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.

Dans le domaine des télécommunications, l'amplification Raman nécessite des lasers de pompe émettant de fortes puissances et un taux de polarisation très élevé. Les travaux présentés ici ont pour objectif principal, la caractérisation électro-optique des lasers de pompe InP émettant dans la gamme 1400-1500 nm et reportés « p-down » sur leur embase. Nous présentons, à travers différents moyens de caractérisation, une étude comparative permettant de comprendre quelles sont les étapes et les conditions du report qui influent sur la performance et la qualité de la polarisation optique de ces composants. Nous avons démontré que les contraintes induites lors de certaines étapes de l’assemblage, peuvent affecter la polarisation en dessous et au-dessus du courant de seuil du laser. Il est possible de minimiser cet impact en modifiant certains paramètres lors du report, comme l’outil ou la température du cycle d’intégration en module. Une étude du faisceau laser et de son champ proche résolue en polarisation, nous a permis d’analyser la distribution spatiale du mode fondamental TE, répartie selon ses deux composantes de polarisation, Ex et Ey. Enfin, l’utilisation de la mesure du degré de polarisation linéaire de la photoluminescence (DOLP), nous a permis de visualiser les déformations anisotropes induites sur la facette émettrice des lasers par ces différents procédés.

Pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux par indentation sphérique, nous proposons dans ce travail différentes définitions de déformations représentatives. L’application de ces définitions de déformations représentatives doit se faire en identifiant en premier lieu, les paramètres mécaniques de la loi d’Hollomon qui aboutissent aux grandeurs physiques les plus proches du matériau indenté à caractériser. Une fois ces paramètres identifiés, les déformations représentatives sont obtenues à partir du calcul du gradient des grandeurs mesurées en fonction des paramètres mécaniques identifiés. Nous nous sommes appuyés sur le modèle dérivable de Lee et al. pour appliquer nos définitions de déformations représentatives. Les résultats montrent, malgré les limitations du modèle reconstruit, qu’il est possible de retrouver des points, de coordonnées (contraintes représentatives; déformations représentatives), très proches de la loi d'écrouissage obtenues par essais de traction. Enfin, nous proposons nos propres modèles numériques dérivables permettant de prédire les grandeurs physiques d’indentation sphériques avec grande précision pour les matériaux métalliques et nous l'appliquons avec succès à la caractérisation mécanique de matériaux métalliques.

Cette thèse porte sur la caractérisation linéaire et non linéaire de microdisques de GaP intégrés sur substrats Si et GaP. Nos mesures de transmission optique dans les bandes SWIR et NIR démontrent que ces structures sont adaptées à l’étude de processus non-linéaires tel que la génération de seconde harmonique (SHG). L'analyse statistique des facteurs de qualité permet d’identifier diverses pertes optiques affectant les microdisques GaP/Si à polarité cristalline aléatoire. Si la contribution principale aux pertes optiques reste la rugosité latérale des disques, une contribution non-négligeable provient de l’absorption par les parois d’antiphases (APBs) générées dans le GaP lorsqu’il est épitaxié sur Si, limitant le facteur de qualité de ces dispositifs à quelques dizaines de milliers. Concernant les expériences d’optique non linéaire, un processus SHG basé sur un quasi-accord de phase strict est démontré pour la première fois, dans les microdisques GaP/GaP. Nous démontrons ainsi que, malgré les facteurs de qualités modestes de nos structures, l’optimisation des processus nonlinéaires dans les microdisques III-V est encore possible via la sélection rigoureuse du processus d’accord de phase. Dans le cas des des microdisques GaP/Si présentant un polarité cristalline aléatoire, la réponse non-linéaire montre un comportement prometteur d’up-conversion à haute puissance, même s’il est difficile à ce stade de confirmer le processus en jeu.

Il est possible de modifier les propriétés des matériaux à l'aide d'impulsions lumineuses ultra-brèves. Aussi, la génération d’impulsions THz monocycles à champs électriques forts permet un meilleur contrôle de l'état excité. Cette thèse traite des dynamiques hors-équilibre induites par des impulsions THz intenses et ouvre de nouvelles perspectives dans le but de contrôler les propriétés des matériaux via l'excitation THz. Dans le V2O3, l'important saut de volume associé à la transition de Mott suggère qu'une transition de phase induite par ondes de déformation est réalisable. Ainsi, dans cette thèse, nous avons étudié la génération et la propagation d’ondes de déformation dans la phase PM du V2O3. En comparant les résultats obtenus suite à une excitation THz ou optique, nous avons conclu que les disparités dans les réponses photo-induites sont attribuables aux différences de profils de ces ondes. Ceux-ci sont eux-mêmes déterminés par la longueur de pénétration de l’impulsion excitatrice. Aussi, nous avons étudié la réponse du TTF-CA à une excitation THz. A l’aide de considérations de symétrie et d’un modèle adapté, nous avons montré que le signal obtenu dans la phase paraélectrique, peut être interprété comme la réponse à une excitation résonante d'un mode mou ferroélectrique impliqué dans la transition de phase paraélectrique à ferroélectrique de ce composé.

Les spectres moléculaires sont notre principale source de connaissances à propos du milieu interstellaire. Dans cet environnement, les densités sont généralement faibles et la fréquence des collisions n’y est pas suffisante pour maintenir un équilibre thermodynamique local. Il est donc nécessaire de prendre en compte à la fois les processus collisionnels et radiatifs pour correctement interpréter les spectres moléculaires. Les taux de collision d’état à état décrivant l’excitation collisionnelle des espèces interstellaires avec les partenaires de collision prédominants (H₂, H, He) sont donc essentiels. Les calculs quantiques indépendants du temps close-coupling sont la méthode de choix pour obtenir des taux de collision précis aux faibles températures interstellaires (< 100 K). En revanche, dans le cas de systèmes lourds ou réactifs, cette méthode est inexploitable du fait de ses besoins en mémoire et temps de calcul. Dès lors, des données collisionnelles fiables sont manquantes pour de nombreuses molécules pourtant détéctées et considérées comme clef pour l’astrochimie. Tout en explorant ces limites, j’ai fourni des taux de collision pour six systèmes collisionnels : PN—H₂, CF⁺—H₂, HF—H, HD—H, HeH⁺—H, et HD—H⁺. En parallèle, j’ai contribué au dévelopement d’une nouvelle approche statistique qui permet de dépasser les limites actuelles et j’ai développé un nouveau code open-source implémentant cette nouvelle approche.

Les organismes de santé recommandent aujourd’hui de diversifier et d'augmenter nos apports alimentaires en acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-3, essentiels au bon fonctionnement de nos cellules. Pour répondre à ces recommandations, les membranes végétales, et en particulier les membranes photosynthétiques, représentent un réel potentiel, car elles contiennent des lipides spécifiques, et notamment des galactolipides, dont la dégradation par des réactions enzymatiques fournit des AGPI oméga-3. De par leur composition particulière, ces systèmes présentent des coexistences de phases et donc une hétérogénéité latérale influant sur leur digestibilité. Or, afin d’exploiter de façon optimale les sources lipidiques végétales, il est nécessaire de comprendre leur devenir dans le tractus gastro-intestinal humain. Les résultats obtenus dans ce travail de recherche viennent apporter une compréhension approfondie des mécanismes d’interactions entre les enzymes digestives et les assemblages membranaires végétaux. En particulier, ce travail est pionnier sur la digestion des monocouches hétérogènes de galactolipides et de phospholipides par de proches analogues des principales enzymes responsables de la dégradation gastro-intestinale des lipides végétaux chez l’Homme. L’originalité de cette étude repose sur une caractérisation poussée du comportement interfacial de systèmes lipidiques végétaux, présentant une hétérogénéité chimique induisant une hétérogénéité physique. La digestibilité de ces assemblages lipidiques végétaux hétérogènes a été étudiée à l’échelle moléculaire, mais également à l’échelle de l’objet micronique. Ce travail a permis de rendre compte de la spécificité de substrat des lipases et phospholipase étudiées (rDGL, sPLA2-IB, gPLRP2) sur les lipides polaires végétaux. En particulier, les activités galactolipase, mais également phospholipase A1 de la gPLRP2 ont été observées au niveau des systèmes hétérogènes de galactolipides et de phospholipides. La généricité d’action de ces enzymes par rapport à l’état physique des membranes a également été prouvée. Nous démontrons ici qu’au niveau des interfaces lipidiques, une forte teneur en groupements acyls polyinsaturés peut amplifier la compressibilité locale et être un atout pour l’insertion des lipases digestives. Cet aspect physique reste à confronter avec la spécificité chimique de l’enzyme. Globalement, les assemblages lipidiques végétaux sont riches en lipides polaires et particulièrement en galactolipides, qui concentrent des quantités importantes d’AGPI oméga-3, et sont bioaccessibles en conditions modèles sous l’action de la gPLRP2. Ces assemblages présentent en outre des propriétés tensioactives et de stabilité à l’oxydation caractérisées dans ce travail. L’activité galactolipase de la PLRP2 au niveau des monocouches membranaires modèles modulables, mais également au niveau des assemblages membranaires naturels, ouvre la voie vers le développement d’alternatives alimentaires végétales pour vectoriser des AGPI oméga-3, et contribuer à rééquilibrer les régimes alimentaires humains et animaux.