Des joints toriques en élastomère butadiène-acrylonitrile (NBR) ou « nitriles » sont couramment utilisés dans les applications d'étanchéité, comme ceux trouvés à l'intérieur du système de freinage pneumatique du TGV. Dans cette application, un fort durcissement des NBR altère la fonction d'étanchéité du système et est une conséquence du vieillissement que subissent les élastomères pendant plusieurs années. Ce vieillissement engendre une dégradation des propriétés des matériaux, limitant leur durée de vie. Afin de reproduire ex-situ le vieillissement en conditions d’usage, des essais de vieillissement accélérés sont réalisés sur les différents NBR de l’étude, permettant d’étudier les cinétiques de dégradations à l’échelle du laboratoire. A travers de nombreuses analyses physico-chimiques et mécaniques, le mécanisme de dégradation principal à l’origine des changements au niveau du réseau macromoléculaire de l’élastomère est la thermo-oxydation. Cette dégradation chimique conduit au durcissement de l’élastomère et affecte ses propriétés viscoélastiques, réduisant alors sa capacité à se déformer lors d’une sollicitation mécanique (par exemple l’application d’une pression). Le couplage de la thermo-oxydation avec la pression est également étudié avec le développement d’un banc d’essais dédié et permet in fine d’affiner la prédiction de durée de vie des NBR utilisés par SNCF, dans l’optique d’une diminution de la fréquence des opérations de maintenance.

La stabilité en fréquence des lasers est une propriété recherchée dans de nombreux domaines tels que les communications optiques, la spectroscopie ou encore la métrologie temps-fréquence. Dans ce contexte, l’institut Foton a mis au point un principe permettant d’auto-affiner spectralement un laser à des niveaux extrêmement bas. Pour cela on pompe un résonateur Brillouin non-réciproque ce qui génère une onde Stokes spectralement pure. L’ajout d’une boucle à verrouillage de phase qui contre-réagit sur la pompe permet alors d’éviter les sauts de modes du résonateur Brillouin tout en affinant spectralement le laser de pompe, produisant ainsi un effet d'auto-affinement en cascade. Dans ce manuscrit, nous étudions théoriquement et expérimentalement le système d’auto-affinement spectral laser assisté par effet Brillouin. La modélisation de l’ensemble de ses constituants par le biais du formalisme des fonctions de transfert est confortée par des validations expérimentales. Ces fonctions de transfert rendent compte de la réponse des différents éléments du système vis-à-vis des fluctuations de phase et d’amplitude. L’expression de la fonction de transfert du système complet est ensuite validée expérimentalement en comparant les prévisions théoriques aux mesures de fonction de transfert en boucle ouverte ainsi qu'en réponse indicielle. L’exploitation du modèle et de ses paramètres physiques ajustables permet alors de réduire davantage les fluctuations de fréquence pour un laser de pompe à état solide émettant à 1,54 \uD835\uDF07m. Cela nous permet notamment de mettre en évidence le fait que le résonateur Brillouin dans ces conditions de verrouillage de phase joue le rôle d'une référence optique. Les performances du système sont ensuite évaluées en dupliquant ce dernier et en mesurant dans le domaine micro- onde le battement entre les deux systèmes indépendants. Finalement, le principe du « buffer reservoir » est ajouté au système d’affinement spectral. Ce principe basé sur l’insertion d’un mécanisme d’absorption non-linéaire dans le laser de pompe permet de réduire l'excès de bruit d'amplitude aux oscillations de relaxations de 32 dB. Ainsi on supprime la principale source de bruit d’amplitude converti en bruit de phase dans le système.

Les modèles physiques visant à prédire les propriétés mécaniques et rhéologiques des mousses liquides sont encore en développement. Une échelle locale pertinente pour attaquer ce problème du point de vue hydrodynamique est la mousse liquide élémentaire : quelques films de savon reliés entre eux par un ou deux ménisques. Ces travaux portent sur les écoulements dans de tels systèmes, plus précisément sur les mouvements dans les plans de ses différents films de savon. Il comporte essentiellement trois contributions. La première porte sur le comportement élastique individuel des films sous étirement. Nous avons étendu un modèle connu à une gamme de chimie plus large et plus commune, et avons pu mesurer les modules élastiques effectifs de nos solutions. La seconde porte sur la mise en évidence et la quantification d'une tension de ligne d’origine purement capillaire dans le plan d'un film de savon d'épaisseur hétérogène. En modélisant les mouvements de relaxation dans le plan du film de savon, nous validons cette mesure inédite par un accord quantitatif avec la dynamique observée. Enfin, la troisième contribution porte sur les échanges de surfactants entre films de savon voisins lorsque la mousse élémentaire est soumise à une contrainte mécanique. Le résultat principal de cette partie, et de cette thèse, est que le ménisque séparant les films n'intervient pas dans cet échange. Ceci est une information importante qui permet de fermer un modèle théorique préexistant qui vise à prédire la viscosité effective des mousses liquides.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte des expériences d'astrophysique de laboratoire menées à l'Institut de Physique de Rennes, qui tentent de reproduire les conditions de basses températures (~10-50 K) du milieu interstellaire, afin de réaliser des mesures de cinétique réactionnelle avec des molécules d'intérêt pour l'astrochimie. L'objectif de cette thèse est le développement d'un spectromètre d'absorption infrarouge résolu en temps, pour sonder les écoulements supersoniques uniformes utilisés pour refroidir les molécules en phase gazeuse. Le spectromètre est basé sur un peigne de fréquences optiques, qui présente des dizaines de milliers de modes laser équidistants dans le domaine des fréquences, fournissant une large couverture spectrale, une haute résolution et une haute sensibilité, et permettant ainsi de détecter plusieurs espèces moléculaires simultanément. Pour augmenter encore la sensibilité de détection, le peigne de fréquences est couplé à une cavité optique. La détection à large bande de la lumière laser est réalisée avec un spectromètre à transformée de Fourier, qui peut opérer de manière résolue en temps, et est appliqué à une nouvelle approche de la spectroscopie de temps de déclin de cavité large bande avec un peigne de fréquences. La première démonstration d'un jet supersonique continu sondé par spectroscopie à transformée de Fourier basée sur un peigne de fréquences couplé à une cavité optique est également présentée.

L'écoulement multiphasique dans les milieux poreux est essentiel pour divers processus naturels et industriels, comme la séquestration géologique du CO2, la remédiation des sols, et la filtration de particules. Toutefois, des questions subsistent concernant l'effet du confinement et de la géométrie des milieux poreux sur le transport des émulsions. Nous explorons ces questions par des expériences utilisant des milieux poreux transparents et contrôlés, appelés micromodèles. Au sein de ces micromodèles, composés de réseaux de plots cylindriques, nous injectons une émulsion d'eau dans de l'huile. Notre étude révèle que l'alignement radial des plots, représentant la tortuosité géométrique du réseau, varie périodiquement en fonction de l'angle et exerce une influence significative sur le transport des gouttes, créant des chemins préférentiels reproductibles. En manipulant de manière systématique la configuration des plots, le nombre capillaire d'injection, la taille des gouttes, leur concentration, et la mouillabilité des surfaces, nous caractérisons le transport des gouttes ainsi que leurs conditions de rupture. Lorsque le nombre capillaire est faible, le transport radial des gouttes est homogène. Cependant, à mesure que le nombre capillaire augmente, les gouttes empruntent initialement les chemins les moins tortueux avant de passer à un régime d'écoulement stable, privilégiant les chemins les plus tortueux. En effectuant un suivi de gouttes à grande échelle, nous mettons en évidence l'influence de la tortuosité géométrique du milieu sur les motifs d'écoulement des gouttes, révélant des réponses contre-intuitives.

Cette thèse est consacrée à l'étude du transfert de pureté spectrale par injection optique avec la variation de la cohérence du signal injecté. L'idée principale est de distribuer cette forte cohérence à d'autres sources. L'injection optique peut-être défini comme le couplage unidirectionnel entre deux lasers : l'un, appelé maître, alimente en photons la cavité d'un second laser, appelé esclave. Cette technique de synchronisation en fréquence et en phase est couramment analysée à partir des spectres optiques, du comportement temporel ou du bruit d'intensité relatif du laser injecté. Notre analyse est faite grâce à la densité spectrale de puissance du bruit de fréquence, afin de comparer l'influence d'une source externe à la source spontanée interne. Différents lasers accordables sont utilisés pour un contrôle de la cohérence. Un étage de laser à fibre Brillouin (BFL) est ajouté pour former une source plus cohérente (< kHz ou au Hz), avec une longueur d'onde sélectionnable sur la bande C. Un deuxième étage BFL permet d’atteindre 3 mHz. Notre étude se concentre sur le seuil d’accrochage en fréquence, ou la puissance optique minimale requise pour un transfert total de pureté. Lorsque l'on diminue la largeur de raie (30 kHz) d'un facteur 10, le seuil augmente du même facteur; mais seulement de +4 dB pour passer de 3 kHz à 1 Hz. Ceci ouvre la possibilité d'un transfert de grande pureté par injection optique sans pénalité sur la puissance optique.

Cette thèse présente un travail expérimental réalisé pour mesurer la cinétique à basse température de réactions d'intérêt astrochmique. La technique CRESU (Cinétique de réaction en écoulement supercomic uniforme) a été combinée à la spectroscopie micro-onde à impulsions chirpées pour effectuer des mesures de coefficient de vitesse et de rapport de branchement à basse température. Ces mesures ont été effectuées avec l'appareil SKISURF (SKImmed uniform SUpeRsonic Flow). Ici, la région de réaction dans le flux uniforme, a été découplée de la région de détection. La première partie présente la détermination du rapport de branchement de la réaction entre le radical CN et propène. Le rapport de branchement du produit majoritaire a été mesuré à 35 et 52 K. Ces mesures sont étayées par des calculs théoriques de rapport de branchement effectués avec MESMER. La deuxième partie présente une étude cinétique de la formation d'hétérodimères d'acide formique et de CO2. Le coefficient de vitesse de cette réaction a été mesuré en suivant le réactif et le produit à 52 K. Ces résultats préliminaires ouvrent la voie à de futures études sur la formation d'hétérodimères qui est considérée comme l'étape déterminante dans les milieux sursaturés. Ce travail met en évidence la nécessité d'améliorer la sensibilité du dispositif expérimental. La principale voie d'amélioration implique le développement d'un système de gaz pulsé qui est actuellement en cours de caractérisation.

Dans les jonctions tunnel magnétiques hybrides intégrant une barrière tunnel constituée d’une monocouche moléculaire auto-assemblée (SAM), le transport dépendant du spin est intimement lié aux propriétés électroniques aux interfaces ferromagnétiques (FM)/molécules de la jonction. D’un point de vue fondamental, la compréhension de ces effets dits de spinterfaces dans des systèmes modèles simples bien contrôlés est un prérequis au développement de dispositifs spintroniques moléculaires performants. Par ailleurs, d’un point de vue applicatif, la réalisation pratique de ces systèmes hybrides FM/SAMs/FM est encore un défi majeur, en raison de la difficulté intrinsèque à éviter la formation de courts-circuits dans les jonctions par diffusion de métal à travers le SAM lors du dépôt de l’électrode supérieure. Ce travail de thèse se focalise sur ces deux points. Nous avons dans un premier temps développé des jonctions tunnel magnétiques hybrides intégrant une barrière tunnel formée par un SAM d’alcanethiols greffé sous ultravide sur une électrode inférieure monocristalline de Fe(001). Nous avons mis en œuvre une méthode originale de croissance assistée par couche tampon de gaz rare condensé (BLAG) pour le dépôt d’une électrode supérieure ferromagnétique de Co sur le SAM, sans formation de courts-circuits. Les spectroscopies de photoélectrons X et UV ont été utilisées de manière intensive pour étudier chaque étape de fabrication de la jonction tunnel magnétique et en caractériser les propriétés électroniques aux interfaces. De manière complémentaire, nous avons étudié par microscopie et spectroscopie à émission d’électrons balistiques (BEEM) l’homogénéité latérale à l’échelle nanométrique du transport électronique ainsi que les alignements des niveaux d’énergie à l’interface supérieure Co/SAM. Pour un dépôt optimisé par BLAG, une interface homogène Co/SAM est obtenue sans formation de ponts métalliques à travers le SAM. Finalement, nous avons développé un jeu de masques transférables et compatibles avec le dépôt par BLAG permettant de microstructurer in situ des jonctions tunnel magnétiques modèles Co/SAM/Fe(001). Les propriétés de transport de telles jonctions de taille 5*5 um2 présentent des caractéristiques I(V) non-linéaires, signatures de l’effet tunnel électronique à travers une barrière organique exempte de courts-circuits sur une surface étendue.

La photonique sur silicium offre des solutions pour répondre aux besoins de débits croissants au sein des centre de données, en proposant des composants à bas coût, productibles en grande quantité, compatibles avec les procédés de fabrication de la micro-électronique industrielle et à faible consommation d’énergie. Parmi ces composants, les modulateurs sont des éléments clés dont la fonction est de convertir l’information portée sur un support électrique vers un support optique. Cette thèse étudie numériquement et expérimentalement différentes structures de modulateurs en silicium permettant de moduler efficacement la phase et/ou l’amplitude d’une onde optique. Une attention particulière est portée sur les micro-résonateurs en anneau de par leur efficacité et leur compacité. Une telle structure est modélisée puis étudiée dans différents régimes de modulation. Les propriétés de chirp de ce type de modulateur sont complètement caractérisées numériquement et expérimentalement pour la première fois à notre connaissance, ce qui laisse entrevoir de potentielles applications comme les réductions des pénalités dans les transmissions inter-centre de données. Enfin, des peignes de fréquences électro-optiques sont générés et optimisés avec ce même type de modulateur, grâce à un algorithme d’optimisation. Une très bonne planéité est obtenue pour chaque peigne, relativement au nombre de lignes générées. Avec un taux de répétition approprié, de tels peignes pourraient être utilisés comme des sources multi-longueur d’onde pour les transmissions utilisant le multiplexage de longueurs d’onde.

Les diodes laser accordables émettant dans le spectre bleu/violet (380 nm – 480 nm) trouvent de nombreuses applications dans des domaines scientifiques et techniques tels que les capteurs optiques, les technologies quantiques, ou encore la spectroscopie et la métrologie. Les applications les plus avancées exigent une émission laser de haute pureté spectrale, avec une largeur de raie de l’ordre du kHz, et accordable sur une plage de plusieurs GHz. L’objectif de cette thèse est la réalisation de telles sources. Pour ce faire, nous avons choisi de réaliser un asservissement optoélectronique d’un laser ECDL sur deux références de fréquence différentes. Après l’étude du bruit de fréquence dans les diodes laser afin d’en comprendre les origines et représentations, nous avons réalisé un banc de mesure de ce bruit. D’un point de vue expérimental nous avons réalisé l’asservissement du laser sur une résonance d’un anneau fibré, et mesuré le bruit de fréquence du laser asservi dont la largeur de raie est ainsi réduite de 850 kHz à 20 kHz pour une intégration de 10 ms, correspondant à une réjection de 40 dB du bruit aux basses fréquences. Les expériences suivantes ont été menées sur un résonateur sphérique à modes de galerie en vue de l’asservissement du laser à cavité étendue. Le couplage par fibre biseautée du résonateur sphérique est étudié par une méthode hybride spectrale/temporelle. Cette méthode dynamique met aussi en évidence des effets non-linéaires dans la microsphère, comme l’effet Kerr et les effets thermiques qui sont analysés. En reprenant le même montage et la même méthode que pour l’anneau fibré, l’étude de l’asservissement du laser sur cette microsphère montre une largeur de raie réduite à 91 kHz pour une intégration de 10 ms, avec une perspective d’amélioration à 10 kHz.