Inspirés par des études récentes qui reliaient la structure cœur-coquille induite par confinement à l'interaction liquide-surface, nous avons cherché à modifier/contrôler les propriétés physiques (en particulier la dynamique et la structure) par modulation de ces interactions en utilisant des nanopores hybrides dont la chimie de surface est modulée d’une manière contrôlée. Nous avons étudié, alors, la dynamique de l'eau liquide confinée dans des organosilices mésoporeux périodiques (PMOs) et de la silice mésoporeuse (MCM-41) par des expériences de diffusion quasi-élastiques incohérentes de neutrons (QENS). Nous avons démontré que la force de l'interaction interfaciale contrôle la dynamique lente, que nous avons attribuée à la diffusion translationnelle des molécules interfaciales, tandis que la dynamique de l'eau au centre des pores n’est pas trop affectée par ces interactions. Nous avons également étudié la dynamique du mélange tert-butanol et toluène confiné dans du divinylbenzene (DVB)-PMO par QENS. Par cette technique nous avons réussi à décrire la géométrie de trajectoire des différents mouvements effectués par les deux molécules (tert-butanol et toluène) à différentes conditions (variation de concentration et/ou de température, sous confinement ou en bulk). La méthode de sorption de vapeur nous a permis de quantifier les interactions surface/molécule et investiguer l'effet de la nature de la surface sur l'affinité thermodynamique des molécules adsorbées. Également, on a pu montrer que la nanostructuration du mélange dans le DVB-PMO est différente de la structure cœur-coquille. Des expériences de diffusion de neutrons aux petits angles SANS nous ont permis de mieux identifier sa nature et de proposer un modèle alternatif cohérent avec l’expérience.

Cette thèse présente la construction et le développement d'un nouvel instrument et son utilisation via la technique CPUF technique (Chirped Pulse in Uniform Flow) pour étudier des phénomènes collisionnels à basse température d'intérêt astrophysique. La thèse détaille les caractéristique de l’instrument CRESUCHIRP ainsi que les développement technique lié a son utilisation pour la technique CPUF. Le nouveau réacteur CRESU (Cinétique de Réaction en Écoulement supersonique Uniforme) ainsi que les instruments qui y sont liés sont présentés. La caractérisation du nouveau spectromètre CP-FTmmW (Chirped Pulse-Fourier Transform millimeter Wave) en bande E (60-90 GHz) est détaillé ainsi que le couplage avec le reacteur CRESU. Les performances du spectromètre en tant qu'instrument spectrocopique sont présentées avec la mesure de l'élargissement collisionnel à température ambiante pour le système OCS + He. Les expériences utilisant la technique CPUF sont présentées avec la mesure de l'évolution de l'élargissement collisionnel des systèmes HCN + He et HNC + He en fonction de la température (10-70 K). Une étude du potentiel de l'instrument pour son application sur des mesures de cinétique à basse température est présentée pour les reactions entre le radical CN et l' éthane à 10 K et l'acétylène à 30 K. Une tentative de calibration des produits est détaillée. Les forces et faiblesses du nouvel instrument sont discutés ainsi que de potentielles améliorations à la technique.

La dépendance du comportement mécanique à la température, couplée aux nombreux couplages thermomécaniques présents dans les élastomères, implique que l'utilisation conjointe de méthodes de champs pour caractériser la thermomécanique des élastomères offre d'innombrables informations sur les phénomènes physiques apparaissant dans le matériau. L'objet de cet thèse est de développer une méthode utilisant à la fois la thermographie infrarouge et la corrélation d'images numériques pour tirer le maximum d'informations possible lors d'essai mécaniques hétérogènes sur des matériaux élastomères.

Nous étudions les écoulements granulaires sur fond lisse, confinés entre des parois latérales lisses, au moyen de simulations numériques par la méthode des éléments discrets. Nous mettons en lumière de nouveaux régimes d’écoulements ayant une compacité hétérogène et présentant des écoulements secondaires complexes : écoulements avec rouleaux de convection, écoulements supportés, régimes oscillants, ... Le régime supporté, particulièrement intéressant, se compose d’un noyau granulaire dense flottant sur une couche granulaire diluée et agitée qui se comporte comme coussin d’air. Il pourrait être un bon candidat pour expliquer les avalanches de longue portée. Des simulations numériques ont révélé que la vitesse moyenne d’écoulement VL obéit à une loi d’échelle simple en fonction du mass hold-up H et de la largeur de canal W: VL ∝ H0,3 W0.7. Nous avons constaté que le frottement effectif μ aux parois peut être décrit comme une fonction unique d’un nombre de Froude construit à partir de la vitesse de glissement Vs, de la pression P à la paroi et de la densité ρ des grains. La loi de frottement en paroi μ(Fr) est vérifiée à la fois aux échelles locale et globale, pour des écoulements stationnaires et instationnaires. Ces relations μ(Fr) et ϕ(Fr) fournissent un ensemble de conditions aux limites destinés à prédire la vitesse de glissement à partir de la configuration de l’écoulement. Nous avons également étudié l’effet de la largeur W du canal sur les caractéristiques des écoulements. L’effet principal est de modifier le domaine d’existence des différents régimes d’écoulements dans l’espace des paramètres (H, θ), où θ est l’angle d’inclinaison du fond. Une diminution de W déplace les régimes d’écoulements vers des angles d’inclinaisons plus élevés. La loi de friction μ(Fr) et la loi ϕ(Fr) restent inchangées lorsque la largeur du canal est modifiée. Enfin, nous avons étudié le rôle des paramètres mécaniques : e, μgw et μgg, qui sont respectivement le coefficient de restitution entre les grains, le coefficient de frottement entre les grains et les parois, et le coefficient de frottement entre les grains. Nous avons constaté que l’augmentation de e ou de μgw réduit la vitesse moyenne de l’écoulement. Cependant, pour μgg, nous avons observé qu’en dessous d’un angle critique, la vitesse moyenne de l’écoulement diminue avec l’augmentation de μgg, tandis qu’au-dessus, elle augmente. Enfin, les lois μ(Fr) et ϕ(Fr) conservent qualitativement leur forme tout en variant quantitativement lorsque μgw et μgg changent. Elles sont invariantes lorsque e change.

Ce travail de doctorat réalisé à l'UC Louvain et l'Université de Rennes 1, a exploré deux méthodes expérimentales pour étudier des ions moléculaires. Ces méthodes sont : la spectroscopie de photodissociation sur fond noir à l'UC Louvain, et la spectroscopie d'absorption amplifiée par une cavité à l'Université de Rennes 1. Dans les deux cas, nous avons développé l'instrument de bout en bout. Concernant la première partie, à l'UC Louvain un jet libre pulsé a été développé et il a été couplé avec deux méthodes d'ionisation. La première est une décharge électrique. La deuxième méthode consiste à utiliser un canon à électrons. Nous avons également mis en œuvre un spectromètre de masse à temps de vol (TOF) capable d'augmenter la résolution et constitué d'une unité capable d'accélérer, de regrouper et de re-référencer le faisceau d'ions à la masse. Les spectres de masse enregistrés ont pu démontrer l'efficacité de la production d'agrégats d'eau protonés, de différents agrégats mixtes et d'anions. Les premiers tests ont été réalisés sur N2O+. La photodissociation a été réalisée à l'aide d'un laser à colorant doublé en fréquence dans la gamme UV autour de 323 nm. La fragmentation laser de l'ion parent a conduit à la formation d'une espèce ionique (NO+) et neutre (N). L'analyse du spectre mesuré permet d'estimer la température rotationnelle des ions à 40 K. Ce résultat est encourageant, et laisse percevoir la possibilité d'étudier d'autres ions moléculaires dans un futur proche. La deuxième partie de ce travail, effectuée à l'Université de Rennes 1, consistait à développer un instrument pour étudier des espèces moléculaires pertinentes en astrophysique par spectroscopie d'absorption à haute résolution dans la gamme du visible et proche-infrarouge. En particulier, l'instrument développé aura pour but d'étudier les grandes chaînes de carbone anionique (C3-, C4-, ... Cn-). En raison des effets de charge d'espace, la densité des espèces ciblées produites en laboratoire est extrêmement faible même dans une expansion supersonique. La source d'ions a été développée. La géométrie choisie était celle d'une tuyère de Laval planaire, adaptée pour atteindre une basse température (40 K). Le profil planaire est important pour avoir une plus grande distance d'interaction entre les ions produits et le laser. Ces ions sont produits en utilisant une décharge en courant continu couplée à la tuyère. D'un autre côté, en utilisant un laser supercontinuum comme source incohérente à large bande couplée à une cavité de haute finesse, nous pourrions caractériser ces espèces par spectroscopie. Le spectre d'absorption est obtenu à l'aide d'un spectromètre à transformée de Fourier. L'optimisation et le développement de l'instrument consistaient à l'optimisation du couplage de la source laser et la cavité optique, et ensuite au spectromètre à transformée de Fourier. Nous avons réussi à mesurer les spectres d'absorption statiques du méthane et de l'acétylène afin de déterminer les paramètres de fonctionnement de l'instrument.

Des études en laboratoire à basse température pour explorer des réactions impliquant le radical CN,d’interet astrochimique ont été réalisées en utilisant la technique CRESU couplée aux technique dephotolyse par laser pulsée - fluorescence induite par laser et spectroscopie micro-ondes à transforméede Fourier à impulsions chirpé. Les coefficients de vitesse pour la réaction du radical CN avec le méthanol, le benzène, et le toluèneont été mesurés de 296 K à 16 K en utilisant la technique de photolyse par laser pulsée - fluorescence induite par laser en measurant la concentration de radical CN en fonction du temps. Une dépendance thermique négative a été observée pour la réaction du méthanol avec le CN, présentée dans lechapitre 4, typique de ce qui a été vu précédemment pour d’autres réactions radicalaires neutres quine possèdent pas de barrières énergétiques potentielles. Les mesures diffèrent considérablement des valeurs presentent dans la base de données cinétique pour l’astrochimie (KIDA) utilisées dans divers modèles astrochimiques. Le chapitre 5 couvre les mesures de cinétique pour la réaction entre deux molécules aromatiques, le benzène et le toluène et le radical CN, demontrant que ces réactions restent rapides jusqu’à 16 K. Les implications interstellaires potentielles de ces mesures à la lumière de la détection récente de cyano-substitution du benzène dans le milieu interstellaire sont discutés. La deuxième partie de cette thèse s’est concentrée sur l’étude du rapport de branchement spécifique pour la réaction du radical CN avec le propène à 35 K. Ces expériences ont été réalisées à l’aide du spectromètre micro-ondes par transformée de Fourier à impulsions chirpées en bande E récemment développé intégré avec la technique CRESU. Permettant la détection d’un produit de réastion, quiest une première pour cette réaction en dessous de la température ambiante. Les résultats de cette réaction sont présentés au chapitre 6 ainsi que les perspectives de cette étude.

Depuis plusieurs années, les produits de maquillage qui revendiquent la performance longue tenue présentent un regain d’intérêt car ils permettent aux utilisateur(rices) de ne pas retoucher leur maquillage au cours de la journée. Aujourd’hui, les technologies de formulation qui assurent cette performance sont connues et établies. Néanmoins les contraintes actuelles de formulation se font de plus en plus nombreuses, qu’elles soient budgétaires, réglementaires ou encore médiatiques. Il en résulte une nouvelle ère avec des produits de maquillage peu coûteux, performants, contenant un nombre limité d’ingrédients et dont l’origine est préférentiellement naturelle. Les solvants volatils permettant de garantir la performance longue tenue étant principalement d’origine pétrochimique, ils constituent l’une des premières cibles à éliminer pour les industriels du secteur cosmétique. C’est dans ce contexte que Chanel PB souhaite d’abord comprendre la fonction des solvants volatils et plus généralement la façon dont ils assurent aujourd’hui la performance longue tenue. Ainsi, dans cette thèse nous sommes parvenus à identifier les raisons pour lesquelles deux formules ayant des propriétés rhéologiques semblables n’ont pas nécessairement la même tenue sur les paupières. Et ce grâce à la mise en place d’une démarche innovante d’anticipation de la performance de tenue exclusivement instrumentale. Elle se base sur la capacité des films de maquillage étalés sur des modèles de peau à fissurer. Nous avons également compris le rôle multiéchelle et multifonction des solvants volatils et plus largement le rôle de chaque matière permettant d’atteindre le juste équilibre entre ductilité et fragilité nécessaire à la longue tenue.

Les verres de chalcogénures ont des propriétés optiques très intéressantes qui permettent d'envisager une large gamme d'applications en photonique. En particulier, leurs forts indices non-linéaire peuvent être utilisés pour le traitement du signal tout optique dans le proche infrarouge. Par ailleurs, ces verres présentent des énergies de phonons réduites du fait des masses élevées de leurs constituants. Ils possèdent ainsi une large gamme de transparence dans le moyen infrarouge qui peut être mise à profit pour la détection de molécules dans ce domaine spectral. Cette thèse traite de l'étude et du développement des guides d'onde et des résonateurs optiques en anneau fabriqués en verres de chalcogénure permettant d'offrir des solutions basées sur l'optique non-linéaire pour le traitement tout-optique et les capteurs optiques. La dispersion optimisée afin d'obtenir une large accordabilité du mélange à quatre ondes et de réaliser un supercontinuum dans le proche et le moyen infrarouge a été étudiée dans des guides d'onde. Une approche qualitative sur les différents paramètres des résonateurs optiques couplés et des résonateurs simples a été menée respectivement dans le proche et moyen infrarouge. Une étude de la dynamique non-linéaire de micro-résonateurs a été ainsi menée à l'aide d'une méthode numérique d'intégration des équations de Maxwell et comparée ensuite à la théorie des modes couplés. Une expérience de mélange à quatre ondes a été réalisée sur un ensemble de guides d'onde en verres de chalcogénures. Une efficacité de conversion égale à -60 dB a été obtenue dans un guide rib de 3.8 cm de long et une accordabilité assez large, qui peut aller jusqu'à la bande L et S, a été aussi obtenue dans des guides ayant un fort contraste d'indice.

Le système expérimental de pointe SMAUG a été développé pour produire des données de référence spectroscopiques infrarouges inédites pour la détection de nouvelles molécules et la reconstruction de la structure verticale de l'atmosphère d’exoplanètes de type Jupiter chaud. Une minituyère de Laval en graphite, connectée à une source de haute enthalpie et couplée à un spectromètre par temps de déclin d’une cavité optique (CRDS), a été développée afin de produire des spectres infrarouges à haute résolution et haute température du méthane dans la région à 1,67 μm. Le dispositif expérimental fonctionne dans deux configurations complémentaires pour accéder aux signatures infrarouges complexes du méthane dans ses états vibrationnels fortement excités. Une détente hypersonique produit un état de très fort déséquilibre thermodynamique moléculaire, associé à des températures vibrationnelles élevées et une température rotationnelle très basse. Du spectre hors équilibre sont extraites les positions précises des niveaux d'énergie vibrationnels excités qui permettent d’affiner la surface d'énergie potentielle du méthane et d’améliorer la précision des modèles théoriques variationnels ab initio qui fournissent les listes de raies spectroscopiques à haute température à la communauté des planétologues. Une nouvelle technique CRDS post-choc conduit à des conditions proches de l’équilibre thermodynamique local. Les températures vibrationnelle et rotationnelle élevées atteintes donnent accès à la structure rotationnelle complète des différentes bandes obervées, de même qu’aux bandes chaudes vibrationnelles issues des états les plus excités de chaque polyade du méthane. En parallèle, une source plasma radiofréquence de type Pocket Rocket a été adaptée et utilisée comme moyen de chauffage alternatif.. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet ANR e-PYTHEAS qui vise à mieux connaître la formation des exoplanètes et leur évolution.

La présente thèse visait à étudier et à améliorer par une démarche expérimentale et numérique, le système de ventilation à bord des cabines privées (Crew Quarters, CQ) du Node 2 de la Station Spatiale Internationale (ISS). Ce travail a été motivé par les incidents d'intoxication des astronautes au CO₂ à bord de l'ISS, rapportés par la NASA. L’absence de convection naturelle en microgravité conduit à une poche de CO₂ autour de la tête de l’astronaute issu de sa respiration, particulièrement gênante en périodes d’inactivité (sommeil) dans le CQ. Il s’avère ainsi que le système de ventilation mécanique général en place dans le CQ ne semble pas jouer effacement son rôle de renouvellement d’air. S’ajoute à ce problème, une nuisance acoustique liée aux ventilateurs, en particulier à haut débit de ventilation. La stratégie d’amélioration du système de ventilation proposée vise à simplifier le circuit actuel, en remplaçant les ventilateurs axiaux (désignée par solution AF) par des ventilateurs tangentiels (désignée par solution CFF) plus silencieux. Cette modification simple et de mise en œuvre aisée du circuit, permet de réduire la perte de charge et gagner de l’espace dans le CQ. Cette solution offre par ailleurs la possibilité d’enrichir à faible coût le système de ventilation générale par une ventilation personnalisée (PV). La PV disperse le CO₂ en zone de respiration et alimente la fonction respiratoire de l’astronaute par de l’air purifié. Le CQ a été simulé par une maquette expérimentale échelle 1 et son jumeau numérique sous FLUENT. La maquette expérimentale (sur terre) a permis la validation du jumeau numérique en tenant compte de l’effet de la gravité. Le modèle numérique ainsi validé, a permis l’optimisation du système de ventilation hors effet de gravité. L’astronaute simulé numériquement dans la cabine est muni d’une fonction respiratoire sinusoïdale avec génération de CO₂. Une première analyse numérique de l’accumulation du CO₂ dans le CQ occupé et non ventilé a été conduite avec et sans effet de gravité. Des mesures expérimentales sur des sujets humains dans la maquette expérimentale ont permis de valider la démarche. Les résultats ont prédit avec succès les niveaux d’accumulation de CO₂ et ont aidé à délimiter spatialement la zone de respiration (BZ de Breathing Zone) de l’occupant par une analyse FFT de la signature fréquentielle de la respiration sur le champ de vitesse. Il s’en est suivi une analyse du champ de l’écoulement de la ventilation générale de la cabine et autour de l’astronaute. Un modèle expérimental à échelle réduite transparent utilisant l’eau comme fluide de travail a permis un diagnostic fin du champ de vitesse par PIV. Ces champs de vitesses ont été utilisés pour valider les résultats numériques à pleine échelle aux mêmes nombres de Reynolds. Cette étape a permis de mettre en évidence l’incapacité du système de ventilation général à traiter la zone utile, à savoir, le BZ de l’astronaute. Pour y remédier, le circuit de ventilation général a été revisité. La comparaison numérique des solutions AF et CFF a révélé que même si les champs d'écoulement n'étaient pas significativement modifiés, le CFF offre une meilleure uniformité de l’écoulement au soufflage et de meilleures performances acoustiques avec une consommation d’énergie plus faible. La solution CFF proposée offre avant tout la possibilité de mettre en œuvre une solution de ventilation personnalisée PV pour un traitement localisé de l’accumulation du CO₂ dans le BZ. Sa mise en œuvre en position latérale par rapport à la tête de l’astronaute réduit la concentration de CO₂ de l’air inhalé.