Ce travail de thèse porte sur la réalisation d’un VECSEL pompé électriquement (EP-VECSEL) mono-fréquence fonctionnant en régime classe A faible bruit et l’étude des boites quantiques (BQs) pour la réalisation d’un VESCEL pompé optiquement (OP-VECSEL) bi fréquence. Ces dispositifs émettent à 1.5 µm. En intégrant une zone active pompé électriquement à base de puits quantiques (PQs) dans une cavité courte (1 cm) et de grande finesse, nous avons pu démontrer pour la première fois avec ce type de laser le régime classe A. En régime mono fréquence, la puissance optique maximale obtenue est de 3 mW. Cela nous a permis de mesurer un niveau de bruit d’intensité relatif (RIN) faible de - 160 dB/Hz limité par le bruit de grenaille sur une large bande passante allant de 2 MHz à 20 GHz. La compacité, la faible consommation de puissance et le faible bruit de ce laser présentent un intérêt certain dans des domaines tels que l’optique micro-ondes ou les télécommunications cohérentes. Dans le cadre de cette étude, nous avons également étudié un VECSEL bi-fréquence à base de BQs, afin de réaliser une mesure directe de la constante de couplage de Lamb C. Des premières mesures ont permis de caractériser ce dispositif en régime multimode. Un effet de filtrage des modes longitudinaux a été constaté lié au dissipateur de chaleur de diamant intracavité collé sur la puce. L’oscillation de deux polarisations linaires orthogonales, nécessaires à la mesure de la constante de couplage, a également été obtenue expérimentalement. Ces mesures ont permis d’établir que le gain accessible sur le dispositif à BQs ne permettait pas pour l’instant de compenser toutes les pertes optiques introduites par les éléments intracavité du banc expérimental dédié pour la mesure de la constante de couplage. Cette étude reste à finaliser pour pouvoir conclure sur l'intérêt des BQs pour la réalisation des lasers bifréquences.

Ce travail a pour objectif d’améliorer et de valider un modèle éléments finis (MEF) de simulation de vibrations, développé avec la société APTIV, permettant de calculer les déplacements relatifs à la zone de contact, dans un premier temps. Le second objectif est de proposer une approche prédictive des performances des connecteurs électriques, en combinant les résultats de la simulation/test et le profil de vibration du constructeur automobile. Cette étude s’appuie sur une campagne expérimentale et sur une modélisation par élément finis utilisant le code LS-DYNA. L’environnement automobile dans lequel les connecteurs sont placés, est soumis à de hautes vibrations. Ces vibrations issues lors du fonctionnement du véhicule (moteur, turbine ou encore aux chocs de roulage) entraînent des micro-déplacements (quelques micromètres) à l’interface de contact électrique. Or, un déplacement relatif de l’ordre des quelques micromètres entre les différents composants des connecteurs est largement suffisant pour engendrer une dégradation à l’interface de la zone de contact électrique. Dans ce contexte, ces travaux de recherche ont été abordés selon trois axes. Le premier axe a permis une étude complète une étude sur la réponse dynamique du connecteur, les mesures et calculs des mouvements des éléments constituant le connecteur ainsi que les déplacements relatifs entre les contacts clip/languette suite à différentes séries d’essais et par simulations numériques. Un calcul de la fonction de transfert (FT) des mouvements relatifs entre les contacts mâle/femelle est proposé. Le second axe a permis, quant à lui, de caractériser des performances électriques du connecteur. Pour cela, une série d’essais d’endurance électrique est réalisée uniquement sur les terminaux. Dans le dernier axe, une approche portant sur la prévision de performance de connecteurs soumis à un profil vibratoire du type constructeur automobile a été proposée. Cette approche est établie par une corrélation entre la fonction de transfert de mouvement relatif, l’endurance électrique et le profil de vibratoire.

La compréhension des mécanismes régissant la formation des molécules organiques complexes dans le milieu interstellaire et les atmosphères planétaires froides repose notamment sur l’exploration de processus ioniques en conditions extrêmes. Le dispositif expérimental CRESU-SIS, développé pour étudier les réactions ion-neutres en phase gazeuse à basse températures, est en mesure de répondre à ce défi. Cet instrument unique, qui combine une source d’ions sélective (SIS) au réacteur CRESU qui génère un écoulement supersonique uniforme de très basse température, permet de mesurer les coefficients de vitesse de réactions entre des ions et des molécules neutres et de déterminer les rapports de branchement entre les différentes voies de sortie. La réactivité des ions N2+, Ar+, et CH2CN+ avec des hydrocarbures (e.g CH4, C2H4…) a été étudiée expérimentalement et analysée à l’aide de calculs quantiques. La réaction entre N2+ et les isomères linéaires de C3H4 (allene et propyne) a été incluse dans un modèle photochimique pour l’atmosphère de Titan.

Les biocapteurs sont des dispositifs servant à détecter la présence de biomolécules dans un milieu de détection, qui peut être un liquide ou un gaz. L’utilisation de l’optique intégrée permet d’exploiter diverses interactions des biomolécules avec la lumière propagée dans des structures guidantes compactes et facilement réalisables, comme le sont les micro-résonateurs. Dans cette thèse, nous utilisons du silicium poreux dans la fabrication de nos transducteurs optiques composant les biocapteurs. Il s’agit d’un matériau biocompatible présentant une surface spécifique importante sur laquelle peuvent être greffées des molécules. Il permet aussi d’exploiter la détection surfacique de biomolécules directement dans le volume du matériau de par sa nature poreuse. Le matériau a au préalable besoin de subir un procédé de biofonctionnalisation pour permettre l’infiltration de molécules dans les pores qui le compose. En utilisant un procédé de photolithographie, des micro-résonateurs sont fabriqués pour être utilisés comme transducteurs pour la détection surfacique de BSA. La présence de la protéine dans le milieu de détection va induire une modification quantifiable des propriétés des transducteurs et liée à la concentration de la BSA. Une sensibilité de plus de 1000 nm/UIR a pu être obtenue et se révèle meilleure que l’état de l’art. La réalisation d’une structure hybride à base de silicium poreux et de polymères est étudiée. L’avantage de l’utilisation couplée du silicium poreux et des polymères est de permettre la réduction des pertes de propagation tout en améliorant les performances de ce type de biocapteur.

Le transport d’une suspension à travers une membrane ou une constriction entraîne inévitablement son colmatage, dans les milieux industriels aussi bien que naturels. Ce processus est complexe et dépend de plusieurs paramètres physico-chimiques comme les interactions inter-particules, particules-paroi et hydrodynamiques, qui favorisent ou limitent le dépôt des particules, ainsi que du degré de confinement correspondant au rapport de la taille du pore sur celle de la particule W/D. Plusieurs études ont permis de comprendre le rôle de ces paramètres grâce à la microfluidique, cependant aucune n’a fait le lien entre la dynamique complète du colmatage et la chute de vitesse associée. L’objectif de ce travail est de comprendre comment le colmatage progressif d’un pore a lieu et quel est son impact sur l’écoulement à travers le milieu. Dans un premier temps, nous nous sommes limités à l’étude du colmatage d’un pore unique. Nous avons imagé la croissance du dépôt qui conduit à l’obstruction du pore, particule par particule, que nous avons relié à la chute de débit aux bornes du milieu, à partir des vitesses des particules. Nous avons constaté que des agrégats composés de microparticules sphériques sont systématiquement responsables des bouchons, alors qu’ils sont très peu représentés dans des suspensions monodisperses. Dans un second temps, nous avons étendu notre étude à un milieu poreux dont les pores sont interconnectés. Nous avons constaté une concentration des bouchons à l’entrée du milieu dont nous avons expliqué la présence par un modèle de colmatage prenant en compte uniquement la distribution de taille des agrégats et leur probabilité de capture. Pour finir, nous avons relié le degré de colmatage du milieu à la chute de débit associée et proposé un modèle hydrodynamique pour retrouver la chute de débit.

Dans le domaine aéronautique, la tendance actuelle est à l’électrification des différents composants d’avion jusque-là pneumatiques ou hydrauliques. Les réseaux électriques des avions doivent être adaptés pour fournir une puissance toujours plus importante. En particulier, les contacteurs jouent un rôle majeur dans ces réseaux. Ils doivent assurer la coupure et la mise sous tension. Un phénomène important qui peut mettre en péril la fiabilité de ces contacteurs est la soudure dynamique des contacts électriques. Cette soudure est le résultat des arcs de rebonds créés lors de la fermeture du contacteur. Un banc d'essai a été développé pour simuler les rebonds mécaniques afin de reproduire ces arcs d’une façon contrôlée. Quatre matériaux (l’Ag, l’AgSnO2 non dopé, l’AgSnO2 dopé en In2O3 et l’AgSnO2 dopé en Bi2O3) ont été testés avec ce banc afin de comparer leur comportement sur l’aspect soudure sous une tension de 115 Vrms et un courant de 750 Arms, pour différentes fréquences 50 Hz 400 Hz et 500 Hz. La fréquence de la tension peut avoir un effet sur les caractéristiques de la soudure, cela pouvant se traduire par un changement des caractéristiques de l'arc, en particulier son réamorçage. Ce ré-allumage implique que la durée d'arc totale reste équivalente au temps de rebond mécanique, sauf lors de l'utilisation d'électrodes en AgSnO2 dopé en Bi2O3 où l'arc mettant un certain temps à se ré-allumer, la durée totale de l’arc est plus courte. En conclusion, les contacts AgSnO2 dopé en Bi2O3 ont montré les plus faibles forces et taux de soudure, notamment à 500 Hz.

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.