous montrons dans un premier temps, que l'orientation de la polarisation de la pompe est un moyen efficace de contrôle des puissances dans les lasers ytterbium bipolarisation. Les résultats expérimentaux obtenus sont ensuite confrontés à un modèle tenant compte de l'anisotropie de pompage, ainsi que de la saturation croisée dans le milieu actif. Dans un deuxième temps, nous démontrons expérimentalement un double peigne de fréquences dont les trains d'impulsions sont synchrones dans les lasers Yb:YAG et Yb:Lu:YAG bipolarisations à verrouillage de modes passif contenant deux lames quart d'ondes intracavité. Enfin, l'obtention d'un double peigne de fréquences bipolarisations asynchrones dans le laser Yb:YAG ainsi que l'accordabilité des taux de répétition a été démontré.

Cette thèse vise à approfondir notre compréhension du processus de coagulation des deux catégories de taille de particules de caoutchouc issues du latex d’Hevea brasiliensis et à établir un lien avec les propriétés mécaniques du caoutchouc final. L’originalité réside dans une approche multi-échelle et pluridisciplinaire, englobant l’analyse des particules natives et de leur auto-organisation à l’état liquide, ainsi que les propriétés mécaniques des films secs sous forme de feuilles de caoutchouc (mini ADS). L’étude a été menée sur deux tailles de particules provenant des clones, RRIM600 et PB235. La première partie aux interfaces liquide/air est une nouvelle approche utilisant une cuve de Langmuir, avec un suivi des cinétiques d’adsorption des particules à l’interface à l’aide de techniques complémentaires telles que l’ellipsométrie, la tensiométrie, la rhéologie et la microscopie à angle de Brewster. Les premières étapes de la coagulation et l’organisation des composants des particules ont été observées par microscopie à force atomique. La seconde partie a permis de relier ces organisations aux propriétés mécaniques de feuilles de caoutchouc sec à travers des essais de traction uni axiale. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives en reliant les processus moléculaires aux propriétés macroscopiques du caoutchouc naturel, élargissant ainsi les voies de recherche dans ce domaine.

La modélisation des spectres moléculaires interstellaires nécessite la compréhension des processus radiatifs et collisionnels de transferts d'énergie entre espèces chimiques. Des taux de collisions d’état à état précis pour les molécules interstellaires, en collision avec H2, H et He, sont alors essentiels. Ces données peuvent être obtenues via la résolution des équations close-coupling indépendantes du temps, étant la méthode la plus précise pour les calculs à basse températures. Cependant, certaines molecules comme les radicaux présentent des structures énergétiques complexes en raison de leurs spins électroniques et nucléaires, rendant la description précise des transitions fines et hyperfines théoriquement coûteuse en ressources numériques. D'importants systèmes collisionnels souffrent donc d'un manque de données pour les interprétations astrophysiques. Ce travail de thèse vise à quantifier l'excitation collisionnelle de radicaux d’intérêt astrophysique en développant des outils méthodologiques et numériques pour surmonter ces défis. De nouveaux taux de collision fins et hyperfins ont été calculés pour les systèmes suivants: NH-H2, ND-H2, C2H-H2, C2D-H2, 13CCH-H2 et C13CH-H2.